No tratamento de água e efluentes, o papel da flotação é separar líquidos de sólidos com microbolhas de ar que levam as impurezas suspensas à superfície. Para saber se os flotadores estão trabalhando bem, é preciso verificar justamente a relação entre ar e sólidos e o tamanho da bolha. São eficazes quando há maior quantidade de ar e menor o tamanho da bolha. Os aeradores também são essenciais para um sistema de flotação, por terem alta capacidade de dissolução de oxigênio na água. E o cliente deve estar atento diante de tantas opções no mercado para escolher aquela que lhe dê garantias de processos e resultados.
Para entendermos melhor sua importância, o flotador faz as impurezas flutuarem, isso porque as microbolhas se prendem às partículas sólidas e óleos/graxas com densidade semelhante ou pouco acima da água que formam um conjunto levado à superfície de onde é retirada a espuma produzida. O ar introduzido no líquido na flotação faz a oxigenação chegar à saturação, o que permite um controle e remoção dos agentes de produção de odores, no caso os microrganismos, e dos gases dissolvidos no efluente.
De acordo com o engenheiro químico Sergio Murilo Stamile Soares, gerente de processo da Engenho Novo, empresa que desenvolve inovações tecnológicas em processo e tratamento de efluentes para o setor industrial, os flotadores funcionam "de maneira inversa" aos decantadores. "Na decantação, o material a ser separado é mais denso do que o meio líquido e se acumula no fundo do equipamento. Já na flotação, o material a ser separado é naturalmente menos denso (ou se torna mediante a adesão de ar) que o meio líquido e se acumula na superfície no interior do flotador", explica.
Os aeradores são peça-chave de um sistema de flotação, conforme Soares. "Como a maioria dos materiais a serem separados por flotação é naturalmente mais denso do que o líquido, é preciso injetar ar, em quantidade e tamanho de bolha apropriados, para que essas bolhas de ar se unam a esses materiais, tornando-os menos densos que o meio e flotem", esclarece. O gerente de processo explica ainda que os flotadores separam materiais de baixa densidade (orgânicos, entre eles, óleos, graxas, etc.) e sólidos que possuam grande atração pelo ar (de natureza hidrofóbica) e podem ser retangulares ou cilíndricos, com alterações nos sistemas de raspagem.
No processo de flotação, a água é clarificada devido à suspensão das partículas sólidas ou oleosas com o uso de microbolhas até a superfície do tanque, onde o lodo é removido por raspadores superficiais contínuos, segundo Henrique Martins, engenheiro responsável pela EQMA Engenharia & Consultoria, que executa e elabora projetos, treinamentos e consultorias sobre tratamento de água e efluentes. "A água tratada segue para a próxima etapa, geralmente, composta por filtro de areia ou carvão ativado ou para outro processo de tratamento, como o de lodos ativados", explica.

Aplicações
Os flotadores podem ser utilizados no tratamento de água de abastecimento, de efluentes e de esgoto doméstico. Eles atendem aos casos em que a água de abastecimento tem baixa turbidez e elevada cor verdadeira e também na remoção de algas que promovem sabor e odor desagradáveis. "A aplicação mais frequente é no espessamento e adensamento do lodo gerado na ETA", diz o engenheiro da EQMA. Também servem efluentes com sólidos cuja velocidade de sedimentação é baixa e/ou quando há material oleoso, como de petroquímicas, indústrias de alimentos, etc. A flotação substitui ainda, no tratamento de esgoto doméstico, o decantador primário e secundário do sistema de lodo ativado, além de seu uso no adensamento do lodo biológico. "O uso de flotação nesta aplicação tem custos bem maiores por conta do maior consumo de produtos químicos e energia elétrica", avalia Martins. São usados também na pré-separação de resíduos minerais, vegetais e orgânicos, óleos emulsionados, fibras de papel, efluentes de curtumes, refino de óleo, conservas, lavanderias, frigoríficos, celulose e papel e mineradoras, entre outros.

