Aplicação e estado atual do desenvolvimento da tecnologia de floculação de carriers

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Este tópico foi editado pela última vez por liuquan1100 em 11/02/2018, às 14:30. Resumo: Explica o princípio de funcionamento da tecnologia de floculação de suportes. Destaca os processos típicos Actiflo e DensaDeg, abordando seus fluxos de processo, parâmetros de projeto e resultados de tratamento. Analisa o estado atual do desenvolvimento dessa tecnologia e apresenta alguns novos dispositivos e processos combinados. Destaca-se que a flocação de suportes é uma técnica de precipitação rápida, compacta e eficiente, que oferece vantagens como economia de espaço, resistência a cargas impactantes e alta eficiência no tratamento. Ela atende aos requisitos para a construção de uma sociedade que utilize recursos de forma sustentável, tendo, portanto, um bom potencial de aplicação. Palavras-chave: Floculação de suportes ； Actiflo@Tanque de sedimentação rápida ； DensaDeg@Tanque de clarificação de alta densidade ； Areia fina. Código de classificação da Biblioteca Nacional Chinesa: X703,1. Código de identificação do documento: B. Número do artigo: 1000—4602(2007)08—0001—04. A coagulação por meio de suportes é uma técnica de precipitação rápida. Sua característica principal é a adição, na fase de coagulação, de partículas insolúveis de alta densidade (como areia fina). A gravidade dessas partículas e a capacidade de adsorção dos suportes aceleram o “crescimento” dos flocos e sua precipitação. Em comparação com os processos de flocação tradicionais, essa tecnologia apresenta vantagens como menor área ocupada, custo de construção mais baixo e resistência a cargas de impacto. Desde a década de 1990, o Ocidente **desenvolveu diversas tecnologias aplicadas maduras, que foram utilizadas com sucesso em mais de 100 grandes estações de tratamento de água ao redor do mundo. Atualmente, embora existam exemplos de adaptação do processo de floculação com uso de suportes no país, ele ainda não foi amplamente implementado. Além disso, há poucas publicações sobre a tecnologia de floculação com suportes. 1 Princípio de funcionamento: A EPA dos Estados Unidos define a floculação como um processo de tratamento físico-químico no qual se utiliza partículas de meio em ciclo contínuo, bem como diversos agentes químicos, para fortalecer a adsorção dos flocos e, assim, melhorar a capacidade de sedimentação das substâncias suspensas na água. Seu princípio de funcionamento é o seguinte: primeiro, é adicionado ao agua um coagulante (como sulfato de ferro), para que as partículas em suspensão e as partículas coloidais percam sua estabilidade. Em seguida, são adicionados agentes auxiliares de coagulação de alto peso molecular, além de partículas de suporte com densidade maior. Assim, as partículas impuras, agora desestabilizadas, passam a ter essas partículas de suporte como núcleo. Por meio da ação de ligação das cadeias poliméricas e da retenção pelas partículas de areia fina, formam-se rapidamente estruturas de alta densidade. Isso **reduz o tempo de sedimentação, aumenta a capacidade de tratamento do tanque de clarificação e permite lidar eficazmente com cargas de esgoto intensas. 2 Processos típicos 2.1 Processo Acfiflo@ O processo Actiflo@ foi desenvolvido pela empresa OTV-Kruger (uma subsidiária de engenharia do grupo Veolia Water). Desde 1991, ele é utilizado na Europa para o tratamento de água potável e de esgoto. Sua característica principal é o uso de areia fina com tamanho entre 45 e 150 μm como agente de coagulação. Além disso, são utilizados tanques de sedimentação com tubos inclinados para acelerar a separação entre sólidos e líquidos. A carga superficial varia entre 80 e 120 m/h, podendo chegar a 200 m/h. Trata-se da tecnologia de coagulação por uso de agentes de suporte mais amplamente utilizada atualmente. Algumas usinas de tratamento de água no país já adotaram essa tecnologia. Por exemplo, em 2004, a empresa Veolia Water Shanghai Pudong utilizou o processo de sedimentação rápida Actiflo@ no projeto de Linjiang ； A Nona Estação de Tratamento de Água de Pequim, diante das condições de água bruta com baixa temperatura, baixa turbidez e alto teor de algas, adotou o processo Actiflo@ em suas obras de reforma dos tanques de sedimentação da segunda fase. O fluxo do processo Actiflo@ é mostrado na Figura 1. Todo o processo é dividido em 3 fases: mistura, maturação e precipitação a alta velocidade. Primeiramente, a água bruta, à qual foram adicionados coagulantes (sais de ferro ou de alumínio), entra no tanque de mistura. Após uma agitação rápida, ela é direcionada para o tanque de adição ； No tanque de adição, são introduzidos agente coagulante orgânico e um suporte de areia fina para favorecer o “crescimento” dos flocos. Após um tempo de permanência na água de 1 a 2 minutos, a mistura é direcionada para o tanque de maturação ； Sob agitação lenta, os flocos formados a partir da areia fina se condensam ainda mais, gerando estruturas mais densas e grandes. Por fim, a água é direcionada para um tanque de sedimentação em forma de tubo inclinado. Lá, a gravidade dos flocos de areia fina, combinada com o efeito de sedimentação rápido dos tubos inclinados, permite que as partículas dos flocos se depositem rapidamente. O lodo que contém areia fina é devolvido ao hidrociclone localizado acima do equipamento. A força centrífuga é utilizada para separar o lodo da areia fina; a areia fina é então reinserida no tanque de floculação para ser reutilizada. 2.2 Processo DensaDeg@ O tanque de clarificação de alta densidade DensaDeg@ foi desenvolvido pela empresa francesa Degremont. Pode ser utilizado para a clarificação da água potável, para a remoção do fósforo em terceiro estágio, para o aprimoramento do tratamento inicial das águas residuais, bem como no tratamento de efluentes provenientes de sistemas de esgoto combinados (CSO) e de efluentes domésticos (SSO). Esse processo já foi adotado na França, Alemanha e Suíça. Nos últimos anos, à medida que as principais empresas de água estrangeiras entraram no mercado chinês, algumas usinas nacionais também utilizaram essa tecnologia para expandir e modernizar seus processos existentes. Por exemplo, a usina de água de Shidunzi, em Urumqi, utilizou essa tecnologia em seu projeto de expansão e modernização. O processo DensaDeg@ combina técnicas como coagulação, sedimentação em tubos inclinados e refluxo de lodo. Estruturalmente, é dividido em zona de reação, zona de pré-sedimentação/concentração e zona de clarificação em tubos inclinados (ver Figura 2). Sua característica é a circulação externa do lodo floco, o que permite que ele atue como um agente de coagulação. Isso acelera o processo de flocação e garante a qualidade dos flocos formados. A área de reação é dividida, principalmente, em tanques de reação com agitação rápida e tanques de reação com fluxo lento. Nos primeiros, a água bruta é misturada completamente com o coagulante, o que permite uma coagulação preliminar ； Este último permite que os flocos “cresçam” de maneira gradual, através de um fluxo lento de fluido. Dessa forma, é possível formar um sistema misto com boa qualidade de floculação, alta densidade e excelente capacidade de separação em toda a área de reação. O líquido misturado, após ser devidamente coagulado, é levado para a área de pré-sedimentação/concentração, onde ocorre uma separação rápida. A água resultante da sedimentação inicial vai para a área de clarificação, a fim de que os flocos remanescentes sejam removidos. O lodo formado, por sua vez, é concentrado e, em seguida, transportado para tanques de armazenamento de lodo por meio de máquinas especializadas. Parte do lodo é devolvida à água de entrada, enquanto o restante é encaminhado para o sistema de tratamento de lodo. A empresa Degremont também desenvolveu o tanque de clarificação DensaDeg@4D, projetado especificamente para tratar vários tipos de esgoto em excesso. O princípio de funcionamento é semelhante ao do processo DensaDeg@; ele visa purificar a água por meio das seguintes funções: remoção de areia e pedras, remoção de gorduras, uso de unidades de coagulação e floculação integradas, além de sedimentação em tubos inclinados, espessamento e concentração do lodo. Seu fluxo de trabalho é o seguinte: a água bruta, à qual já foi adicionado o coagulante, entra primeiro no tanque de pré-coagulação. Lá, a agitação com ar permite que os eletrólitos inorgânicos entrem em contato adequado com as partículas presentes na água, fazendo com que os grãos maiores afundem no fundo do tanque e sejam removidos ； A água resultante da pré-coagulação entra no tanque de floculação, onde se mistura completamente com o lodo reciclado e com os polímeros aditivos utilizados como agente de coagulação, sob a ação da agitação mecânica. Assim, formam-se flocos densos ； Após a coagulação adequada, a água é levada ao tanque de clarificação com tubos inclinados. Nessa área de pré-sedimentação, a maior parte dos flocos se separa da água, e o restante é removido por meio do tanque de sedimentação com tubos inclinados. A gordura que flutua na superfície da água é coletada por meio de escovas especializadas, com o objetivo de remover a gordura ； A parte do lodo depositada no fundo do tanque de clarificação é devolvida, enquanto a parte restante é espessada e concentrada. 