TRATAMENTO DE ÁGUA - RESUMO COMPLETÍSSIMO

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CIV440 RESUMO DAS AULAS DO PROFESSOR RAFAEL: 
 
Número de Froude e a caracterização do ressalto hidráulico: usamos o esse número para caracterizar um 
ressalto hidráulico, a relação proporcional para os dois componentes de energia: pressão e cinética. Como 
vamos caracterizar o ressalto hidráulico: quanto maior o número mais supercrítico vai ser esse escoamento. 
 
Conceitos de hidráulica aplicados: tenho um gradiente de velocidade pré aplicado, quero aquele G então eu 
determino a potência que deve ser instalada. 
Tempo de detenção hidráulica é o tempo que uma partícula leva para percorrer um determinado volume. 
 
Calha Parshall além de medidos de vazão serve pra misturador. 
Temos que ter um G elevado no começo pra promover a boa mistura (800 s-1), ainda elevado mas muito 
menos elevado em termos comparativos na floculação (50 s^-1) além de terem que ser decrescentes para 
poderem fornecer uma boa formação dos flocos e na sequência podem ser elevados para que os flocos não se 
quebrem no floculador. Temos que garantir portanto, que o canal de passagem do floculador até o decantador 
não haja perda de carga elevada de maneira a quebrar os flocos. Ou seja, o G do floculador em diante tem que 
ser sempre menor ou igual ao do ponto anterior. 
 
Curto circuito x zonas mortas: curtos circuitos acontece quando o TDH real é inferior ao TDH teórico e em 
contra partida as zonas mortas acontecem quando o TDH real é superior ao TDH teórico. Fluxo em pistão não 
tem CC e nem ZM. 
Fluxo em pistão x mistura completa: enquanto no fluxo em pistão não há dispersão longitudinal no fluxo, na 
mistura completa a dispersão longitudinal é infinita. 
 
Calha parshall inicialmente como medidor de vazão e como ela provoca um ressalto hidráulico, usualmente 
nós vamos aproveitá-la como misturador. Escolher uma calha pela faixa de vazão já que temos nossa vazão de 
projeto, vamos verificar se aquele vertedor parshall que escolhermos fornece gradiente de velocidade 
adequado pra mistura. Como verificar se ele se adequa como misturador? Conhecemos as condições de 
escoamento na entrada, temos as alturas, calculamos as condições na saída, temos a perda de carga e 
consequentemente o gradiente. 
 
Determinação do gradiente de velocidade da calha parshall: 
 
 
 
Dispersão do coagulante deve ser de maneira eficiente e rápida porque as reações são instantâneas na água. 
 
 
 
Coloides: caracterizado por sua dimensão, por conta da sua dimensão e outras propriedades adquirem carga 
superficial elétrica em sua maioria negativo. Quais são os mecanismos que os coloides adquirem carga 
superficial negativa? 
 
Essencialmente buscamos agregar as partículas de coloides para que elas adquirem maior peso e densidade e 
possam ser removidas por sedimentação, flotação e/ou filtração. A coagulação TEM influência na filtração, 
porque as partículas devem estar bem estabilizadas para que sejam removidas na filtração também por 
adsorção à superfície dos grãos de areia. 
 
Com a aplicação dos coagulantes há algumas reações (sulfato de alumínio, cloreto de ferro) que ocorrem na 
água. Liberam na água íons trivalentes de ferro e de alumínio, e estes vão ser adsorvidos nas superfícies dos 
coloides, neutralizando as cargas dos coloides e permitindo então a aglomeração destes. Resumidamente é 
isso. 
 
Aplicação de cal (alcalinizante): quando se começa a chover muito e aí se tem alta turbidez, é necessário altas 
doses de cal para que os flocos se formem. Uma das vantagens dessa aplicação é o baixo custo. Por que a 
alcalinidade não varia muito durante o ano? 
 
