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Tratamento Terciário Actiflo™Carb: Remoção De Orgânicos Solúveis Refratários

Por Sergio Hilsdorf

O desenvolvimento sustentável de uma sociedade passa pelo controle rigoroso da poluição industrial.

Atualmente, uma variedade muito grande de compostos orgânicos é utilizada por uma série de indústrias, a exemplo das químicas e petroquímicas como insumos ou matérias-primas para produtos diversos. Muitos destes compostos orgânicos estão presentes nos efluentes líquidos destas indústrias, dificultando o seu tratamento e alguns ainda são responsáveis por conferir toxicidade para o meio receptor ou para os próprios sistemas biológicos de tratamento. Por outro lado, quando não removidos dos efluentes, estes compostos invariavelmente são conduzidos a corpos de água que se constituem em mananciais abastecedores, exigindo então sua remoção nas estações de tratamento de água potável.

A Resolução nº 430 do CONAMA (Conselho Nacional do Meio Ambiente), de 13 de maio de 2011, introduziu a necessidade de atendimento de critérios de eco toxicidade, ou seja, o efluente não deverá causar ou possuir potencial para causar efeitos tóxicos aos organismos aquáticos no corpo receptor. Sob esta nova ótica, os efluentes da maioria das indústrias poderiam vir a requerer tratamentos terciários.

A toxicidade refratária de uma água residuária, que significa sua toxicidade residual para o corpo hídrico receptor após tratamento, é um indicador de risco potencial para a saúde de usuários destas águas a jusante do ponto de lançamento. Muitos dos poluentes encontrados nas águas residuárias industriais são considerados cancerígenos para o homem e outros mamíferos, enquanto outros são considerados disruptores endócrinos, que fazem parte dos “poluentes emergentes” e são compostos químicos que podem alterar os níveis de hormônios que controlam o crescimento, a reprodução e o desenvolvimento de animais. É primordial considerar os efeitos crônicos que pequenas doses de certas substâncias podem exercer sobre um indivíduo exposto por um longo tempo a elas. Nos Estados Unidos da América, como parte do “Safe Drinking Water Act”, foram estabelecidos os Níveis Máximos de Contaminantes (MCLs, do termo em inglês Maximum Contaminant Levels) para proteger a saúde do público que bebe água durante a vida inteira.

O presente artigo objetiva apresentar o processo Actiflo™ Carb, originário do processo Actiflo™, um processo de decantação lastreada desenvolvido pelo grupo Veolia Water Solutions and Technologies nos anos 1980. As propriedades de adsorção do carvão ativado em pó utilizado no Actiflo™ Carb oferecem uma eficiente solução para a remoção de orgânicos solúveis refratários, micropoluentes emergentes, além de matéria orgânica natural não floculável, pesticidas e microalgas.

Princípios do Actifl o™
Actiflo™ é um processo compacto de clarificação de água que utiliza microareia como semente para formação de flocos e como lastro. O resultado são flocos lastreados com microareia que apresentam características exclusivas, que permitem projetos de clarificadores com reduzidos tempos de floculação, elevadas taxas de aplicação, e equipamentos e sistemas extremamente compactos, que são de 5 a 30 vezes menores do que outros processos de clarificação de capacidade similar.

O Actiflo consiste de dois ou três compartimentos de coagulação/ floculação seguidos de um decantador lamelar. Os equipamentos nos compartimentos de floculação incluem agitadores com um padrão axial de mistura. O tanque de decantação inclui um raspador de lodo, módulos lamelares e canaletas para coleta de água. Bombas centrífugas revestidas de borracha são usadas para bombear o lodo com microareia para hidrociclones, que lavam e recuperam a microareia.

O Actiflo tem sido usado por décadas e tem se mostrado confiável e altamente eficiente, inclusive para aplicações que são consideradas de difícil tratamento, como:

– Águas de rio sujeitas a inundações e subsequentes mudanças bruscas de turbidez e sólidos em suspensão, causando problemas com os processos de sedimentação e processos convencionais de manto de lodo;
– Águas com temperaturas baixas, que causam dificuldades de floculação;
– Águas brutas com cor elevada e baixa turbidez, produzindo flocos leves de difícil decantação;
– Águas brutas sujeitas à proliferação de algas.

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Fig. 1. O Processo Actiflo

O Actifl o™Carb 
Desenvolvido para complementar o tratamento de águas, o processo Actiflo™Carb combina o elevado rendimento de floculação e decantação acelerada do Actiflo com a capacidade de adsorção do Carvão Ativado em Pó (CAP) ou PAC, do inglês Powdered Activated Carbon. Seu objetivo principal é a eliminação de compostos que não são removidos pelo processo de clarificação e nem mesmo por processos biológicos.

