Tratamento de drenagens ácidas de minas de carvão pelo processo NFSL - neutralização, floculação e sedimentação lamelar - Silva, Renato Dantas Rocha da (2009)
Este trabalho analisa a situação tecnológica do tratamento ativo de Drenagens Ácidas de Minas (DAM´s) de carvão de SC, e apresenta estudos de tratamento ativo de DAM´s na região de Criciúma-SC pelo processo NFSL-Neutralização-Floculação e Sedimentação Lamelar. Os estudos piloto (1 m³.h-¹) de neutralização com cal, floculação dos precipitados coloidais e sedimentação lamelar, com tubos inclinados em 55°, foram realizados com as DAM´s provenientes de uma boca de mina de carvão extinta (São Simão, SS-16 - 20-200 m³.h-¹) e de uma bacia de descarte de efluentes (~12.000 m³) do lavador de carvão da carbonífera COMIN e Cia Ltda (região nordeste de Criciúma). O tratamento ativo inclui etapas de neutralização da acidez das DAM´s, precipitação dos íons metálicos e conseqüente remoção dos principais íons alvo: Fe+³, Al+³ e Mn+². Na floculação foram aplicados dois reatores hidráulicos em série; o primeiro para a dispersão do polímero e geração dos flocos (Floculador Serpentinado-FS), operando com uma gradiente de velocidade (G) maior que 1.800 s-¹ (tempo de residência inferior a 6 s) e o segundo para aumentar o tamanho dos flocos, o Reator Gerador de Flocos-RGF, G ~ 1.000 s-¹. Foram realizados estudos de laboratório de parâmetros químicos e de design do sedimentador lamelar (SL) visando avaliar o efeito do ângulo de inclinação das lamelas (40, 50 e 60°) na separação sólido-líquido de flocos de hidróxidos de ferro gerados a partir da neutralização de uma solução sintética de FeC3.6H2O. Ainda, esses estudos de bancada permitiram avaliar a capacidade de neutralização (das duas DAM´s) de dois tipos de cal calcíticas comerciais e também medir a eficiência de floculação usando diferentes polímeros comerciais. Os resultados mostraram que o consumo de cal (similar com os dois agentes alcalinizantes) para neutralizar (pH 9) a DAM-SS-16 foi da ordem de 250 mg.L-¹ e de 9.300 mg.L-¹ no caso da DAM-COMIN. Foi estudada a relação entre o consumo de cal e a acidez da DAM-COMIN e foi possível determinar uma relação linear (R² = 0,999) que serve de parâmetro importante para comparação de custos operacionais no tratamento de DAM´s, já que é o insumo de maior valor. A remoção dos flocos de precipitados coloidais (Fe(OH)3) não foi eficiente para o ângulo de inclinação das lamelas em 40° devido ao arraste dos flocos para a corrente de água tratada (overflow). Entretanto, a remoção dos flocos em lamelas de inclinação 50 e 60° foi eficiente devido à melhor formação e deposição dos flocos na superfície das lamelas e, portanto promove uma maior fluidez na componente horizontal. Os estudos piloto (DAM-SS-16) foram realizados em um período de 6 meses para avaliar, entre outros o efeito do pH na remoção dos íons principalmente o íon manganês (quatro meses na DAM-COMIN). A remoção desse íon, nas condições operacionais ótimas foi da ordem de 85% em pH 7 (ficando sempre próximo dos limites de emissão do CONAMA no efluente tratado) mas foi quase completa (> 99%), para valores do pH do meio > 9. Esses resultados eram esperados pela não precipitação do hidróxido de manganês a valores de pH < 9. Por outro lado, os íons sulfato são precipitados na forma de CaSO4 (entre outras espécies hidratadas) que são sais semi-solúveis e, portanto, a remoção deste ânion fica limitada pelo equilibro em concentrações da ordem de 1800-2000 mg.L-¹, não atingindo os valores de 250 mg.L-¹ estabelecidos por alguns órgãos nacionais (CONAMA 357/05). A poliacrilamida catiônica (Flonex 9045, 5 mg.L-¹) foi o floculante mais eficiente na floculação dos precipitados coloidais em ambos efluentes e o polímero aniônico Flonex 905 SH (5 mg.L-¹) apresentou similar eficiência na DAM-COMIN provavelmente devido às elevadas concentrações de cátions metálicos contidos no efluente (> 3.000 mg.L-¹). Os estudos piloto mostraram ainda que o tempo de sedimentação não foi um parâmetro influente no arraste dos flocos na saída de água clarificada do SL e a qualidade da água tratada manteve-se elevada durante os 80 minutos de operação (4 vezes o tempo de residência do tanque). Foi realizado um estudo da influência da razão entre a velocidade de sedimentação dos flocos (Vs), gerados pelos reatores hidráulicos em série, e a taxa de aplicação superficial (ou velocidade de escoamento superficial, Ve) do tanque de sedimentação, no arraste de flocos no interior dos tubos inclinados Os resultados mostraram que uma razão mínima crítica de 4,5 Vs/Ve foi necessária para obter uma eficiente clarificação; ou seja, valor equivalente a uma taxa de aplicação superficial crítica do tanque igual a 5,5 m³.m-².h-¹. Para valores maiores dessa razão a remoção dos íons foi ineficiente (< 25% para Mn+²). Em função da qualidade dos dados e a estabilidade da planta piloto foram estimados os custos operacionais para o tratamento de ambas as DAM´s: 0,5 R$.m-³ no caso da DAM-SS-16 e 3,45 R$.m-³ no tratamento da DAM-COMIN. Este último valor pode ser reduzido após introduzir uma diluição da DAM-COMIN, com a própria água tratada, porém operando a menores taxas de aplicação. É estimada uma redução dos gastos diários de operação em aproximadamente 3,5 vezes (1,00 R$.m-³). Os resultados desse trabalho revelam que o processo NFSL apresenta-se como uma alternativa eficiente e economicamente viável ao tratamento de DAM de minas de carvão e confirma as expectativas desta alternativa na região sul do Brasil. As principais vantagens do processo NFSL são as reduzidas áreas ocupadas pelos reatores de floculação, junto com uma rápida separação sólido-líquido. A qualidade das águas tratadas pelo processo apresenta-se adequada aos limites de emissão determinados pelas resoluções nacionais (CONAMA 357/05) e estaduais (CONSEMA 128/06), podendo ainda ser aplicada em atividades urbanas e industriais de uso não nobre (lavagem de pátios e ruas, irrigação de canteiros, combate a incêndios etc.) como ser reciclada na usina de beneficiamento de carvão ou rejeito de carvão.