O tratamento primário tem como principais objectivos a remoção de carga orgânica e de sólidos em suspensão e a produção de lamas. Estas operações efectuam-se em equipamentos específicos, decantadores lamelares, nos quais ocorrem fenómenos designados como coagulação, floculação e decantação lamelar.
A ETAR de Alcântara é constituída por cinco decantadores lamelares, quatro linhas primárias (de 1 a 4) e uma linha de espessamento (4 e/ou 5, comummente a 5) em tempo seco. Quando se verifica a ocorrência de precipitação, tempo húmido, é necessário recorrer a outro tipo de tecnologia, ACTIFLO® (2 órgãos de tratamento), que, também, são decantadores lamelares, mas o seu modo de operação é diferente comparando ao modo de operação dos MULTIFLO. É de realçar que apenas os equipamentos MULTIFLO são estudados neste trabalho, mas é necessário incluir os ACTIFLO a esta descrição, pois ambos pertencem ao tratamento primário.
O esquema representado na figura 3.5 sintetiza a operação do tratamento primário, tendo em conta as informações das figuras I.1 e I.2 do anexo I.
O tratamento primário está ligado ao canal de distribuição do efluente dos desarenadores/desengorduradores, sendo esse o seu afluente. O caudal total encontra-se na câmara de distribuição, como é demostrado na figura 3.5, e é distribuído por todos os equipamentos, MULTIFLO e ACTFLO, através de válvulas elétricas que se situam nas tubagens de ligação a cada equipamento. Assim, é possível escolher o valor de caudal para cada equipamento.
Cada linha MULTIFLO está dimensionada para uma caudal médio de admissão de 2000 m3/h e um caudal máximo de 3000 m3/h, perfazendo um total máximo de caudal afluente
possível para o tempo seco de 12000 m3/h (3,3 m3/s).
Em termos de especificações técnicas, cada linha primária e espessadora têm as seguintes características:
Volume da câmara de coagulação: aproximadamente 110 m3;
Tempo de retenção hidráulico com Qmáx. c. coagulação: aproximadamente 2,2 min.
Volume da câmara de floculação: aproximadamente 500 m3;
Tempo de retenção hidráulico com Qmáx. c. floculação: aproximadamente 10 min.
Volume da câmara de decantação: aproximadamente 2000 m3;
Tempo de retenção hidráulico com Qmáx. c. decantação: aproximadamente 60 min.
Tipo de lamelas: LVE300;
Altura do bloco de lamelas: 1,31 m; Área do espelho de água: 231 m2;
Bombas de recirculação por MULTIFLO (linhas primárias: de 1 a 3): 1; Bombas de recirculação por MULTIFLO (linhas espessamento: 5 e/ou 4): 1;
Bombas de lamas por MULTIFLO + bomba de reserva comum (linhas primárias): 1 + 1;
Bombas de lamas por MULTIFLO + bomba de reserva comum (linhas espessamento): 2 + 1;
Capacidade unitária das bombas de lamas: 5 – 50 m3/h.
Todos os componentes dos MULTIFLO linhas primárias e linha de espessamento estão representados nas figuras 3.6 e 3.7, respectivamente, tendo em conta as informações da figura I.1 do anexo I.
Em termos de operação, as linhas primárias são bastante parecidas à linha de espessamento, apenas diferem no caudal afluente e na quantidade de lama “produzida”, e por essa razão deterem mais uma bomba de extração, comparativamente às linhas primárias. Como já foi referido, o caudal afluente dos MULTIFLO 1 a 4 provem da fase de tratamento anterior, desarenadores, enquanto que o caudal afluente à linha de espessamento provem dos biofiltros (águas de lavagem e escorrências de centrífugas) e dos ACTIFLO (lama primária não espessada). O objectivo é espessar as lamas biológica e primária que não foram espessadas e, assim, aumentar o rendimento do processo de tratamento.