2.3 Efeitos do tratamento: A cidade de Fort Worth, no estado do Texas, nos Estados Unidos, realizou estudos de teste para desenvolver soluções para o tratamento dos picos de fluxo de esgoto. Foram utilizados os dois processos de coagulação mencionados acima. Os resultados estão apresentados na Tabela 1. Em Columbus, estado de Ohio, nos Estados Unidos, foram realizados estudos de teste com os processos de coagulação utilizando os agentes Actiflo@ e DensaDeg@ para lidar com os problemas de escoamento de águas pluviais e de esgotos. A vazão de água nos dois processos foi de 0,53–1,32 m³/min e 0,49–0,81 m³/min, respectivamente. A carga superficial média foi de 40 e 20 m/h. As taxas de escoamento foram de (2,0–3,1) e (1,4–1,6) m/min, respectivamente. A taxa de remoção de sólidos em suspensão foi superior a 85%. Os resultados mostram que as duas técnicas são capazes de lidar eficazmente com problemas como altas cargas de impacto causadas por enxurradas ou escoamento de águas residuais, bem como flutuações significativas na qualidade da água. Além disso, por meio de testes, foi determinada a quantidade necessária de diferentes coagulantes para se alcançar uma taxa de remoção de TSS de 85%. Os resultados estão apresentados na Tabela 2. A partir desses dois exemplos, pode-se observar que os processos de floculação utilizando os agentes Actiflo@ e DensaDeg@ apresentam bons resultados no tratamento de esgoto com altas cargas de impacto. Ao otimizar a quantidade de agente de floculação utilizado, é possível alcançar uma taxa de remoção de TSS de mais de 85%. Além disso, nas mesmas condições, a quantidade de produto químico necessária para o processo Actiflo@ é menor do que a necessária para o processo DensaDeg@ ； A única desvantagem das duas técnicas é a grande variação nos valores de BOD da água resultante. Isso se deve ao fato de que o processo de floculação é um método de tratamento físico-químico, que não consegue remover efetivamente as substâncias orgânicas dissolvidas na água. Mas, de modo geral, o processo de floculação dos carriers resolve bem os problemas de escoamento de águas residuais e de altas cargas de impacto que são difíceis de tratar nos processos tradicionais. 2.4 Parâmetros de projeto Os parâmetros de projeto para os processos de floculação dos suportes Actiflo@ e DensaDeg@ estão apresentados na Tabela 3. 3 Situação atual de desenvolvimento 3.1 Desenvolvimento de novos dispositivos Binot Patrick e outros, na França, desenvolveram um dispositivo de coagulação de partículas que combina vários modos de precipitação. Esse dispositivo permite ajustar seu modo de funcionamento de acordo com a qualidade e a quantidade da água de entrada, sendo adequado para tratar águas residuais cujo fluxo e concentração de poluentes variam ao longo do ano. Em geral, a relação entre o fluxo médio em dias ensolarados, o fluxo máximo e o fluxo em dias chuvosos em uma estação de tratamento de esgoto urbano é de aproximadamente 1:2:10. Durante a estação seca, a estação funciona no modo de sedimentação normal; já durante a estação chuvosa, ela funciona no modo de coagulação, com a adição de coagulantes e areia fina. Quando o volume de esgoto está entre esses dois valores, utiliza-se o método convencional de coagulação e sedimentação. Seu fluxo de trabalho consiste no escoamento sequencial da água bruta pela área de adição de substâncias químicas, pela área de maturação e pela área de sedimentação com tubos inclinados. Na área de adição de substâncias químicas, a água bruta se mistura completamente com o coagulante. A água já pré-coagulada entra na área de maturação, onde são adicionados agentes auxiliares de coagulação e areia fina. Após as flores de alúmen se desenvolverem