Linhas de tratamento
Fábio Campos, doutorando na Faculdade de Saúde Pública da USP e técnico de laboratório no depto. de engenharia hidráulica e ambiental da Escola Politécnica, explica que existem duas linhas de tratamento nas estações de tratamento de água (ETA) e de esgoto (ETE)/efluentes industriais:
• Tornar a água bruta em potável ou adequar o esgoto aos padrões de lançamento;
• Dos sólidos retirados nos dois processos.
Na ETA, após adicionar coagulante na coagulação/floculação, o lodo produzido é separado em decantadores. Na ETE, o lodo advindo dos decantadores primário e secundário são encaminhados aos adensadores. "Decantadores ou adensadores são operações unitárias distintas, mas baseadas no mesmo princípio e objetivo que é promover a separação sólido/líquido. O primeiro clarifica a água e o segundo aumenta o teor de sólidos", esclarece. Estas operações podem ser feitas de duas formas:
Separação por gravidade: Pela ação da força da gravidade. O lodo sedimentado será removido por meio de um fosso localizado no fundo dos tanques.
Separação por flotação: Através da injeção de líquidos saturados com ar para que as bolhas formadas possam arrastar os flocos para a superfície e lá serem retirados.
Antes de optar por esse tipo de separação, conforme explica Campos, alguns aspectos devem ser analisados:
• A concentração do material particulado;
• Quantidade de ar usada;
• Velocidade de ascensão da partícula;
• A taxa de alimentação de sólidos;
• As características físico-químicas das partículas.
A diferença existente entre os sistemas de flotação é a forma de obtenção das microbolhas e a adoção de recirculação parcial ou total da água no sistema. As microbolhas podem ser obtidas por três tipos de sistemas de flotação:
• Flotação eletrostática ou eletroflotação: Através de eletrodos e energia elétrica. Visa à produção de hidrogênio e oxigênio a partir da passagem de solução aquosa diluída entre os eletrodos. "Esta técnica requer muitos cuidados operacionais e tem custos elevados com energia, embora produza lodo com maior concentração de sólidos, se comparado a um decantador convencional", avalia Martins.
• Flotação por ar disperso: Utilização de produtos químicos que, em contato, provocam reações químicas e produzem as microbolhas. Há dois agravantes neste sistema, segundo o engenheiro da EQMA: as bolhas aumentam muito de tamanho, produzindo forte turbulência, o que ocasiona quebra de boa parte dos flocos; e alguns desses produtos podem deixar resíduos que inviabilizam o tratamento da água potável. "Assim como a flotação eletrostática, a flotação por ar disperso despende maior custo operacional e requer cuidados especiais, mas tem como principal benefício a produção de lodo mais concentrado", afirma.
• Flotação por ar dissolvido (FAD): A tecnologia mais utilizada, por pressurização e despressurização de ar na massa líquida, com microbolhas da ordem de micra. "A vantagem da FAD é que possui menor custo operacional dentre as três técnicas, devido à injeção de ar atmosférico diretamente na massa líquida para formar as microbolhas", aponta Martins. Ele explica que quando é feita a injeção de ar na massa líquida na câmara de saturação, cuja pressão varia de 2,5 a 3,5 kgf/cm², ele se solubiliza na água até a completa saturação. Em seguida, é levado ao tanque de flotação. No momento em que a água saturada com ar é submetida à pressão atmosférica, as bolhas de ar se desprendem rapidamente, formando as microbolhas com diâmetros de 30 a 120 µm.
A recirculação de parte do efluente tratado, de acordo com Martins, aumenta a eficiência de separação do processo de flotação por ar dissolvido (FAD) porque promove a remoção de pequenos sólidos não removidos no tratamento. Para Campos, uma das vantagens do FAD é o uso de áreas menores que as dos decantadores e adensadores. Durante a flotação, o próprio despejo tratado ou a água potável segue para a câmara de saturação onde ocorrerá a saturação do líquido pela injeção de ar por meio de difusores ou aeradores de superfície. Em seguida, é transferido à câmara de flotação para que se forme o conjunto de bolhas/flocos e promova o arraste das partículas para a superfície de onde serão retirados.
Com a legislação cada vez mais exigente para contaminantes, como materiais orgânicos de efluentes aquosos, sobretudo, óleo e graxas, a flotação se mostra, segundo Soares, da Engenho Novo, o processo mais apropriado no mercado para separá-los e atingir, de maneira barata, segura e eficiente, os níveis finais de contaminantes exigidos. Para atender aos padrões ambientais de descarte ou de reúso da água, a Engenho Novo criou um sistema de tratamento de efluentes por processo de flotação, compacto e fácil de operar, que une eficiência e baixo custo de instalação e manutenção. Seu diferencial é o Air-Jet^® (ver boxe), tecnologia de aeração por ejetores de mistura que, ao utilizar ar atmosférico ou outro gás, permite gerar microbolhas finas e adequadas por ar dissolvido e ar disperso sem necessidade de compressores e válvulas de regulagem de pressão e nível. Os flotadores da Engenho Novo são cilíndricos e compactos, utilizam aeração por ejetores de mistura, não necessitam de compressores de ar e bombas de recirculação e dispensam manutenção.

