Estudo do desempenho do sulfato de alumínio no processo de clarificação de água de uma refinaria de petróleo e avaliação do tanfloc como agente coagulante alternativo

Abstract

O tratamento de água é um processo fundamental seja na produção de água potável ou industrial. Por isso, a busca por agentes coagulantes mais eficientes e que agridam menos o meio ambiente é imprescindível. O presente trabalho foi desenvolvido com o objetivo de estudar o desempenho do agente coagulante sulfato de alumínio na etapa de coagulação/floculação do processo de clarificação de água de uma estação de tratamento de água (ETA) e avaliar o Tanfloc como agente coagulante alternativo. A unidade utilizada como estudo de caso para realização dessa pesquisa foi uma das três ETA de uma Refinarias. A primeira etapa da pesquisa consistiu no estudo dos mananciais de abastecimento da unidade: Catu (Rio Catu), Coreia (Rio São Paulo) e Pedra do Cavalo (Rio Paraguaçu), obtendo informações acerca do volume médio de captação da estação e das variações de sazonalidade dos parâmetros de qualidade dos mananciais. Dessa forma foram identificados os Cenários I e II para representar a qualidade da água, onde o primeiro apresentou turbidez 7,5 NTU, cor aparente 32 Hazem, pH 6,9 e matéria orgânica 9,1 mg/L e o segundo 129 NTU para turbidez, 372 Hazem para cor aparente, 7,8 para o pH e 30,8 mg/L matéria orgânica. A segunda etapa consistiu na realização de ensaios de bancada, utilizando o sulfato de alumínio como agente coagulante, para obter as melhores dosagens dos produtos químicos afim de produzir água clarificada nos padrões de especificação de qualidade para o seu uso, estabelecidos pela refinaria. As concentrações do sulfato de alumínio encontradas com esses ensaios, que geraram resultados satisfatórios foram de 40 mg/L no Cenário I e 70 mg/L para o Cenário II. A próxima etapa do trabalho consiste na análise dos parâmetros operacionais do processo de clarificação de água realizada através da técnica planejamento de experimentos (DOE – design of experiments). Os fatores analisados nos experimentos foram: pH de coagulação, dosagem de agente coagulante, dosagem de polímero auxiliar de coagulação e os gradientes de coagulação e floculação, analisando o percentual de remoção da turbidez e da cor aparente como variável resposta. Foram realizados dois DOE, um para o sulfato de alumínio e outro para o Tanfloc como agente coagulante. Para o sulfato de alumínio os parâmetros que exerceram maior grau de influência na remoção de turbidez e cor foram o pH de coagulação e a dosagem de agente coagulante, sendo o primeiro parâmetro inversamente e o segundo diretamente proporcional. Já para o Tanfloc, todos os parâmetros apresentaram certo grau de influência, porém o pH de coagulação e a dosagem de agente coagulante apresentaram maior grau de influencia. Para ambos os parâmetros o comportamento apresentado foi de diretamente proporcionais. Gráficos de superfície de resposta foram construídos através de modelos de regressão utilizando dados obtidos com o DOE. Dessa forma, foi realizado um comparativo entre os agentes coagulantes estudados, sendo assim, foi possível verificar que o Tanfloc é uma boa alternativa ao sulfato de alumínio para o tratamento de água que apresentem a turbidez como parâmetro em que desejese promover uma maior redução de seu valor absoluto. Para a estação de tratamento em estudo, o Tanfloc seria uma alternativa viável. Uma análise econômica da utilização das melhores dosagens do Sulfato de alumínio como agente coagulante indicara uma redução no custo em R$ 83.330,93 para o Cenário I e R$ 75.943,73 para o Cenário II. Uma análise econômica da utilização das melhores dosagens do Tanfloc como agente coagulante indicara uma redução no custo em R$ 78.406,13 para o Cenário I e R$ 68.556,53 para o Cenário II.

The water treatment is a fundamental process in the production of drinking or industrial water. Therefore, the search for more efficient and more environmentally friendly coagulating agents is imperative. The present work was developed with the objective of studying the performance of the aluminum sulfate coagulating agent in the coagulation/flocculation step of the water clarification process of a water treatment plant (WTP) and to evaluate Tanfloc as an alternative coagulating agent. The unit used as a study case to carry out this research was one of the three WTPs of Refinerie. The first stage of the research consisted of a study of the supply sources of the unit: Catu (River Catu), Coreia (River São Paulo) and Pedra do Cavalo (River Paraguaçu), obtaining information about the average catch volume of the station and seasonality of water quality parameters. In this way, scenarios I and II were identified to represent water quality, where the first presented turbidity 7,5 NTU, apparent color 32 Hazem, pH 6,9 and organic matter 9,1 mg/L and the second 129 NTU for turbidity, 372 Hazem for color apparent, 7,8 for pH and 30,8 mg/L organic matter. The second step consisted of bench tests using aluminum sulfate as a coagulating agent to obtain the best dosages of the chemical products in order to produce clarified water in the quality specification standards for its use established by the refinery. The concentrations of aluminum sulfate found in these trials, which yielded satisfactory results, were 40 mg/L in scenario I and 70 mg/L for scenario II. The next step of the work consists in the analysis of the operational parameters of the process of water clarification performed through the technique of Design of Experiments (DoE). The factors analyzed in the experiments were: pH of coagulation, dosage of coagulating agent, dosage of auxiliary coagulation polymer and coagulation and flocculation gradients, analyzing the percentage of removal of turbidity and apparent color as response variable. Two DoE were performed, one for aluminum sulfate and one for Tanfloc as a coagulant. For aluminum sulfate the parameters that exerted a greater degree of influence in the removal of turbidity and color were the pH of coagulation and the dosage of coagulating agent, the first parameter being inversely and the second directly proportional. However, for the Tanfloc, all parameters had a certain degree of influence, but the pH of coagulation and the dosage of coagulant had a greater degree of influence. For both parameters the behavior presented was directly proportional. Response surface graphs were constructed using regression models using the data obtained with the DoE. Thus, a comparison was made between the coagulant agents studied, so it was possible to verify that Tanfloc is a good alternative to aluminum sulfate for the treatment of water that presents turbidity as a parameter in which it is desired to promote a greater reduction of its absolute value. For the treatment plant under study, Tanfloc would be a viable alternative. An economic analysis of the use of the best dosages of aluminum sulphate as a coagulant would indicate a cost reduction of R$ 83.330,93 for Scenario I and R$ 75.943,73for Scenario II. An economic analysis of the use of the best dosages of aluminum sulphate as a coagulant would indicate a cost reduction of R $ 78,406.13 for Scenario I and R $ 68,556.53 for Scenario II.