completamente, a água passa para a área de clarificação, onde os flocos remanescentes são removidos por meio da sedimentação nos tubos inclinados. A areia fina geralmente se deposita no fundo do tanque de maturação, quando o sistema está em modo de sedimentação normal ； Quando a quantidade de água aumenta drasticamente, chegando até a exceder a capacidade de processamento do sistema, a velocidade do fluxo da água e a velocidade de agitação aumentam. Isso faz com que a areia fina flutue desde o fundo do tanque, atuando como núcleos para a formação de flocos. Dessa forma, é possível alcançar o objetivo de coagulação dos flocos. Esse dispositivo reduz o consumo desnecessário de produtos químicos em comparação com os equipamentos convencionais de coagulação, o que resulta em custos operacionais mais baixos. No entanto, é necessário instalar mais unidades de controle e monitoramento, fazendo com que o investimento inicial seja maior do que nos dispositivos tradicionais. A Streat Philip, dos Estados Unidos, projetou um dispositivo de coagulação com estrutura cúbica. A câmara de mistura, a câmara de reação e a câmara de lodo são todas de formato retangular, sendo integradas de maneira organizada dentro do dispositivo de coagulação. Essa estrutura compacta permite economizar bastante espaço. O processo de funcionamento do dispositivo é o seguinte: primeiro, a água ao qual são adicionados coagulantes e areia fina é misturada completamente na câmara de mistura. Em seguida, ela entra na câmara de reação, onde, sob a ação da agitação, formam-se flocoes densos e grandes, com partículas de areia fina como núcleo. Há duas aberturas nas paredes que conectam a câmara de reação à câmara de lodo; os flocoes formados circulam entre essas duas câmaras por meio dessas aberturas. Os flocoes maiores e mais densos descem diretamente para o fundo da câmara de lodo, enquanto os flocoes mais leves voltam para a câmara de reação para continuar a “crescer”. A lama e o areal no funil são transportados, por meio de um dispositivo de transmissão, até os equipamentos de limpeza, onde são separados. O areal fino, após a separação, retorna aos equipamentos de limpeza para ser reutilizado no processo de mistura. A câmara de clarificação está localizada exatamente acima da câmara de reação. A água, após a floculação, flui para cima, passando pelo dispositivo de controle de vórtices em formato de colmeia, e entra na câmara de clarificação. As partículas sólidas caem de volta para a câmara de reação, enquanto a água limpa é eliminada através do canal de transbordamento. A maior vantagem desse dispositivo é que ele é compacto. Não são necessários tubulações para transporte de água ou bombas entre as diferentes estruturas, o que evita o desgaste das bombas e dos tubos causado pelos grãos de areia. Isso permite economizar espaço e investimentos em equipamentos. 3.2 Processos combinados O processo de coagulação é uma unidade importante no processo de tratamento de água, podendo ser utilizado em combinação com outros processos, a fim de se obter resultados de tratamento ideais. Em 2005, a empresa Kruger solicitou dois patentes relacionados à floculação de resíduos, ambos relacionados ao uso de processos combinados para o tratamento de águas residuais ； A estação de tratamento de água de Méryose, em Paris, utiliza a técnica de floculação com agentes aglutinantes, combinada com processo de nanofiltragem, para fornecer água potável de alta qualidade para 800 mil habitantes, numa quantidade de 14×104 m3/dia. Joyce Standley Perri e outros, com o objetivo de resolver problemas como a toxicidade e a corrosividade dos químicos utilizados no processo de floculação dos suportes, propuseram o uso de um processo combinado que envolve reatores de eletrocoagulação e floculação dos suportes. Seu fluxo de trabalho é o seguinte: a água bruta entra primeiro no reator de eletrocoagulação. Ao passar pela corrente elétrica, as placas ânodo perdem elétrons, gerando íons como Al3+ e Fe2+. Sob os efeitos físico-químicos de ionização, eletrólise, hidrólise e efeitos eletromagnéticos, as cargas superficiais que mantêm os poluentes dispersos são neutralizadas, o que acaba com a estabilidade da dispersão das partículas poluentes ； As águas residuais desestabilizadas entram em um dispositivo de coagulação por meio de suportes (como o tanque de clarificação