Diagrama de coagulação: 
 
 
 
Mecanismos de coagulação: 
 
1) Adsorção e neutralização de cargas: Após a adição de sais metálicos a agua e as reações de hidrolise entre os 
cátions do sal e a agua, as espécies hidrolisadas formadas são adsorvidas a superfície dos coloides, 
neutralizando a carga negativa das partículas. Quando eu quero que predomine este mecanismo eu tenho que 
manter o ph baixo e doses baixas. 
 
2) Varredura: Com a adição de doses elevadas de coagulante, os hidróxidos metálicos precipitam (excede-se o 
produto de solubilidade). Os coloides presentes na agua podem ser envolvidos ou aglomerados no precipitado, 
durante a formação desse ou através das colisões com esse. Eu quero que se forme o hidróxido (AlH3+) doses 
mais elevadas com ph mais elevado. Varre, vai formando novos aglomerados, cada vez maiores, e decanta. 
 
3) Compressão da camada difusa: Redução do potencial elétrico e, consequentemente, da forca de repulsão 
entre as partículas pelo aumento da forca iônica da solução devido a adição de um sal contendo íons 
positivamente carregados. 
 
Quando teremos que privilegiar o mecanismo de adsorção e neutralização de cargas? Quando há águas com 
turbidez muito baixa. Assim, não há flocos suficientes para decantação então optamos pelo tratamento de 
FILTRAÇÃO DIRETA, pois não devemos flocular água com tipo 2 unidades de turbidez. Flocos pequenos e muito 
bem neutralizados/desestabilizados. 
 
E devemos privilegiar o mecanismo de varredura quando há turbidez elevada, assim formaremos hidróxidos, 
muitos flocos e muito lodo, assim teremos que ter um tratamento de CICLO COMPLETO (coagulação, 
floculação, decantação onde há uma grande remoção da turbidez e filtração). Se tivermos flocos pouco densos 
ainda que sejam muito grandes, aí optamos pela flotação (remoção por raspagem) ao invés da decantação. 
Não importa a qualidade da água bruta, ela deve sair da decantação com turbidez de 5/6 para não 
sobrecarregar o filtro. 
 
Boa parte do ano a turbidez é muito baixa (4 unidades de turbidez) mas há um período que a turbidez chega a 
300 então não podemos ter uma estação de filtração direta, inevitavelmente boa parte do ano a água passeia 
pelo floculador e pelo decantador até chegar no filtro que é quem trabalha em períodos de baixa turbidez. 
 
Lembrando que o filtro de filtração direta é totalmente diferente do filtro de ciclo completo. Espessura do leito 
filtrante por exemplo. 
 
Numa estação de tratamento de água a gente intervém no início e no final do tratamento, na coagulação e na 
filtração. Na filtração: na carreira de filtração, ou seja, quando se tem que lavar o filtro, o operador deve lavar 
o filtro no momento que o filtro pede não quando ele (o operador) quer. 
 
Eletroforese: técnica de separação que se baseia no princípio de migração de íons em um campo elétrico. 
Permite realizar a separação de macromoléculas como DNA e RNA, proteínas e enzimas com tamanhos e 
cargas diferentes. Uma aplicação dessa técnica é poder comparar o DNA encontrado no local de um crime com 
o de possíveis suspeitos; teste de paternidade. 
 
Força de Vander Walls: força intermolecular. Acontece quando a molécula é apolar, ou seja, não apresenta 
polos negativos ou positivos. 
 
FLOCULAÇÃO: processo gradual de formação de flocos e temos que assegurar que os flocos não serão 
quebrados que controlamos pelos gradientes de velocidade é da ordem de 70 a 10 s-1. Temos gradientes altos 
o suficiente pra propiciar a formação de flocos dentro do floculador e decrescentes de tal forma que não 
propiciem a quebra desses flocos. 
 
Variáveis chave do projeto de floculadores: gradiente de velocidade e tempo de detenção hidráulica. 
 
Dimensionar: 1) determinar o volume do floculador através da vazão que estamos recebendo e o tempo de 
detenção hidráulica (critério pré assumido pelo ensaio de tratabilidade ou pela norma); 2) determinar a 
quantidade de câmaras, largura das câmaras, comprimento das câmaras e as passagens entre as câmaras. Se 
eu tenho as dimensões das câmaras eu vou ter a perda de carga. 
 