Sistemas
Dois tipos de tecnologia podem ser utilizados para conduzir o tratamento biológico de esgoto, o aeróbio e o anaeróbio. Nos grandes centros urbanos, segundo Campos, dentre as variantes do processo aeróbio, é muito usado o sistema de lodos ativados. "Como vantagens, este sistema tem a capacidade de tratar altas cargas orgânicas e a necessidade de áreas reduzidas. Como desvantagens, o custo de implantação e operação e o volume de lodo produzido", indica o técnico.
Nesse tipo de sistema, o esgoto é estabilizado em tanques de aeração, os quais contêm microrganismos aeróbios que utilizarão a matéria orgânica em seu metabolismo, reduzindo, assim, seu potencial poluidor para que o efluente tratado possa ser lançado em corpos d’água. Depois, é necessária a introdução de ar nesses tanques de aeração para suprir a necessidade de uso por parte dos microrganismos e promover a mistura do seu conteúdo.
Os sistemas de aeração mais comuns em plantas de lodos ativados são os sistemas com ar difuso e os aeradores superficiais. Nos dois casos, a transferência de oxigênio encontra dificuldade pela presença de sólidos e salinidade dos esgotos. "Além disso, nas condições críticas de campo, as temperaturas acima de 20oC e altitudes acima do nível médio do mar fazem com que sejam obtidas reduções de 40% nos valores resultantes de testes de transferência de oxigênio em água limpa", demonstra.
Aeração por ar difuso: Garante maior homogeneidade na concentração do oxigênio dissolvido (OD) ao longo do tanque, bem como a inexistência de zonas onde ocorra a sedimentação do lodo (zonas mortas). Segundo Campos, este sistema torna-se caro pelo fato de os sopradores que introduzem o ar pelos difusores consumirem muita energia, além de que eventuais reparos necessitem do esgotamento do tanque.

Aeradores superficiais: Opção para plantas pequenas porque apresentam uma menor homogeneidade no perfil de OD ao longo do tanque, permitindo, por vezes, a formação de zonas mortas. De acordo com Campos, são mais econômicos e de fácil manutenção.

A aeração deve ser bem feita porque é essencial para a flotação. Existem vários tipos de aeração, mas as formas mais utilizadas para introduzir ar em um líquido são através da aeração por ar dissolvido e a aeração por ar disperso, esta última é a mesma que aeração por ar difuso citada acima.
Aeração por ar disperso: As bolhas de ar são geradas por borbulhadores, normalmente membranas porosas ou buchas de metal sinterizado, ou pela fricção de ar injetado no líquido com superfícies sólidas, por exemplo, pelo atrito do ar com o rotor de uma bomba ou com as paredes de um tubo em um fluxo a alta velocidade. Neste tipo, o processo necessita de alto consumo de energia e grandes tanques de aeração, segundo a Engenho Novo.
Aeração por ar dissolvido: Há uma prévia pressurização do líquido ou de parte dele em contato com ar borbulhado. As bolhas de ar que se unem às partículas sólidas são geradas por dissolução de ar no líquido sob pressão elevada com a posterior nucleação (precipitação) por rápida redução da pressão, o que diminui a solubilidade do ar e deixa o líquido supersaturado – o mesmo que acontece ao abrir uma garrafa de refrigerante. Em geral, são necessários compressores de ar e bombas para a pressurização do ar e do líquido. É preciso maior investimento e manutenção e atenção operacional para garantia das condições ideais de aeração, como controle de nível, vazão e pressão de ar, de acordo com a Engenho Novo.