O coagulante é injectado nas tubagens do afluente, exceptuando na linha de espessamento, para promover, num primeiro instante, o choque de partículas. O floculante é injectado directamente na câmara de floculação. Ambas as câmaras são equipadas com agitadores, para promover, também, o choque de partículas e a homogeneização do meio. A agitação é constante e maior na câmara de coagulação do que na floculação, segundo (SIMTEJO, 2014), para não correr o risco de se destruir os flocos já formados. Após floculação, ainda existe um pequeno agitador para garantir que não se acumula lama no espaço de transferência. Na câmara de decantação, a lama sedimenta e o efluente tratado ascende pelos módulos lamelares, o qual é descarregado num canal (figura 3.5) que levará o efluente para a estação elevatória intermédia. Com o auxílio de quatro bombas submersíveis, o efluente tratado é elevado para a biofiltração.
Após coagulação e floculação, a lama resultante é decantada e extraída e/ou recirculada, sendo a extraída tratada no tratamento de linha sólida (tratamento de lamas, representado na figura 3.3).
Na ETAR de Alcântara, em termos de operação diária, não se utiliza a recirculação de lamas, sendo toda a lama é enviada para o tratamento de lamas. Por considerações iniciais, aquando da construção e projeção da ETAR, apenas se utilizaria a recirculação sem a adição de reagentes químicos (SIMTEJO, 2014).
Cada MULTIFLO tem uma bomba designada só para extração e mais uma, que pode ser utlizada como bomba de recirculação e extração, de reserva (figuras 3.6 e 3.7). Também detêm uma bomba que funciona apenas para recirculação.
Existem três setpoints no que respeita à extração de lamas espessadas, tal como é enumerado na literatura (Orozco-Jaramillo & Libhaber, 2012) e no manual de operações da ETAR de Alcântara [ (SIMTEJO, 2014)]. A figura 3.8 representa o típico gráfico de extração de lamas nos decantadores:
Tempo de ciclo (Cycle Time): tempo que decorre desde que a bomba inicia o seu funcionamento até ao próximo arranque. O caudal de lamas a ser extraído é calculado para cada período (setpoint de tempo de ciclo) e é extraído no período seguinte. Aplica-se este parâmetro apenas aos MULTIFLO linhas primárias.
Frequência de bombagem: frequência à qual as bombas funcionam. A capacidade de cada bomba é de 15 a 50 m3/h, ou seja, de 15 a 85 Hz (para MULTIFLO de 1 a 4
a frequência máxima parametrizada é de 50 Hz e para o MULTIFLO 5 é de 85 Hz para cada bomba de extração).
Taxa de Extração de Lamas: caudal de lamas, em percentagem do caudal afluente que se bombeia. A duração de bombagem, ou seja, o tempo ao qual as bombas de lamas trabalham, depende deste setpoint.
Figura 3.8 – Gráfico de extração de lamas MULTIFLO por ciclos de bombagem (SIMTEJO, 2014).
Reagentes
Para o armazenamento da solução de coagulante dispõe-se de quatro reservatórios, com 30 m3 cada, dois para a instalação ACTIFLO e dois para a instalação MULTIFLO. Todos
os reservatórios estão interligados, o que permite uma melhor gestão de armazenamento e fornecimento de cloreto férrico.
A dosagem de coagulante é feita individualmente, para cada linha, através de bombas doseadoras: duas bombas para os ACTIFLO (mais uma de reserva) e cinco bombas doseadoras para os MULTIFLO (mais uma de reserva). O caudal de coagulante é definido, proporcionalmente, ao caudal afluente de cada linha através da seguinte expressão:
Qcoagulante=QW. M. 10afluente. D
Equação 3.1 – Caudal Coagulante (SIMTEJO, 2014). Onde:
Qcoagulante: Caudal de coagulante de cada bomba, em L/h;
D: Dosagem, em ppm (mg/L ou g/cm3);
W: Concentração de metal no coagulante, em peso (%); M: Densidade do coagulante, em Kg/L;
10: factor de correção de unidades.