TDH floculadores hidráulicos: 20 minutos mínimo. 
TDH floculadores mecanizados: 30 minutos mínimo. 
TDH = V/Q. 
 
TDH para floculadores mecânicos é maior que pros hidráulicos porque a possibilidade de curtos circuitos nos 
mecanizados é maior do que nos hidráulicos. Então isso se dá pra evitar os curtos circuitos. 
 
Na verdade, quem determina os gradientes são as passagense não as câmaras em si. 
 
Tempo mínimo para que haja formação de flocos e tempos excessivos associados a gradientes excessivos 
quebram os flocos. Se tem tempo excessivo e gradientes “normais” não tem problema só que vamos estar 
usando energia atoa e dinheiro atoa. 
 
 
 
Mecanismos da floculação: 
1) Floculação pericinética: movimento browniano (energia térmica); 
2) Floculação ortocinética: turbulência da água (gradientes de velocidade); 
3) Sedimentação diferencial : choque entre partículas com diferentes velocidades de sedimentação. 
Cinética da floculação: 
Temos um gráfico de gradiente 
versus o tempo, as linhas 
contínuas são as características 
de uma câmara e as pontilhadas 
são de 4 câmaras. Os números 
2,3,4 são as eficiências teóricas. 
Manipulando pra diferentes 
valores, observamos as curvas. 
Para cada curva dessa 
observamos que tem um ponto 
de mínimo, ou seja, um valor de 
GT mínimo praquela eficiência. 
Pra um mesmo valor de T, 
dependendo do G, eu tenho as 
mesmas eficiências. De uma 
forma mais completa, para 
valores de G muito alto veja que 
eu não alcanço eficiências elevadas, justamente porque eu provoco a quebra dos flocos. Pra valores de T muito 
baixos eu tenho eficiência muito baixa também porque não tenho produto GT suficiente pra formação dos 
flocos. Pra um valor de G mais baixo, à medida que eu ganho tempo, eu ganho eficiência. Eu preciso de um 
produto GT bem mais baixo pra quando eu tenho mais de uma câmara. Isso é importante porque produto GT 
mais baixo implica num volume menor, já que T = Q/V. 
 
Esse gráfico nos mostra a importância do produto GT 
(gradiente x tempo). Tempo 10 min os flocos já 
foram formados adequadamente e como o 
gradiente é baixo (20s-1) pode aumentar o tempo de 
floculação que não houve a quebra dos flocos e no 
outro extremo, com gradiente de velocidade de 500, 
os flocos se quebram rapidamente. Resumindo, 
quanto maior o gradiente de velocidade, mais 
precocemente se dá a quebra dos flocos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Vantagens e desvantagens floculadores hidráulicos x mecânicos: se o porte da estação é pequeno não precisa 
de floculador mecânico mas aí tem os custos que são elevados. Os floculadores mecânicos tem a vantagem de 
conseguirem se adaptar à diversas vazões, flexibilidade em épocas de chuva e seca onde a operação da estação 
é diferente. O ideal seria termos um gradiente de velocidade ideal e um tempo ideal em épocas de chuvas e 
em épocas de seca. 
 
Ensaios de tratabilidade – servem para seleção de técnicas de tratamento e determinação de parâmetros de 
projeto, além da avaliação de desempenho das unidades de tratamento. 
 
Jar Test – ajustar o ph pra todos os jarros e colocar doses diferentes em cada um, faz a mistura rápida por 
poucos segundos e aí simula a etapa de floculação (tempo e gradiente de velocidade em cada câmara). 
 
EXEMPLO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
DECANTAÇÃO: separação das partículas da água. É um fenômeno físico onde separamos a fase líquida 
(efluente clarificado) da fase sólida (concentrada no fundo do decantador). Lembrando que a adição de 
alcalinizantes muito vezes é sem necessidade o que causa além de alto custo, um alto peso de lodo e assim 
mais gastos com o tratamento do lodo. 
 
