Integração da ozonização com processos físicos-químicos no tratamento de água bruta para abastecimento

Orientador: Prof. Dr. Ramiro Gonçalves Etchepare

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental. Defesa : Curitiba, 19/01/2021

Inclui referências: p. 119-134

Resumo: Os processos de tratamento convencional de agua no Brasil incluem operações unitárias de coagulação, floculação, sedimentação, filtração, cloração e fluoretação. Estas técnicas são muitas vezes insuficientes para assegurar uma qualidade química e organoléptica na agua potável. O processo de ozonização, em função do alto poder de oxidação, possui grande potencial para ser integrado ao tratamento físico-químico, conforme aplicações e experiências em países europeus, Japão e outros países desenvolvidos. Entretanto, ainda não são reportadas aplicações em estacoes de tratamento de agua no Brasil. O presente trabalho consistiu em um estudo em laboratório para integração do processo de ozonização e físico-químico no tratamento de agua bruta do rio Iguaçu (PR), com vistas ao abastecimento público. O ozônio foi aplicado na pré-oxidação (antes da coagulação, OFQ) e na ozonização intermediaria (apos a sedimentação, FQO) para avaliação do efeito de diferentes parâmetros operacionais na qualidade organoléptica da agua. Foi montado um sistema experimental consistindo em um equipamento Jartest, para o tratamento físico-químico (FQ), integrado a um sistema de ozonização. Os melhores resultados do tratamento FQ foram obtidos utilizando uma concentração de 35 mg.L-1 de PAC em pH 6,5 -- e estas condições foram utilizadas nos demais ensaios com ozônio. A aplicação do processo FQO resultou na obtenção de menores valores de cor residual (12 mgPtCo/L), em comparação com o processo FQ, sendo as melhores condições de processo em pH 7 e 30 min de aborbulhamento de ozônio. O emprego do processo OFQ, por sua vez, proporcionou maiores eficiências na redução de turbidez (< 2 UNT) e cor (14 mgPtCo/L) em relação ao processo convencional, com condições otimizadas em pH 6 e 30 min de aborbulhamento. Adicionalmente, com a aplicação do processo OFQ (2,0 mg.L-1), foi possível a redução de ate 20% da concentração otimizada de PAC, sem perda de eficiência na remoção de cor e turbidez. Foi feita uma pré-avaliação de custos operacionais dos processos avaliados, em uma eventual aplicação em escala real, e verificou-se que a utilização do ozônio na etapa de pré-oxidação pode proporcionar uma redução de custos com insumos no tratamento de agua de ate R$ 9.671,00, para uma ETA que opera com vazão de 3.800 L.s-1. Foi proposto um projeto conceitual para o escalonamento do sistema de ozonização para escala piloto, integrado ao processo físico-químico, e com vazão máxima de 1,0 m3.h-1. O sistema e composto por gerador de ozônio, bomba centrifuga multifásica, tanque de alivio com destruidor de off-gas, e um reator de contato hidráulico. Espera-se que o presente trabalho possa subsidiar estudos futuros e aplicações de ozônio no tratamento de agua para abastecimento.

Abstract: The conventional water treatment processes in Brazil includes unitary operations of coagulation, flocculation, sedimentation, filtration, chlorination and fluoridation. These techniques are often insufficient to ensure chemical and organoleptic quality in drinking water. The ozonation process, due to the high oxidation power, has great potential to be integrated to the physicochemical treatment, according to applications and experiences in European countries, Japan, USA and other developed countries. The present work consisted of a laboratory study to integrate the ozonation and physicochemical process in the raw water treatment from the Iguacu River, with a focus on public supply. Ozone was applied at the pre-oxidation (before coagulation, OFQ) and in intermediate ozonation (after sedimentation, FQO) to evaluate the effect of different operational parameters on the organoleptic quality of the water. An experimental system was set up with a Jartest equipment for the physicochemical treatment (FQ), integrated with an ozonation system. The best results of the FQ treatment were obtained using a concentration of 35 mg.L-1 of PAC at pH 6.5 - and these conditions were used in other ozone tests. The application of the FQO process resulted in lower residual color values (12 mgPtCo/L) compared with the FQ process, the best process conditions were at pH 7 and 30 min of ozone bubbling. The use of OFQ process, in turn, provided greater efficiency in reducing turbidity (< 2 UNT) and color (4 mgPtCo/L) compared to the conventional process, with optimized conditions at pH 6 and 30 min of bubbling. Additionally, with the application of the OFQ process (2.0 mg.L-1), it was possible to reduce up to 20% of the optimized PAC concentration, without loss of efficiency in color and turbidity removal. A pre-assessment of the operational costs of the evaluated processes was made, in an eventual real scale application, and it was verified that the use of ozone in the pre-oxidation stage can provide a reduction of daily costs with inputs in the treatment of water of up to R$ 9,671.00, for a WTP that operates with a flow of 3,800 L.s-1. A conceptual project was proposed for the scale-up of the ozonation system to pilot scale, integrated with the physicochemical process and with a maximum flow rate of 1.0 m3.h?1. The system consists of an ozone generator, a multiphase centrifugal pump, a relief tank with a off-gas destroyer, and a hydraulic contact reactor. It is expected that this work will assist future studies and applications of ozone in drinking water treatment.