Desenvolvimento e validação da técnica integrada de Floculação-Flotação em Coluna (FFC), filtração em areia e cloração na reciclagem de água na lavagem de veículos

Abstract

Técnicas e tecnologias poupadoras de água tem sido objeto de pesquisa no mundo inteiro, principalmente em modalidades urbanas. A presente tese de doutorado contribuiu para o desenvolvimento de um processo inovador descentralizado de reúso de água em ambientes comerciais, tomando como modelo a lavagem de veículos. A reciclagem de água na lavagem de veículos é uma prática que começa a ser intensamente empregada em países do primeiro mundo motivada por exigências legais. No Brasil, somente nas principais cidades, estima-se em 7 milhões de m³ o consumo mensal de água nesta atividade, aproximadamente 0,5% da demanda urbana por água. Mais, o efluente da atividade lavagem de veículos é ainda altamente poluído com surfactantes, nanopartículas e microorganismos, entre outros poluentes. Estes dados justificam o desenvolvimento de uma tecnologia que possibilite a reciclagem adequada de água nesta atividade, com viabilidade técnica e econômica. O presente trabalho desenvolveu, avaliou, validou e transferiu ao setor produtivo um processo baseado na aplicação integrada das técnicas de Floculação-Flotação em Coluna – FFC, filtração em areia e cloração para tratamento e reciclo destes efluentes. As unidades de floculação (floculador hidráulico em linha – tr = 10s, G > 1000s-1; Tanfloc SL - 200-700 mg.L-1) e geração de microbolhas (bombas centrifugas multifásicas – microbolhas com D32 = 75μm) possibilitaram a formação de flocos aerados (0,8–1,6 mm de diâmetro e velocidade de ascensão de 45-150m.h-1) e consequente alta taxa de separação sólido-líquido na coluna de flotação (>18m.h-1). A partir destes dados de caracterização da técnica, um sistema de reciclagem de água na lavagem de veículos de passeio foi instalado e monitorado ao longo de seis meses. Ainda, a técnica FFC foi empregada de forma integrada com a filtração em areia e a cloração (0,5 mgCl2.L-1). A água residuária e a água tratada via FFC+filtro de areia+cloração foram caracterizadas e a eficiência de remoção de sólidos suspensos (>85%), turbidez (>90%), surfactantes MBAS (>40%), DBO5 (>60%), DQO (>60%) coliformes totais (95%) e E.coli (99% - 2 log) determinada. Este estudo longo foi realizado em um lava-rápido comercial em Porto Alegre-RS e uma economia de 70% de água no processo de lavagem foi atingida. Entretanto, embora mais de 2000 carros tenham sido eficientemente lavados com a água tratada, foi observada uma tendência de aumento de sais dissolvidos, além de uma alta concentração de coliformes, mesma na água tratada. Assim, a quantificação de risco microbiológico (à saúde humana) e de risco químico (agressividade aos veículos e equipamentos – incrustações, manchas e corrosão) fez-se necessária. As metodologias aplicadas foram: o quantitative microbial risk assessment – QMRA e o balanço de massas de parâmetros de interesse. O QMRA mostrou ser necessário se limitar a concentração de E.coli a 200 NMP.100mL-1. Esta contagem de microrganismos foi atingida com dosagem mínima de 15 mgCl2.L-1. O balanço de massa proposto mostrou que a água de reúso, após cloração para efetivo controle microbiológico, apresenta concentração de sais e, especificamente, cloretos, em níveis aceitáveis. Quanto à viabilidade econômica, esta ficou confirmada por uma avaliação econômica simplificada que confrontou economia na despesa com água, versus custos de investimento e operação da tecnologia – a depender da demanda por água, o payback pode ser inferior a 6 meses. O pedido de patente da técnica foi depositado em 2008 e publicado na revista do INPI em 03/2010, sob o número PI 0802871-0, sendo a UFRGS a proprietária da técnica. A transferência da técnica à sociedade, por sua vez, foi realizada por diversas publicações em revistas e congressos nacionais e internacionais, bem como pela comercialização da tecnologia, revertendo benefícios à universidade e ao meio ambiente. A efetiva transformação da técnica em tecnologia, na nossa sociedade, somente irá ocorrer caso seja gerado um nicho inicial de mercado que sustente a continua aplicação e desenvolvimento da prática de reciclagem de água na lavagem de veículos. Para tanto, uma moderna legislação especifica deve ser criada e fiscalizada, bem como incentivos financeiros deverão ser estabelecidos. Espera-se que os resultados aqui apresentados sejam um indutor de ambos os processos.

Water savings technologies have been a research object around the world, mainly in urban modalities. The present PhD thesis contributes to this theme developing and validating an innovative decentralized water reuse technique in vehicles wash activity. The practice of water recycling/reuse in vehicles wash begins to be intensively employed in developing countries, where laws impose it. In Brazil, this practice is not imposed, but a monthly consumption of 7 millions of m³ (0.5 % of the total urban water demand) and a great pollution load justified such a practice, moreover when new technical and economically feasible techniques are domestically available. Herein, the developed, evaluated, and validated technique is based on the integration of flocculation-column flotation (FCF), followed by sand filtration and chlorination. The claimed advances of the proposed process are: in-line fast and turbulent flocculation/mixing – 10 s and 1,000 s-1, using a tannin based coagulant/flocculant; multiphase centrifugal pump microbubbles generation – generating bubbles with Sauter mean diameter (D32) around 75 μm; appearance of aerated flocs - 0,8 – 1,6 mm equivalent diameter with a rising rate in between 45 – 150 m.h-1; and fast solidliquid column flotation (high hydraulic-load – around 18 m.h-1). Following the successful development of the technique, a full scale water recycling system was installed and monitored in a commercial car wash per six month. The car wash wastewater and the treated water (FCF plus sand filtration and chlorination – 0,5 mgCl2.L-1) where characterized and the efficiency in removing suspended solids (> 85%), turbidity (> 90%), surfactant MBAS (> 40%), DBO5 (> 60%), total coliformes (95%) and E.coli (99%) determined. Regarding water consumption, a water audit showed 70% water save – average for 2,000 car washes. Observed drawbacks where the tendency for rising dissolved solids concentration and a still high concentration of E.coli in treated water. To better understand and control this drawbacks a mass balance and a quantitative microbiological risk assessment (QMRA) where employed. The answers where: i. Although there is a dissolved solid increment, the risk of vehicles and wash equipment corrosion and scaling are low, or controlled; ii. The microbiological risk of the water reclamation system can be controlled by limiting the E.coli counting in 200 CFU.100mL-1. Once the technical issue is solved, it works to walk trough economics. A simple economic evaluation was performed for different Brazilian state capitals and showed financial viability – depending on water demand and price the payback period can be as low as 6 months. Considering the potential for innovation, the process had it intellectual property (patent) required, being the University - UFRGS the proponent. By now, the technique is being transferred to the market by a great number of national and international publications. Moreover, a small company (an university spin-off) is commercializing the technique. Nevertheless, it seems that an early market must be constructed from public policies, supporting the commercialization and demonstration of the technique. It is well known that public policies, including at least financial incentives and technical regulation, are imperative to turn a technique in a technology (innovation chain). The authors believe that the present work will help in this evolution.