Substitutos
Na opinião de Martins, as bolsas geotêxteis ou bolsas desidratadoras de lodo são os únicos equipamentos mais modernos que podem competir com os flotadores nos processos de tratamento. Mas, mesmo assim, adverte que somente em alguns casos. "Isso porque o princípio de funcionamento dessas bolsas também é a coagulação e floculação com o diferencial de aprisionar os sólidos floculados em seu interior, permitindo que apenas a água, praticamente isenta de sólidos, permeie pela superfície da membrana. Desse modo, efluentes industriais oleosos são mais facilmente tratados por flotadores", explica.
Para Soares, da Engenho Novo, existem equipamentos que podem substituir os flotadores que não são propriamente mais modernos, mas, sim, dependendo da aplicação, tecnologias diferentes, como membranas, hidrociclones, filtração, etc. Entretanto, o engenheiro químico afirma que, para um tratamento primário físico-químico de efluentes líquidos contendo matérias orgânicas e/ou hidrofóbicas, "nenhuma dessas outras tecnologias apresenta relação custo-benefício melhor do que o processo de flotação".
A B&F Dias atua com soluções completas em sistemas de aeração por ar difuso, tecnologia voltada especialmente para processos de oxidação de carga orgânica que pode substituir os flotadores/aeradores por terem a mesma função. "Em comparação às outras tecnologias existentes no mercado, os sistemas da B&F Dias são muito procurados pelas companhias de saneamento e indústrias pelo fato do menor consumo de energia elétrica, baixo ruído, a não produção de aerossóis, maior transferência de oxigênio e melhor distribuição de oxigênio dissolvido", revela Alessandra Cavalcante, do depto. de marketing da empresa. Segundo ela, nos casos de substituição de tecnologias de aeradores mecânicos ou em sistemas que demandam a injeção de oxigênio puro, houve comprovação do retorno de investimento em menos de 12 meses de implantação.
Os sistemas de aeração por ar difuso são muito utilizados nos diversos tipos de processos biológicos em estações de tratamento de efluentes industriais e sanitários. O principal objetivo desta tecnologia é fornecer oxigênio à biomassa em processos de oxidação de carga orgânica e remoção de nutrientes. "Sua grande vantagem é a alta transferência de oxigênio e baixo consumo de energia elétrica", destaca Alessandra. Os sistemas de aeração são utilizados também em processos de oxidação de carga orgânica dos mais variados tipos (lodos ativados, SBR, MBR, lagoas aeradas, etc.), nitrificação biológica, remoção biológica de nutrientes, mistura, equalização, stripping, flotação, digestão aeróbia e caixas de areia aeradas. No processo de aeração, não são utilizados produtos químicos, já que a aplicação é feita em processos biológicos ou de mistura.
A B&F Dias dispõe desta tecnologia do tipo fixo ou removível com difusores circulares ou tubulares. O sistema de aeração por ar difuso tipo fixo é usado com todos os tipos de difusores de ar, seja tipo bolha fina ou grossa, circular ou tubular, e é voltado para aplicação em lagoas ou tanques. Seu diferencial é a possibilidade de implantação de maior densidade de difusores por metro quadrado. Além disso, permite sempre a utilização de vazões unitárias por difusor menores que na configuração flutuante/removível. Sendo assim, é possível obter menores coeficientes de vazão de ar que resultam, obrigatoriamente, em maiores índices de transferência de oxigênio.
O sistema de aeração por ar difuso tipo removível (flutuante) é utilizado com difusores de ar tipo bolha fina ou grossa, normalmente com difusores tubulares. Indicado para lagoas de aeração (aeradas, mistura parcial, completa, etc.) independentemente do tipo de construção ou revestimento existente, principalmente para os casos onde se tem baixa relação F/M para aeração ou mistura. Dispõe ainda de criação de zonas anóxicas para processos de nitrificação e desnitrificação. Entre suas vantagens, está a implantação ou manutenção sem necessidade de esvaziamento da lagoa ou tanque e sua adaptabilidade de fornecimento e dimensionamento em cada projeto. Os difusores de bolha grossa são mais indicados para aplicações de mistura, equalização e caixa de areia.
Na opinião de Alessandra, como o mercado está aquecido e o setor privado faz investimentos altos, é natural que ocorra alavancagem e desenvolvimento para atender à demanda. "Hoje é grande o número de empresas capacitadas, no entanto, o número de empresas despreparadas, especialmente no que se refere ao contexto técnico, é muito maior. Desta forma, os clientes devem exigir garantias de processos e resultados", analisa.

Produtos químicos
Os produtos químicos utilizados no processo de flotação, de acordo com o engenheiro da EQMA, são os mesmos da coagulação e floculação: corretores de pH à base de barrilha, cal e hidróxido de sódio e os coagulantes/floculantes. Com destaque para o uso combinado de cloreto férrico e polímeros orgânicos que resultam em flocos maiores e bem formados arrastados até a superfície sem ter muitas quebras. Segundo Martins, para o mesmo efluente ou água, o sistema de flotação pode consumir até três vezes menos produtos químicos que no sistema convencional. "Porém, é preciso se atentar à dosagem ideal para cada condição, que deve ser determinada previamente em jar-test de flotação", afirma.
O gerente de processo da Engenho Novo também concorda e complementa que, em um processo de flotação, se utilizam agentes coagulante e floculante e que as especificações destes agentes dependem das características do meio líquido a ser processado, devendo ser determinadas por testes de tratabilidade. "Em alguns casos, pode ser necessária uma etapa prévia de correção de pH (com base ou ácido) e, mais raramente, algum agente espumante e oxidante", indica.

Contato das empresas:
B&F Dias: www.bfdias.com.br
Engenho Novo: www.engenovo.com.br
EQMA Eng & Consultoria: www.eqma.com.br

Referências Bibliograficas

- Di Bernardo L., e Sabogal Paz. L., P., "Seleção de tecnologia de tratamento de água" Editora LDiBe, São Carlos, SP. 2008;

- Eckenfelder,. W., "Industrial Water Pollution Control" McGraw-Hill International Editions 3ª ed., New York, 2000;

- METCALF & EDDY, Inc. "Wastewater Engineering: Treatment, Disposal, Reuse". McGraw-Hill International Editions, 4rd ed., New York, 2003;

- www.naturaltec.com.br