Para a preparação/armazenamento do polímero (floculante), dispõe-se de duas cubas de preparação e duas cubas de doseamento para cada tipo de órgão de tratamento. A preparação consiste no doseamento de polímero e água durante, aproximadamente, 8 minutos, os quais ficam retidos na cuba de preparação com agitação constante. Quando a cuba de doseamento fica vazia, inicia-se a trasfega de polímero da cuba de preparação para a cuba de doseamento. Quando o processo de trasfega termina, a preparação volta a iniciar-se para mais um ciclo de doseamento. As bombas doseadoras de polímero recebem o floculante da cuba de doseamento.
A dosagem de floculante é feita individualmente, para cada linha, através de bombas doseadoras: duas bombas para os ACTIFLO (mais uma de reserva) e cinco bombas doseadoras para os MULTIFLO (mais uma de reserva). O caudal de floculante é definido proporcionalmente ao caudal afluente de cada linha através da seguinte expressão:
Qfloculante=CQafluente. D solução−mãe
Equação 3.2 - Caudal Floculante (SIMTEJO, 2014). Onde:
Qfloculante: Caudal de floculante de cada bomba, em L/h;
Qafluente: Caudal afluente a cada linha, em m3/h;
D: Dosagem, em ppm (mg/L ou g/cm3);
Csolução-mãe: Concentração de polímero da solução-mãe, em ‰.
Para a facilitação das contas efectuadas nesta dissertação, assume-se que a concentração de polímero na solução-mãe é constante e igual a 3‰, ou seja, 3 g/L. Isto deve- se ao facto que podem ocorrer erros no doseamento e na determinação da concentração real de polímero (efectuada numa balança de secagem).
Antes do doseamento de polímero, directamente, na câmara de floculação, é realizada uma segunda diluição, em linha, através da adição de água industrial à solução de polímero presente na cuba de doseamento. A mistura é efectuada em linha com o auxílio de um misturador estático, fazendo com que esta seja a correcta. Através deste valor, é possível calcular a água necessária para a diluição em linha do polímero, como é demostrado na equação 3.3.
𝑄á𝑔𝑢𝑎 𝑖𝑛𝑑𝑢𝑠𝑡𝑟𝑖𝑎𝑙 = 𝑄𝑓𝑙𝑜𝑐𝑢𝑙𝑎𝑛𝑡𝑒× (𝐶𝐶𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜−𝑚ã𝑒 𝑝𝑟𝑒𝑡𝑒𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎 − 1)
Equação 3.3 - Caudal de água industrial para diluição. Onde:
Qfloculante: Caudal de floculante de cada bomba, em L/h;
Qágua industrial: Caudal água industrial, em L/h;
Csolução-mãe: Concentração de polímero da solução-mãe, em ‰;
Cpretendida: Concentração de polímero pretendida após 2ª diluição, em ‰.
Na figura 3.9 está representado um esquema representativo ao armazenamento e doseamento dos reagentes para o tratamento primário, tendo em conta a informação das figuras I.3 e I.4 do anexo I.
Existem diferentes modos de funcionamento para o doseamento de reagentes no tratamento primário, os quais são enumerados na tabela 3.1.
Tabela 3.1 – Modos de funcionamento dos MULTIFLO.
Modo de Funcionamento MULTIFLO - Reagentes MULTIFLO
Automático – Arranque de reagentes de acordo com valores padrão (variação entre o modo Sem Reagentes e Com Reagentes)
1,2,3,4
Sem Reagentes – Não doseia reagentes 1,2,3,4
Com Reagentes – Efetua sempre o doseamento de reagentes 1,2,3,4
Lamas+ - Efetua sempre o doseamento de reagentes 5/4
Lamas- - Não doseia reagentes 5/4
A dosagem de reagentes nos MULTIFLO pode ser ativada, em funcionamento automático, quer pelo caudal afluente, quer pela turvação do efluente tratado.
