Entender a natureza das causas, efeitos bem como as estratégias de remediação da proliferação de algas nocivas (harmful algal bloom – HABs) é fundamental para a escolha das tecnologias de tratamento de água mais adequadas em prol do aumento a resiliência contra essa ameaça emergente à qualidade da água.
Por exemplo, a remoção de células inteiras de algas e sua biomassa através da tecnologia de flotação por ar dissolvido (dissolved air flotation – DAF) contribui para o aumento da resistência de uma ETA contra os vários impactos negativos dos HABs. Isso pode servir para minimizar ou eliminar a necessidade de lidar com componentes oriundos dos HABs, como toxinas ou compostos que acrescentam a água sabor e odor, reduzindo também o potencial do subproduto de desinfecção (disinfection byproduct potential – DBP).
Biologia das algas: a importância da integridade das células
A lise celular das algas (seja causada por ruptura súbita ou degradação lenta) pode liberar uma série de toxinas e metabólitos secundários, incluindo compostos que conferem a água sabor e odor, como a Geosmina ou o 2-Methylisoborneol (2-MIB). É por isso que, quando um processo de tratamento de água remove as algas da luz e as expõe a tratamento químico (ambos podem fazer com que as algas comecem a se degradar) o tempo é essencial. Sempre que as algas se acumulam no fundo de um tanque, existe o risco de que elas se deteriorem e liberem metabólitos secundários.
Na tabela abaixo pode-se verificar as várias opções para remover células inteiras de algas, cada uma com seus próprios atributos de desempenho.
Como funciona a Flotação por ar dissolvido (DAF)
O processo de Flotação por ar dissolvido funciona bem para a remoção de células inteiras de algas, pois basicamente realiza o movimento inverso ao do o processo tradicional de sedimentação.
Figura 1. O DAF funciona dissolvendo o ar pressurizado em um fluxo de água de acordo com a Lei de Dissolução de Henry. Quando a água gaseificada é liberada no tanque de clarificação através de cabeçotes especiais de dispersão, as microbolhas ascendentes (~ 30µ) fixam-se ao floco de células microscópicas de algas e as flutuam até a superfície, suave e rapidamente.
Como em um processo de sedimentação convencional, o tratamento de Flotação por ar dissolvido começa com a aplicação de um coagulante (solução química catiônica, como o sulfato de alumínio, cloreto de polialumínio ou cloreto férrico) para neutralizar partículas aniônicas presentes na água, estimulando seu aglutinamento e, por conseguinte a formação de flocos.
Em vez de necessitar que o floco resultante se fixe no fundo do tanque (que de acordo com a Lei de Stokes pode levar de duas a seis horas para partículas mais leves) milhões de microbolhas que variam de 30 a 100 mícrons de diâmetro carregam o floco para a superfície do tanque (Figura 2). Uma vez na superfície, o floco é removido por um coletor de escuma. A água limpa é removida por uma tubulação presente no fundo do tanque e é enviada para filtração (Figura 3). No geral, o DAF reduz em 75% ou mais o potencial tempo de exposição das algas ao meio, tempo esse em que as algas podem se romper.
Figura 2. A flutuação rápida, mas suave de milhões de pequenas bolhas eleva o floco das algas para o topo do tanque de clarificação com as células inteiras intactas, onde são removidas por um coletor de escuma mecânico.
Figura 3. O Flotador por ar dissolvido recicla cerca de 10% da água de descarga do efluente tratado de volta a um vaso para saturá-lo com ar pressurizado, que eventualmente será liberado na forma de microbolhas no tanque de clarificação.
O DAF remove de 90% a 99% de algas e partículas de algas, além de outros compostos orgânicos que podem aumentar o potencial do subproduto de desinfecção. O DAF também reduz a turbidez, o que pode sobrecarregar os filtros a jusante e exigir frequente retrolavagem. A alta taxa de carregamento do DAF (até 40m³/m²/hr) é 10 vezes maior que a dos sistemas convencionais de sedimentação. O DAF também pode melhorar a clareza do efluente diminuindo de 1 Unidade Nefelométrica de Turbidez (NTU) a 3 NTUs nos processos de sedimentação, para o intervalo de 0,1 NTU a 0,5 NTU (Figura 4).
Figura 4. Nesta comparação direta da estação de tratamento de água Robert A. Perdue em Chula Vista, Califórnia (EUA), que produz cerca de 111 m³/dia, a clarificação proporcionada pelo DAF (em azul) manteve a turbidez <1,0 NTU, enquanto a turvação do sistema de sedimentação convencional (em vermelho) para o mesmo fluxo de água variou entre 1,0 e 5,0 NTU durante um período de 31 dias.
Os benefícios físicos e econômicos da Flotação por Ar Dissolvido (DAF)
Compare os benefícios de desempenho da flotação do material particulado (células inteiras ou remanescentes de algas, outras fontes de carbono orgânico, ácidos tânicos, ferro e manganês precipitados pela floculação) na superfície de um tanque de clarificação em relação a tentativa de remoção desse mesmo material pelo fundo:
- Eficiência: A remoção eficaz de partículas de baixa densidade pelo DAF facilita a carga nos sistemas de filtragem, reduzindo os ciclos de retrolavagem do filtro em até 75 ou 80%. Além disso, como o DAF não requer o uso de polímeros, torna o processo altamente compatível com os sistemas de osmose reversa (OR).
- Rapidez: O processo DAF flutua as algas na superfície e as remove em 30 minutos – cerca de ¼ a 1/12 do tempo exigido pela sedimentação. Isso significa que há menos tempo para as células se decomporem e liberarem suas toxinas e metabólitos secundários.
- Custo: A velocidade e a eficiência do processo de DAF permitem várias camadas de economia de custos. Redução da retrolavagem dos filtros reduz os custos de energia e os custos relacionados ao uso de água na planta. O uso reduzido de coagulantes e polímeros também economiza nos gastos com produtos químicos e etapas de mistura associadas.
- Área de implantação: A capacidade de alto fluxo do DAF em um design compacto requer apenas cerca de 1/10 da área ocupada pelos sistemas de clarificação convencionais, uma solução ideal para estações de tratamento onde o espaço é precioso.
Remoção de células inteiras X Toxinas e metabólitos secundários
Embora o DAF seja desejável para a remoção de células inteiras de algas antes que elas se rompam, é possível que a lise ocorra a montante, antes de chegar ao flotador. Nesse caso, o tratamento com ele ainda é valioso para remover matéria celular morta inteira e fragmentada da água, especialmente porque, para algumas espécies de algas, foi demonstrado que as toxinas podem se agarrar às membranas fragmentadas das algas mortas. Se houver cianotoxinas ou metabólitos secundários, outras opções de tratamento, como ozônio ou processos oxidativos avançados (advanced oxidization process – AOP) (combinando ozônio com UV ou peróxido para criar radicais de hidroxila) ou algum meio filtrante engenheirado ainda pode ser necessário.
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