Résumé
RESUMO Este artigo apresenta estudos de coagulação, floculação e flotação por ar dissolvido que foram conduzidos com o objetivo de promover a clarificação de águas de lavagens de filtros (ALF) em uma estação de tratamento de água (ETA) com base em experimentos de bancada e piloto. A efetividade da coagulação-floculação foi analisada pela flotabilidade dos agregados obtidos sob diferentes níveis de pH e dosagem de cloreto de polialumínio, enquanto ensaios de flotação foram investigados com base na eficiência de saturação em bancada e na taxa de recirculação. Os resultados indicaram que o pH e a concentração do coagulante representaram condições críticas na etapa de coagulação. A variação do pH da ALF condicionada com 8 mg.L-1 de Al+3 destacou a formação de espécies hidrolisáveis e a elevada atividade das cargas dos coloides indicou a ocorrência de mecanismos diferentes da neutralização de cargas na coagulação. A máxima clarificação da água ocorreu com dosagem de 12 mg.L-1 de Al+3, razão de recirculação de 10%, tempo de floculação de 15 min e pH 6,5. Em configuração otimizada, a técnica alcançou remoção de 88% de turbidez e 86% de sólidos totais, o que pode resultar em mais de 11 quilogramas de sólidos removidos do sistema de tratamento em cada ciclo de lavagem em comparação com a sedimentação, implicando aumento de 33% da carreira de filtração e, consequentemente, redução de custos e melhor desempenho da estação.
ABSTRACT This article presents studies on coagulation, flocculation and dissolved air flotation that were conducted with the aim of promoting the clarification of spent filter backwash water (SFBW) in a Water Treatment Plant (WTP) based on bench and pilot experiments. The effectiveness of coagulation-flocculation was analyzed according to the buoyancy of the aggregates obtained from different levels of pH and dosage of polyaluminium chloride, whereas flotation tests were investigated based on bench saturation efficiency and recirculation rate. According to the results, the pH and the concentration of the coagulant represented critical conditions in the coagulation. The pH variation of the SFBW conditioned with 8 mg.L-1 of Al + 3 highlighted the formation of hydrolyzable species, and the high activity of the colloid indicated the occurrence of different mechanisms for neutralization in the coagulation. The maximum clarification of the SFBW occurred with a dosage of 12 mg.L-1 of Al+3, recirculation rate of 10%, flocculation time of 15 min, and pH 6.5. In an optimized configuration, the technique achieved removal of 88% turbidity and 86% total solids, which can result in more than 11 kilograms of solids removed from the WTP in each backwashing cycle compared with sedimentation. This would imply an increase of 33% in the backwashing interval and, consequently, in the reduction of costs and in the better performance of the WTP.
Résumé
RESUMO O estudo teve por objetivo determinar a despesa com energia elétrica na lavagem de filtro rápido de uma estação de tratamento de água (ETA), cuja vazão é de 45 L/s. Para isso, foi realizado monitoramento hidroenergético para a análise do desempenho no bombeamento de água de lavagem. Adicionalmente, foi monitorada a qualidade da água do efluente de três lavagens no filtro 4 e realizado um levantamento das informações tarifárias de energia elétrica da unidade de tratamento. Com os resultados obtidos, observou-se que os valores de turbidez do efluente, ao final das três lavagens, no caso, 31, 30 e 27 UNT, não atingiram os limites mínimos recomendados na literatura técnica, que é de, pelo menos, 15 UNT. Foi observada também a dificuldade de prolongamento do tempo de lavagem, a fim de alcançar o padrão da literatura, pois o reservatório elevado (REL) de água de lavagem (água tratada), também alimenta a rede de distribuição, e poderia esvaziar completamente. Levando em conta essas limitações e a qualidade final do efluente de lavagem, observou-se que as lavagens devem ser finalizadas aos 380 segundos (6,3 minutos), tempo que consome um volume de 23,36 m3/lavagem. A despesa de água de lavagem foi calculada em 1,36 R$/m3, o que resultou no valor de 31,83 R$/lavagem. Para as lavagens de todos os filtros da estação, as despesas foram de 254,64 R$/dia, 7.639,20 R$/mês e 91.670,4 R$/ano. Esses valores são considerados elevados para o sistema de tratamento estudado.
ABSTRACT This paper aims to determine the cost of electricity for rapid filter backwashing procedures at water treatment plants, whose flow rate is 45 L/s. Flow and electricity consumption were monitored in order to analyze the performance of the pumping systems. Additionally, the effluent water quality of three washes was monitored in filter 4 and a survey of the electricity fare data of the treatment unit was carried out. With the results obtained, it was observed that the effluent turbidity values at the end of the three washes, in this case 31, 30, and 27 NTU, did not reach the minimum values recommended in the technical literature, which is at least 15 NTU. It was also observed the impossibility of prolonging the backwashing time in order to reach the standard of the literature, due to the double function of the elevated washing water reservoir (treated water), whose main purpose is to provide treated water to the water distribution network. Taking into account these limitations and the final quality of the wash effluent, it was observed that the duration of backwashing procedures should be around 380 seconds (6.3 minutes), consuming 23.36 m3/wash. The backwashing procedure cost was estimated at R$ 1.36/m3, which resulted in R$ 31.83/wash. Considering the whole filtration unit, the backwashing procedure cost was R$ 254.64/day, R$ 7,639.20/month, and R$ 91,670.4/year. This value can be classified as too expensive considering the treatment plant studied.