O doseamento de reagentes para as linhas primárias funciona em modo automático, ou seja, se os valores, em tempo real ultrapassam setpoints estabelecidos nos parâmetros de cada MULTIFLO, então o doseamento de reagentes é ativado. O parâmetro designa-se por “Nível de Turvação para Arranque de Reagentes” e significa que a turvação efluente ao detectar um valor superior ao parametrizado, o doseamento de reagentes é activado e funciona até que o valor fique inferior ao estabelecido (existindo, também, um delay quer de arranque – dez minutos –, quer de paragem – uma hora – de reagentes).
Em ambas as linhas, primárias e de espessamento, existe ainda um parâmetro que define se a gama de dosagem de reagentes é baixa e/ou alta, Alteração de Dosagem Baixa e Alta. Se a turvação efluente atingir o set-point de turvação estabelecido para este parâmetro, a dosagem altera a gama de baixa para alta, ou vice-versa, se a turvação for menor que esse set-point. O valor estabelecido na ETAR de Alcântara é de 150 NTU.
Indicadores de Consumo
No âmbito do controlo da qualidade da água tratada pela ETAR de Alcântara, são avaliados os consumos específicos de reagentes em todos os tratamentos, aos quais a utilização de reagentes é imprescindível. Estes têm um nível máximo de consumo, Kg de reagente por m3 de água tratada, os quais podem ser consultados na tabela 3.2.
Os valores adoptados foram calculados com base num estudo efectuado no projecto da Empreitada da ETAR de Alcântara (SIMTEJO, 2013), considerando o pior cenário possível em termos de parâmetros processuais que afectam, diretamente, a utilização de reagentes (por exemplo, turvação elevada do efluente, taxa de remoção de sólidos baixa, etc).
Tabela 3.2 - Indicadores de Consumo Máximo de reagentes ETAR (SIMTEJO, 2013).
Os valores diários dos indicadores devem estar abaixo dos valores de referência e são calculados através das seguintes expressões:
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑜 𝐶𝑜𝑎𝑔𝑢𝑙𝑎𝑛𝑡𝑒=
𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝐶𝑙𝑜𝑟𝑒𝑡𝑜 𝐹é𝑟𝑟𝑖𝑐𝑜 𝐸𝑇𝐴𝑅 (𝐾𝑔) 𝑑𝑖𝑎
𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝐴𝑓𝑙𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒 𝐸𝑇𝐴𝑅 (𝑚3)
𝑑𝑖𝑎
Equação 3.4 - Indicador de Consumo máximo de Coagulante.
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑜 𝐹𝑙𝑜𝑐𝑢𝑙𝑎𝑛𝑡𝑒 =
𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑃𝑜𝑙í𝑚𝑒𝑟𝑜 𝐸𝑇𝐴𝑅 (𝐾𝑔) 𝑑𝑖𝑎
𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝐴𝑓𝑙𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒 𝐸𝑇𝐴𝑅 (𝑚3)
𝑑𝑖𝑎
Equação 3.5 - Indicador de Consumo máximo de Floculante.
Os valores enunciados não são utilizados neste estudo, pois não se teve em conta todo o tratamento primário, mas sim, apenas, os MULTIFLO (linha primária 3 e espessador).
Reagentes Consumo máximo (Kg/m3)
Polielectróito catiónico (sólido) 3,11 x 10-3
Polielectróito aniónico (sólido) 1,10 x 10-3
Cal apagada 7,56 x 10-6 Cal viva 1,07 x 10-1 Cloreto Férrico 9,42 x 10-2 Nutrimix 2,91 x 10-3 Microareia 2,46 x 10-3 Hipoclorito de sódio 3,25 x 10-2 Ácido Sulfúrico 3,89 x 10-4 Soda cáustica 1,33 x 10-2 Bissulfito de sódio 4,80 x 10-4