Tratamento de água cinza clara de edifício comercial por flotação por ar dissolvido para reúso em descargas de bacias sanitárias

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, 25/02/2019

Inclui referências: p. 117-133

Resumo: Águas cinzas são efluentes domésticos que excluem as contribuições de bacias sanitárias. Dentre os diferentes processos de tratamento de água cinza que podem ser empregados, a Flotação por Ar Dissolvido (FAD), apesar do elevado potencial, ainda não foi investigada com aprofundamento. Portanto, a presente pesquisa consistiu na caracterização de uma água cinza clara proveniente de edifício comercial e o seu tratamento por FAD, em escala de laboratório. Foram empregados diferentes agentes coagulantes, em diferentes condições de processo, nos processos de sedimentação e FAD, além da taxa de reciclo, da pressão de saturação e da tensão superficial da água na FAD. Para disponibilizar uma água tratada que atenda os padrões de qualidade de legislações para o reúso em descarga de bacias sanitárias, foi avaliada a filtração em areia e a desinfecção com cloro. A água cinza avaliada apresentou uma baixa concentração de matéria orgânica (DQO = 36 mg.L-1; DBO = 32 mg.L-1), baixa concentração de sólidos suspensos (SST = 20 mg.L-1; turbidez = 18 UNT) e baixa densidade de microrganismos (coliformes termotolerantes = 17 NMP.100mL-1) quando comparada com efluentes semelhantes. Os resultados da otimização do processo de sedimentação da água cinza indicaram o emprego de sulfato de alumínio em pH 7,0 e 40 mg.L-1 (turbidez residual = 4,5 UNT), cloreto férrico em pH 5,5 e 60 mg.L-1 (turbidez residual = 3,8 UNT) ou PAC em pH 7,0 e 20 mg.L-1 (turbidez residual = 2,9 UNT), para o atendimento da meta técnica estabelecida de 5 UNT; e associação de PAC com 20 mg.L-1 com polímero aniônico com 0,25 mg.L-1. A avaliação dos parâmetros da FAD indicou que: i) o emprego de baixas pressões de saturação (< 3 bar) não resulta em queda na eficiência de remoção de turbidez; ii) taxas de reciclo a partir de 10% resultam em melhores condições de clarificação da água cinza; e iii) água com menores valores de tensão superficial resultam em maiores eficiências de remoção de turbidez; e iv) aplicação de cloreto férrico em pH 5,5 e 20 mg.L-1 resulta em maiores eficiências de remoção de turbidez da água cinza. A água disponibilizada pela FAD, nas condições otimizadas, consegue atender os padrões de sólidos suspensos e matéria orgânica das legislações que tratam sobre o reúso de água em descarga de bacias sanitárias, necessitando de uma etapa posterior de remoção de microrganismos para se enquadrar nos padrões das legislações com valores mais restritivos. Os processos de filtração e cloração, resultaram na obtenção de uma água mais clarificada (turbidez residual = 0,3 UNT) e na remoção completa de coliformes termotolerantes, possibilitando o atendimento dos padrões de qualidade de água cinza para o reúso em bacias sanitárias. A avaliação dos parâmetros de qualidade de água cinza, com base em estudos e em legislações de outros países, para o reúso em descarga de bacias sanitárias embasou a indicação de padrões para discussões técnicas futuras. A faixa de valores indicados como mais apropriados para a realidade brasileira foram: pH de 5,0 a 9,5; turbidez < 5 UNT, DQO < 100 mg.L-1 e coliformes termotolerantes < 103 NMP.100mL-1. Assim, os resultados obtidos nessa dissertação permitem indicar que a FAD possui elevado potencial de aplicação no tratamento e reúso de águas cinzas claras para descargas de bacias sanitárias, podendo, em alguns casos, dispensar as etapas de filtração e desinfecção, para o atendimento dos padrões de qualidade de algumas legislações que tratam do reúso em bacias sanitárias. Palavras-chave: Jartest. Flotatest. Filtração. Desinfecção. Tratamento físico-químico. Parâmetros de reúso.

Abstract: Greywater is domestic wastewater excluding toilet waste. From a range of different processes to treat greywater, Dissolved Air Flotation (DAF), despite its high potential, it has not yet been investigated. Therefore, this research consisted of characterization of light greywater from a commercial building and its treatment by DAF, in bench scale. Different coagulants were applied in different process conditions for sedimentation and DAF processes, additionally to the specific DAF operational parameters such as recycle rate, saturation pressure and water surface tension. In order to provide water that meets quality standards of specific regulations for greywater reuse in toilet flushing, sand filtration and chlorine disinfection were investigated. Greywater characterization showed a low organic concentration (COD = 36 mg.L"1; BOD = 32 mg.L' 1) low suspended solids concentration (TSS = 20 mg.L"1; turbidity = 18 NTU) and low density of pathogenic microorganisms (thermotolerant coliforms = 17 MPM.100mL-1) compared to other similar effluents. Results from the optimization of the sedimentation process indicated the use of aluminum sulphate at pH 7.0 and 40 mg.L"1 (residual turbidity = 4.5 NTU), ferric chloride at pH 5.5 and 60 mg.L"1 (residual turbidity = 3.8 NTU) and PAC at pH 7.0 and 20 mg.L"1 (residual turbidity = 2.9 NTU), to meet the defined technical target of 5 NTU; and 20 mg.L"1 and 0.25 mg.L"1 of PAC and anionic polymer, respectively. The evaluation of DAF operational parameters indicated that: i) the use of low saturation pressures (< 3 bar) does not result in decreasing in turbidity removal efficiency; ii) recycle rates from 10% result in better greywater clarification; iii) water with lower values of surface tension results in greater turbidity removal efficiencies; and iv) application of ferric chloride at pH 5.5 and 20 mg.L"1 results in greater turbidity removal efficiencies of greywater. Greywater generated by DAF, under optimized conditions, meets suspended solids (turbidity and TSS) and organic matter (COD) standards of all regulations about greywater reuse in toilet flushing, requiring additional pathogenic microorganisms removal process, to meet standards of the most restrictive regulations. Sand filtration and chlorination processes generated more clarified greywater (residual turbidity = 0.3 NTU) and complete removal of thermotolerant coliforms, making it possible to meet greywater quality standards for toilet flushing reuse. Analyzing the range of greywater quality standards, from the regulations of other countries, for toilet flushing reuse and arguing of the most appropriate standards for the Brazilian conditions, in order to guarantee an acceptable risk and to promote the reuse experience, indicated for future technical discussions values of: pH 5.0 to 9.5, turbidity < 5 NTU, COD < 100 mg.L-1 and thermotolerant coliforms < 103 MPM.100mL-1. Thus, results generated in this study allow to state that DAF has a high potential of application in treatment systems to provide treated greywater for toilet flushing, and may, depending on some cases, exempt filtration and disinfection process to meet quality standards for greywater reuse in toilet flushing. Keywords: Jartest. Flotatest. Filtration. Disinfection. Physical-chemical treatment. Reuse standards.