Sedimentação discreta: uma partícula sedimentando em velocidade constante. Essas partículas vão 
sedimentar sem influência das outras, não vão flocular, não vão mudar suas características físicas (como 
tamanho e densidade). Forças sobre as partículas que estão no regime laminar: Fg força gravitacional, Fe força 
de empuxo e Fd força de arraste, essas forças se anulam de tal forma que as partículas começam a sedimentar 
com velocidade de sedimentação constante. 
 
Sedimentação floculenta: partículas se aglomeram à medida que sedimentam. Logo, há alteração de suas 
características físicas e a velocidade de sedimentação é crescente. 
 
Sedimentação zonal: partículas sedimentam como um manto, mantendo fixa a posição relativa das partículas 
vizinhas e é nítida a separação das fases líquida e sólida. 
 
Decantador ideal: partículas discretas, escoamento contínuo e não turbulento, sedimentação das partículas 
sem interferencias externas e as partículas uma vez sedimentadas não são ressuspensas. Esse decantador ideal 
é composto por 4 zonas: 1) Entrada: vazão distrinuída igualmente ou proporcional de acordo com o tamanho 
dos decantadores; 2) Sedimentação: ocorre a sedimentação das partículas; 3) Lodo: armazenamento 
temporário das partículas removidas; 4) Saída: coleta uniformemente da água coletada. 
 
A velocidade de sedimentação das partículas no decantador não depende da altura do decantador e nem do 
tempo de decantação, e sim da área superficial dele. (Vs = Q/As) 
 
Critério de dimensionamento dos decantadores: TAS (taxa de aplicação superficial) equivale à velosidade de 
sedimentação. 
 
Velocidade de sedimentação crítica (Vsc) é a velocidade que vamos usar no projeto. Definição: é a velocidade 
de uma partícula que entra no topo do decantador, a uma altura H, e é removida exatamente no limite do 
fundo do decantador. Qualquer partícula que tenha uma velocidade de sedimentação > velocidade de 
sedimentação crítica, vai sedimentar com eficiência de 100% e o contrário vai sedimentar com eficiência menor 
(com a proporção E = vs/vsc). 
 
Decantação de alta taxa: maior eficiência para uma mesma área de decantador convencional ou para uma 
mesma eficiência uma menor área de decantação. Introdução de placas paralelas a superfície do decantador: 
redução da velocidade de sedimentação crítica = maior eficiência. Problema: dificuldade de limpeza e 
manutenção. Solução: uso de placas inclinadas e elementos tubulares inclinados. Usamos a decantação de alta 
taxa quando queremos ampliar a capacidade da nossa ETA sem ter que aumentar a nossa área. 
 
FLOTAÇÃO: para águas com elevados níveis de cor, elevada concentração de cianobactérias. A flotação é 
induzida por adição de ar comprimido. Ela é usada quando os flocos não apresentarem boas características 
para decantação, ou seja, flocos pouco densos que eventualmente são formados em água de cor elevada e 
turbidez baixa, quando a cor é a principal a ser removida e não a turbidez. 
 
Exemplo de flotação em ETA: efluentes de indústrias têxteis. 
 
Na flotação utilizamos qual mecanismo da coagulação? A varredura, embora os flocos tenham densidade 
menos elevada. 
 
Uma partícula imersa na água tem contato com uma bolha de ar (ar comprimido ou ar dissolvido) formando 
uma nova partícula que vão acender conjuntamente e é o tipo de bolha e o tipo de contato que vai determinar 
a eficiência da flotação. Essas bolhas vão se aderir à superfície das partículas e por empuxo vão provocar o 
movimento ascencional. 
 
Mecanismos de contato: 1) colisão: turbulência ou atração. 2) aprisionamento das bolhas no floco. 3) contato 
entre os flocos que estão sedimentando e as bolhas que estão em ascensão. 4) crescimento das bolhas de ar 
entre os flocos. 
 
Quanto maior o diâmetro das bolhas maior a superfície específica (área por unidade de volume) para a mesma 
quantidade de ar e menor o deslocamento de água da superfície para a aderência. Maior o diâmentro das 
bolhas maior a eficiência? 
 