Podemos enumerar algumas características fundamentais do Actiflo™Carb:
– O carvão ativado adsorve compostos não floculáveis e não oxidados biologicamente, tais como matéria orgânica refratária constituindo a chamada DQO “dura” ou “Hard COD”, pesticidas, microalgas, cianotoxinas, compostos orgânicos causadores de gosto e odor e micropoluentes emergentes, como disruptores endócrinos e de origem farmacêutica e cosmética (PPCP, do termo em inglês Pharmaceutics and Personal Care Products);
– Combina adsorção física do Carvão Ativado em Pó com a clarificação acelerada da microareia;
– A combinação em um mesmo processo dos benefícios comprovados da floculação e sedimentação lastreada com a capacidade de adsorção do carvão ativado são conseguidas por intermédio da adição de um tanque de pré-contacto do CAP antes do tanque de coagulação do Actiflo;
– A recirculação de PAC dentro do processo e a manutenção de elevada concentração de PAC no sistema, combinadas com a característica única da clarificação de um Actiflo, produzem uma água ou efluente terciário com elevada pureza, de baixa turbidez e material orgânico.

Comparado com filtros de GAC (carvão ativado granular, do termo em inglês Granular Activated Carbon), o processo Actiflo™Carb apresenta as seguintes vantagens:
– Devido ao menor tamanho, o PAC oferece maior superfície específica para adsorção que o GAC;
– A cinética de adsorção do PAC é muito mais rápida do que do GAC;
– Devido à saturação parcial, GAC perde rapidamente a sua capacidade integral de adsorção. A qualidade da água tratada deteriora na medida em que o GAC vai saturando;
– GAC tem que ser regenerado ou substituído, o que consiste em um processo de elevado custo;
– Pode ocorrer dessorção de contaminantes previamente adsorvidos no GAC sob determinadas circunstâncias;
– A dose de PAC pode ser ajustada em relação à concentração do contaminante, oferecendo uma maior flexibilidade operacional e um menor OPEX do que o GAC.

O lodo formado com microareia e carvão em pó sedimenta no fundo do clarificador e é coletado por um raspador mecânico e em seguida bombeado para um hidrociclone especial com injeção de água de serviço. O hidrociclone separa o PAC da microareia, a qual é recirculada de volta à câmara de floculação. A maior parte do PAC concentrado é reciclada de volta à câmara de contacto, e o excesso de PAC (1 – 2% MS) é descarregado para tratamento de lodo ou para uma unidade de montante como equalização ou etapa biológica, sendo extraído, neste caso, em conjunto com os lodos biológicos da ETE.

Aplicações do Actifl o™Carb
Em água potável 

O Actiflo™Carb em água potável é aplicável para a remoção de matéria orgânica não coagulável/floculável, pesticidas, compostos causadores de G&O (gosto e odor), microalgas, disruptores endócrinos e outros poluentes emergentes.

As características específicas nesta aplicação são:
– Remoção de turbidez residual, orgânicos e micropoluentes em simples estágio;
– Dose de PAC típica: 5 – 30 mg/l;
– Concentração de PAC no tanque de contacto: 1 – 5 g/l;
– Tempo de contacto: usualmente 5 – 10 minutos;
– Taxa de aplicação: 30 – 40 m/h;
– Obrigatório hidrociclone específico;
– Taxa de alimentação típica do hidrociclone: 6% – 12%;
– Concentração típica do lodo: 20 – 40 g/l;
– Perda de água típica: < 0.3%;
– Dose de microareia : 5 – 10 kg/m3;
– Dose de Polímero: 0,4 – 0,8 mg/L.

O PAC usualmente utilizado tem tamanhos de 15-35 microns. Cada PAC é diferente e, por isso, para uma dada aplicação, a eficiência e dosagem ótima são diferentes para cada carvão. A escolha depende da poluição a ser tratada e deve-se recorrer a testes de jarros para se determinar qual carvão e qual dosagem são convenientes para a aplicação específica.

Para águas brutas de superfície com elevada turbidez e muito elevado conteúdo orgânico (TOC, do termo em inglês Total Organic Carbon), é necessário pré-tratar a água em um primeiro estágio de clarificação. Quando um Actiflo regular pré-trata a água antes de um Actiflo™Carb, a combinação entre as duas unidades processo é chamada de Actiflo Twin Carb (Fig. 5).

O Actiflo Twin Carb consegue oferecer água tratada de elevada pureza, mesmo a partir de águas brutas de mananciais extremamen-te degradados. Por exemplo, o parâmetro TOC (Carbono Orgânico Total) pode ser reduzido de 15 mg/L para menos de 2 mg/L, como no exemplo da Fig. 6, em testes piloto realizados em 2007 em Gatinaux, França.
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Fig. 2. Representação da formação de flocos lastreados

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Fig. 3. O processo Actiflo™ Carb


Em águas residuárias

O processo Actiflo™Carb tem aplicação tanto em águas residuárias municipais, essencialmente domésticas, como industriais. No campo municipal, diversos poluentes emergentes são encontrados nos efluentes de ETEs, tais como resíduos de fármacos, antibióticos, hormônios, disruptores endócrinos (ftalatos, nonilfenóis, agentes quelantes, aromáticos sulfonados), dentre outros. Os nonilfenóis, por exemplo, estão na formulação de uma gama considerável de surfactantes (detergentes em pó para lava-louças e para lavadora de roupas).