Actiflo@). Elas passam, sucessivamente, por um tanque de mistura, um tanque de maturação e um tanque de sedimentação com tubos inclinados. Sob a ação de coagulantes e suportes de areia fina, as partículas dispersas desestabilizadas são “levadas a crescer”, formando flocos de alta densidade e qualidade. Por fim, a separação entre sólidos e líquidos é realizada por meio da sedimentação nos tubos inclinados, resultando em água tratada e limpa. A vantagem desse processo é a não necessidade de uso de coagulantes à base de sais de ferro ou alumínio, o que reduz os custos com produtos químicos. Além disso, sua estrutura é compacta, economizando espaço, e a qualidade da água produzida atende aos requisitos ambientais. Para melhorar a eficácia do processo de floculação com suportes na remoção do BOD5 solúvel, Branden Hudson e colaboradores desenvolveram um processo que combina o uso de lodo ativado com a floculação com suportes. Esse processo pode ser dividido em dois modos: ① A água é primeiro tratada com lodo ativado e, em seguida, com suportes para obter uma água mais clara ； ②A água é dividida em duas partes: uma delas vai para o tanque de lodo ativado, onde é misturada adequadamente antes de entrar no sistema de floculação com suportes; a outra parte vai diretamente para esse mesmo sistema de floculação. Juntamente com a mistura que sai do tanque de lodo ativado, essas águas passam pelo processo de floculação e sedimentação, para que possam ser descartadas de acordo com as normas estabelecidas. Nesse processo, o equipamento de floculação do suporte pode ser o dispositivo Actiflo@ da empresa OTV-Kruger. A lama ativada, após a floculação no tanque de clarificação, é parcialmente devolvida ao tanque de reação para ser reutilizada, enquanto a parte restante é enviada para o equipamento de tratamento de lama. Nesse processo, a função do lodo ativado é degradar o BOD5 dissolvido na água. Além disso, ele atua como um agente de suporte e adsorção no tanque de floculação, promovendo o “crescimento” dos flocos e sua precipitação, reduzindo assim a necessidade de uso de areia fina como agente de suporte. Quando o valor de MLSS é de 800 mg/L e o tempo de reação de contato é de 30 minutos, esse processo consegue remover, respectivamente, 83,8% do BOD5, 75,7% do COD solúvel e 89,4% do TSS. Isso mostra que o processo é eficaz na remoção de substâncias orgânicas solúveis e sólidos em suspensão da água. 4 Conclusões ① A flocação de suportes é uma técnica de precipitação eficiente, com estrutura compacta e que permite economia de recursos. Em comparação com os processos de precipitação tradicionais, ele possui vantagens como alta eficiência no tratamento, menor área ocupada, resistência a cargas de impacto e uso reduzido de reagentes. ② A desvantagem dos equipamentos tradicionais de floculação é que a circulação das partículas de areia entre os tubos e as bombas acelera o desgaste do equipamento. Além disso, o processo de floculação tem um baixo efeito na remoção de BOD e COD, pois não consegue eliminar as substâncias orgânicas dissolvidas na água. Em comparação com os equipamentos tradicionais, os novos dispositivos de floculação exigem mais equipamentos e componentes de controle. ③ Atualmente, a direção do desenvolvimento dessa tecnologia é a criação de novos dispositivos destinados a superar as diversas deficiências dos equipamentos tradicionais de flocação, ou então seu uso em conjunto com outros processos, a fim de obter efeitos sinérgicos. Por exemplo, sua utilização em conjunto com o método de lodo ativado pode resolver o problema da baixa taxa de remoção de substâncias orgânicas dissolvidas nas águas. ④ Com a crescente concorrência no mercado da indústria de tratamento de água e com a escassez cada vez maior de energia e recursos, os usuários exigem cada vez mais inovações tecnológicas. Portanto, os princípios para o desenvolvimento de equipamentos devem ser a automação dos mesmos, a economia de recursos e a melhoria da eficiência. Os dispositivos desenvolvidos com base na técnica de floculação podem atender a esses princípios, cumprindo assim as exigências de construção de uma sociedade que economize recursos em nosso país. Espera-se que esses dispositivos desempenhem um papel importante no setor de tratamento de água do nosso país, reduzindo assim a diferença em relação aos países desenvolvidos. Participante