Nós não queremos bolhas muito grandes, queremos bolhas menores, e quem determina o tamanho das bolhas 
é a pressão. PRESSÃO INJETADA (pressurização) é um parâmentro importantíssimo do dimensionamento de 
um flotador. Quanto maior a pressão menor o tamanho das bolhas. Como a pressão excessiva pode quebrar 
os flocos, tomar cuidado com isso. Por que o pH da água determina o diâmetro das bolhas? 
 
Flotação por ar dissolvido: f (concentração de partículas em suspensão, quantidade de ar, velocidade 
ascensional, taxa de aplicação superficial, tratamento químico - coagulação). 
 
Temos 3 arranjos possíveis de sistema de flotação: 
 
1) Pressurização parcial do afluente: Água 
floculada, parte do afluente passa pelo 
pressurizador e devolve água pressurizada combolhas de ar ao afluente que é injetado no fundo 
do flotador. Água e flocos e bolhas com sentido 
ascensional. O lodo é recolhido por uma campana 
para que não saia com o efluente e tem um 
raspador. 
 
2) Pressurização total do afluente: Todo o 
afluente passa pelo pressurizador. 
 
3) Pressurização da recirculação: Parte do 
efluente clarificado é que volta em recirculação 
passando pelo pressurizador e é injetado. 
 
Qual o melhor? O segundo é o menos indicado, 
pois você vai gastar energia desnecessariamente 
com o pressurizador. Pouco difere entre o primeiro 
e o terceiro. 
 
 
 
 
 
 
Remoção de cor e de algas: Cor da água bruta elevada e cor da água flotada elevada e temos também cor da 
água bruta elevada e cor da água flotada baixa, ou seja, há uma variação bastante grande na eficiência de 
remoção de cor por flotação. Ao contrário, independente da característica da água bruta em concentração de 
alga a remoção é sempre eficiente. Existe uma oscilação de eficiência na remoção de cor e essa oscilação não 
se nota na remoção de algas. A remoção de algas é MUITO eficiente na flotação e requer cuidados operacionais 
para a remoção de cor. Não quer dizer que a remoção de cor não funciona na flotação. 
 
 
Flotação x Decantação: Turbidez mais alta naturalmente 
você é levado pra decantação e para turbidez mais baixas 
você é levado para a flotação. Há uma redução da turbidez 
da água tratada com o aumento da dose de coagulante. 
No entanto, temos uma dose ótima de coagulante onde a 
partir dela, se você continua adicionando coagulante, na 
flotação, a turbidez volta a aumentar ao invés de diminuir 
porque com o excesso de doses teremos formação de 
flocos mais densos favorecendo a decantação. 
 
A floculação é uma etapa indispensável na Flotação no 
entanto é uma etapa muito mais necessária na eficiência 
da Decantação do que da Flotação. 
 
 
 
Critérios de projeto: Turbidez baixa, SS baixos, cor verdadeira mais permissível, densidade de algas em um 
determinado limite (passou disso é necessária a decantação). Dimensionamento: TAS, TDH, pressão e tempo 
de saturação, taxa de recirculação. 
 
Por que a TAS é maior para flotação do que para decantação? Porque na flotação eu quero uma velocidade 
ascensional mais rápida, já no decantador queremos uma baixa velocidade de decantação para que sejam 
removidas as partículas com menores velocidades possível. 
 
FILTRAÇÃO: última etapa de clarificação da água. Confiar na filtração para remoção de ovos de helmintos, 
protozoários, oocistos de cripst. e cistos de giárdia, que tem tamanhos suficientes para serem removidos. Uma 
boa filtração depende de uma boa decantação, de uma boa estabilização das partículas. Para o transporte 
(fenômeno físico) e para aderência (fenômeno físico-químico). 
 