No campo industrial são numerosas as aplicações, uma vez que sempre que seja necessário reduzir a matéria orgânica refratária, ou seja, a DQO que não pode ser removida por processos químicos nem biológicos, ou reduzir a toxicidade de uma determinada água para lançamento em corpo receptor, o emprego do processo Actiflo™Carb é recomendado.

Para o reúso de efluentes o Actiflo™Carb é o processo de escolha antes de membranas de ultrafiltração, como no processo Terflex + Actiflo Carb (Fig. 7).

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Fig. 4. Detalhes do circuito do carvão em um Actiflo™Carb

Estudo de Caso de Tratamento Terciário com Actiflo™Carb
A indústria de corantes para têxteis Huntsman, na sua filial de Qingdao, China, precisava melhorar seu tratamento de efluentes para cumprir com os limites de descarte e, assim, não ter que reduzir sua produção. A estação de tratamento de efluentes era composta pelas seguintes etapas (Fig. 8).

De acordo com a nova Legislação local, a DQO deveria ser reduzida em duas etapas, sendo a primeira para 200 mg/L e a segunda para 100 mg/L no prazo de 1 ano.

Este fato fez a indústria investir em instalação de filtros de GAC, comprando três filtros com 9m3 de GAC. Nos primeiros dias de operação, conseguia-se valores muito baixos de DQO, da ordem de 20 mg/L, porém, após uma semana de operação ocorria a saturação do carvão granulado e o limite de DQO de 200 mg/L era ultrapassado.

Os problemas vivenciados pela indústria eram os seguintes:
– Elevada DQO refratária;
– Uso/reposição de GAC da ordem de 3,000 kg/dia;
– Limitada capacidade de regeneração na unidade local da Calgon;
– A produção da Huntsman teria que ser reduzida para atender aos limites de descarga para os efluentes;
– Custos com GAC de aproximadamente 5.000 US$/dia.

A Veolia Water Solutions & Technologies realizou testes com planta piloto de Actiflo Carb nas seguintes condições:

Condições de operação do piloto:
1) Vazão: 25 – 40 m3/h
2) Dose de PAC: 0 – 4 g PAC/g COD
3) Coagulante: 10 – 20 mg/l Al2O3
4) Polímero: 5 – 10 mg/l

Objetivos do tratamento:
– DQO < 200 mg/l
– TOC < 67 mg/l
– Turbidez < 10 NTU

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Fig. 5. O processo Actiflo™ Twin Carb

COD), sendo que para dosagens da ordem de 4g, que equivalem a 250 g DQO/Kg de carvão, atingiram-se os objetivos, conforme Gráfico 1.

Os resultados demonstraram que os benefícios seriam incontestáveis com a instalação de uma unidade industrial de Actiflo™ Carb.

Huntsman decidiu pelo “scale-up” e investiu US$ 250,000.00 (duzentos e cinquenta mil dólares) e, com a redução em OPEX de 50% (de $2,70/m3 para $1,35/m3), obteve o payback em 1 ano.

Conclusões
Pode-se concluir o seguinte:

– Actiflo™Carb é uma alternativa de menor custo em relação a filtros de GAC. Pode-se economizar ainda mais na dosagem de PAC através da recirculação do excesso de lodo com PAC para etapas de montante do tratamento, como equalização e reatores biológicos;
– Quando incluído em uma configuração de processo Terflex, o Actiflo™Carb pode conseguir muito baixa concentração de DQO para reúso;
– O Actiflo™Carb é compatível com outros processos de clarificação a montante;
– O Actiflo™Carb é uma solução “Veolia” para remoção de poluentes emergentes, dentre eles os disruptores endócrinos;

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Fig. 6. Resultados de testes piloto Actiflo™ Twin Carb

– O Actiflo™Carb apresenta elevada eficiência na redução de toxicidade de efluentes para lançamento final, sendo uma ferramenta otimizada para cumprimento do artigo 18da Seção II da Resolução nº 430 do CONAMA (Conselho Nacional do Meio Ambiente), de 13 de maio de 2011;

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Fig. 7. Processo TERFLEX + Actiflo™ Twin Carb, para reúso de efluentes

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Fig. 8. Diagrama do tratamento de efluentes da indústria Huntsman, China

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Fig. 9. Diagrama do tratamento de efluentes da indústria Huntsman, China, após a incorporação do Actiflo™ Carb

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Gráfico 1. Rendimentos de remoção de DQO no Actiflo™ Carb

É possível atacar o problema de poluentes emergentes e toxicidade na fonte, com o emprego do Actiflo™Carb como tratamento terciário de efluentes municipais e industriais.

Sergio Hilsdorf é Gerente de Aplicação e Processos da Veolia Water Brasil. Ele pode ser contatado em: sergio.hilsdorf@veoliawater.com.

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FONTE: Revista Pollution Engineering