Estudo de aplicação de polímeros em uma ETA do tipo convencional: análise da qualidade da água, produção de lodo e carreira de filtração

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2024.

A distribuição de água tem o potencial de restringir ou contribuir para o crescimento de uma cidade. No período de 2010 a 2022, o município de Florianópolis e região metropolitana apresentaram uma taxa de crescimento populacional acima da média nacional e com tendência de expansão. A região é abastecida pela estação de tratamento de água (ETA) Morro dos Quadros, a maior em produção de água do Estado de Santa Catarina, que fornece ininterruptamente água para mais de 700 mil pessoas. Devido à alta demanda, há a constante necessidade de aprimorar seus processos. O processo de formação dos flocos pode ser melhorado com a adição de polímeros como auxiliares de floculação. Estes polímeros podem tornar os flocos maiores e mais densos, aumentando a velocidade de sedimentação e por consequência proporcionando uma redução na turbidez da água decantada, quando aplicado a mesma taxa sem polímero. Esta redução da turbidez pode prolongar a carreira de filtração, gerando uma economia na quantidade de água utilizada no processo de limpeza dos filtros. Neste trabalho, foi testada a aplicação de 4 polímeros (3 sintéticos à base de acrilamida: aniônico, catiônico, não iônico e 1 natural: à base de tanino). Os polímeros foram testados em conjunto com o coagulante policloreto de alumínio (PAC) em ensaios de bancada utilizando o Jar test. Posteriormente, foi utilizado o cone Imhoff para quantificar o lodo gerado por cada polímero e filtros qualitativos para análise da água filtrada. A partir dos resultados obtidos de qualidade da água decantada e filtrada, morfologia dos flocos, custo e operacionalização, foi escolhido o melhor polímero para testar na ETA Morro dos Quadros: o não iônico. Em seguida, foram realizados novos testes em bancada para avaliar a melhor posição de lançamento e dosagem do polímero. Estas informações foram utilizadas para orientar os cenários de lançamento do polímero em condições reais na ETA. Em escala real, foi avaliada a duração de carreira de filtração antes, durante e depois da aplicação do polímero. Os resultados indicam que o uso do polímero não acelerou a colmatação dos filtros. Foram realizados testes em escala real com diferentes dosagens dos polímeros nos floculadores da estação. No entanto, a variação significativa nos resultados entre os canais, mesmo com a aplicação da mesma dosagem, impediu uma avaliação conclusiva sobre a efetividade na redução da turbidez. Essa discrepância indica a necessidade de uma investigação mais aprofundada sobre os fatores que influenciam o desempenho dos polímeros nas condições operacionais da ETA Morro dos Quadros.

Abstract: The distribution of water has the potential to either restrict or contribute to the growth of a city. From 2010 to 2022, the city of Florianópolis and its metropolitan area exhibited a population growth rate surpassing the national average, with a trend towards expansion. The region is supplied by the Morro dos Quadros Water Treatment Plant (WTP), the largest in water production in the state of Santa Catarina, which continuously provides water to over 700,000 people. Due to high demand, there is a constant need to improve its processes. The floc formation process can be enhanced with the addition of polymers as flocculation aids. These polymers can make the flocs larger and denser, increasing the sedimentation rate and consequently reducing the turbidity of the settled water when applied at the same rate as without the polymer. This reduction in turbidity can extend the filtration run, generating savings in the amount of water used for filter cleaning. In this study, the application of 4 polymers was tested (3 synthetics based on acrylamide: anionic, cationic, nonionic, and 1 natural: based on tannin). The polymers were tested in conjunction with the coagulant polyaluminum chloride (PAC) in bench-scale experiments using the Jar test. Subsequently, the Imhoff cone was used to quantify the sludge generated by each polymer, and qualitative filters were employed for the analysis of the filtered water. Based on the results obtained from the quality of the settled and filtered water, floc morphology, cost, and operational aspects, the best polymer was selected for testing at the Morro dos Quadros WTP: the nonionic polymer. Subsequently, additional bench scale tests were conducted to evaluate the optimal application position and dosage of the polymer. This information was used to guide the polymer application scenarios under real conditions at the WTP. At full scale, the filtration run time was evaluated before, during, and after the polymer application. The results indicate that the use of the polymer did not accelerate to filter clogging. Full-scale tests were conducted with different polymer dosages in the station's flocculators. However, significant variations in the results between the channels, even with the same dosage applied, prevented a conclusive evaluation of the effectiveness in reducing turbidity. This discrepancy indicates the need for a more in-depth investigation into the factors influencing polymer performance under the operational conditions of the Morro dos Quadros WTP.