Mecanismos de filtração: Transporte e Aderência 
 
1) Transporte: aproximação/contato da partícula com o grão de areia a partir do que se dá a aderência. Se a 
partícula tem carga negativa e se aproxima do grão de areia que tem carga negativa, eles vão sofrer atração 
apesar da repulsão. Se a partícula tiver carga positiva só tem força de atração. O transporte pode se dar por 
impacto inercial (conservação de movimento, massa), por interceptação que é quando a partícula passa 
suficientemente próximo do grão de areia, e aí há a interceptação (por força de atração) que depende do 
tamanho da partícula, da velocidade, das características físicas da água, por sedimentação se a partícula tiver 
densidade suficiente para se desviar da trajetória do fluxo pela ação da gravidade, por difusão (movimento 
browniano) que geram gradientes térmicos e por ação hidrodinâmica. 
 
A eficiência de interceptação em função do mecanismo do transporte depende do diâmetro da partícula, da 
velocidade de filtração, das características físicas das partículas. Para efeito de operação nas ETAS a remoção 
efetiva de cistos e oocistos é melhor com turbidez baixas. Se os ovos de helmintos passarem pela filtração 
estes serão removidos na desinfecção. 
 
 
 
2) Aderência: interação entre as forças eletrostáticas e a força de van der waals. É necessário que os flocos 
estejam bem neutralizados porque se não a força de arraste tenderá a empurrar as partículas e eventualmente 
provocando o transpasse. 
 
Em geral se gasta muito água tratada diariamente para lavar o filtro. Como a filtração se da ao longo do tempo 
e da profundidade do meio filtrante: a medida que o acúmulo de partículas vai aumentando, a velocidade 
também aumenta e aumenta a tensão de cisalhamento e aumenta a perda de carga, com isso há o 
desprendimento das partículas. 
 
Transpasse/trespasse: rompimento da carreira de filtração. Até que ponto devemos admitir o trespasse? Até 
atingir o limite de potabilidade de turbidez (0,5 uT), aí a gente lava o filtro. Lavagens consecutivas determinam 
as carreiras de filtração. Quais fatores determinam uma carreira de filtração muito longa ou muito curta? 
Qualidade da água, caract da água bruta, caract do meio filtrante e as condições hidráulicas (velocidade de 
filtração = Q/A). 
 
Carreiras de filtração abaixo de 24h é ruim, a boa é entre 36h e 72h, porque é muita água tratada que se joga 
fora (de quatro a dez por cento) e por isso a tendência hoje é de construção de descarte de resíduo e nisso 
inclui a recirculação da água de lavagem de filtros (retorna ao processo, não há mais o desperdício). O que 
determina a carreira de filtração, o funcionamento de filtração: as características da água afluente, 
características do leito filtrante, características do floco e a hidráulica (taxa de filtração). Características dos 
flocos análise granulométrica: determina a composição de uma amostra. 
 
Dimensionamento do filtro: 1) escolher a taxa de filtração (especificado em norma); 2) a partir de Q, 
determinar a área; 3) dividir isso para quantos filtros for utilizar. Por menor que seja a vazão devemos ter dois 
filtros pois devemos retirar um periodicamente para efeito de limpeza. Então durante 10/15 minutos (lavagem) 
um dos filtros vai separar sobrecarregado, mas não pode trabalhar sobrecarregado muito tempo. Se temos 
carreira de filtração de 48h e temos 2 filtros, então vamos ter lavagens de filtro todo dia o que é uma rotina 
operacional frequente. Imagina isso para uma ETA com 10/15 filtros: operação intensa. 
 
Cinética da filtração: a perda de carga cresce com o tempo por que? O incremento de perda de carga no início 
é maior na superfície, com o passar do tempo (ao longo das carreiras de filtração) há um aumento no 
incremento da perda de carga na profundidade e diminui na superfície. Isso representa a combinação dos 
mecanismos de aderência e desprendimento. Até as impurezas aparecerem no ambiente filtrado que é o 
processo que a gente chama de transpasse.?. e esse é o momento de retirada do filtro de operação para a 
lavagem, lembrando que a lavagem dos filtros é feita com água tratada (clorada) que representa cerca de dez 
por cento da água tratada. Naturalmente então queremos carreiras de filtração mais longas, pois as mais curtas 
geram mais custos. Uma carreira pode ser encerrada (ir para a lavagem) pela ocorrência do transpasse ou pelo 
esgotamento da carga hidráulica disponível. Resumidamente: a medida que o filtro vai se colmatando, isso 
implica em incremento da perda de carga, então o filtro tem que ganhar carga eletrostática para fornecer as 
perdas de carga. O ideal é que utilizemos toda carga disponível sem que ocorra os transpasse. Assim, é 
necessário lavar o filtro quando há o esgotamento da carga hidrostática ou quando ocorre o transpasse. 
 
A medida que o tempo vai passando vai aumentando a perda de carga. 
 
 
Flocos resistentes x flocos fracos: Os flocos resistentes são mais aderentes. Nos flocos mais frágeis a carreira 
de filtração se encerra por trespasse. Qual mecanismo vai tender a flocos mais frágeis e qual a flocos mais 
resistentes? Varredura tende a flocos mais frágeis, maiores, mas menos resistentes, mais propensos ao 
transpasse.Adsorção os flocos são mais neutralizados, mais resistentes, mais aderentes. Os flocos mais 
resistentes provocam elevação do incremento da perda de carga mais rapidamente e tem pouca tendência ao 
transpasse enquanto os flocos frágeis provocam o incremento de perda de carga mais gradual mas são mais 
propensos ao transpasse. 
 
O filtro perde sua vida útil pela coagulação mal feita e pela lavagem mal feita. De 20 em 20 anos é natural que 
se tenha que renovar a areia do leito filtrante que é cara e não é possível trocar por exemplo de 5 em 5 anos. 
 
A pior combinação possível: leito filtrante inadequado: granulometria do leito muito fina/leito deteriorado + 
coagulação mal feita + taxa de filtração muito elevada. Por que? Pelo esgotamento da carga muito 
precocemente e/ou pelo transpasse. Flocos formados na coagulação (se for filtração direta adsorção e 
neutralização de cargas e se for ciclo completo varredura), granulometria e a taxa de filtração são variáveis 
que devem estar compatibilizadas. 
 
No sentido de fluxo a filtração pode ser feita de forma ascendente ou descendente. No sentido de taxa de 
filtração temos filtros que são os rápidos e os lentos, de camada simples (areia) e de dupla camada (areia + 
antracito). 
 
Pensando na forma descendente, é melhor filtrar da granulometria mais fina para mais grossa ou o contrário? 
Se colocarmos a granulometria mais fina embaixo e o mais grosso em cima, na primeira retrolavagem isso se 
inverteria porque o material mais grosso é o mais pesado. O mais inteligente é filtrar da mais fina para a mais 
grossa e, para isso, temos a alternativa de fazer a filtração ascendente (de baixo pra cima), dessa forma a água 
começa no material mais grosso e passa pro mais fino. 
 
Para resolver o “problema” da filtração descendente, temos a filtração de dupla camada. Lembrando que 
continuamos filtrando da camada mais fina para a camada mais grossa, só que com a dupla camada, a camada 
de antracito (material maior porém menos denso) fica em cima e a camada de areia (material menor porém 
mais denso) fica embaixo. Assim, na hora de lavar o filtro não há o problema dessas camadas se inverterem. 
Inclusive, essa dupla camada aumenta a eficiência do filtro e permite que utilizemos uma taxa de filtração 
maior. Se quisermos aumentar a capacidade de filtração nas estações sem grandes obras fazemos a 
substituição da camada simples pela dupla camada. Lembrando que o antracito é mais caro então temos que 
tomar cuidado ao optar por utilizá-lo porque isso também implica na mudança de operação da retrolavagem. 
 
Espessura de um leito de filtração descendente (camada simples) será eventualmente rasa (45 cm), não 
adianta ter leito muito profundos porque quem vai trabalhar serão as camadas superiores/superficiais. Já para 
a filtração ascendente a espessura terá que ser maior (2 m). 
 
Um filtro lento é caracterizado pela taxa de filtração. Se a taxa é muito menor, os filtros serão muito maiores. 
Logo, é desnecessário usar a filtração lenta para pequenas vazões (pequenas comunidades, comunidades 
rurais, etc). Isso é associado a uma granulometria bem fina e também por isso a taxa de filtração deve ser baixa 
porque se não o incremento da perda de carga seria muito acentuado. Os filtros lentos tem uma camada 
biologicamente ativa que os filtros rápidos não tem – muito efetivo na remoção microbiana. 
 
Para filtração lenta nós vamos 
trabalhar com água de muito boa 
qualidade, de turbidez 10 pra baixo, 
de cor 5 pra baixo. 
 
Toda água para consumo DEVE ser 
desinfetada. 
 
 
Lembrando que em boa parte do ano a estação trabalharia perfeitamente em filtração direta só que não dá 
pra projetar ela assim porque em época de chuva ela precisa trabalhar em ciclo completo e não dá pra fazer 
dos dois jeitos juntos porque a especificação dos filtros são completamente diferentes. 
 
Na tabela a seguir temos que a filtração direta, tanto a descendente quanto a ascendente, exige água de 
melhor qualidade (tanto em termos de turbidez quanto de cor) que o ciclo completo. Dupla filtração é uma 
filtração ascendente seguida de uma filtração descendente. 
 
 
 
Atenção: Em termos de espessura a filtração descendente (camada mais fina pra camada mais grossa) quem 
vai trabalhar mais são as camadas mais finas e assim vão se colmatar rapidamente e isso vai de certa forma 
freiar a filtração em profundidade então não adianta termos espessuras maior porque as camadas mais 
profundas não vão trabalhar. Já a filtração ascendente (camadas mais grossa pra camada mais fina) permite 
uma faixa maior de espessura pra evitar o transpasse já que vamos trabalhar/aproveitar mais a profundidade. 
 
Em termos de granulometria, em geral a granulometria é mais fina na filtração descendente já que a espessura 
já é menor, se a granulometria pra esse tipo de filtração for mais grossa você vai favorecer o transpasse. Então 
por questão de segurança deve-se ter uma granulometria mais fina. Na filtração ascendente nós podemos ter 
uma granulometria mais grossa. 
 
DESINFECÇÃO: última etapa do processo convencional, água potável do ponto de vista microbiológico em 
relação às bactérias e aos vírus. Lembrando que temos 4 grupos presentes na água: bactéria, virus, 
protozoários e helmintos. 
 
Os agentes desinfetantes, principalmente o cloro, é suficientemente efetivo pra inativação de bactérias e vírus 
porém não é efetivo na inativação de protozoários e helmintos. Protozoários passam por uma etapa de 
encistamento e do ponto de vista estrutural é a formação de uma cápsula protetora que os dá maior 
resistência, tanto ambiental quanto aos processos de desinfecção utilizados nas ETAS. Os helmintos idem, tem 
uma membrana externa bastante resistência. 
 
Pensando nas doses de cloro, dá pra dizer até que os helmintos são imunes ao cloro. Então não será a 
desinfecção que será responsável por uma água isenta de protozoários e helmintos mas sim a filtração e a 
variável que vamos utilizar pra isso é a turbidez. 
 
Variáveis a serem consideradas quando pensamos em um desinfetante ideal: 
1) Não gerar subprodutos já que boa parte dos desinfetantes reagem com a água e formam subprodutos que são 
tóxicos. Logo, cuidado com a dose de desinfetante a ser usada. 
2) Eficiência. 
3) Custo. O cloro é o mais barato por isso é o mais utilizado apesar de suas limitações. 
4) Capacidade de deixar residuais é importante para que na rede de distribuição também não haja contaminação. 
5) Complexidade operacional. Dióxido de cloro por exemplo é explosivo e deve ser produzido no local, o que gera 
custo. 
 
Se colocar tudo isso na balança o cloro sai ganhando apesar de suas limitações. Teremos que garantir portanto 
uma boa filtração para remoção de protozoários e helmintos. 
 
 
 
 
Mecanismos de desinfecção: danos à parede celular e aí tem tudo a ver com potencial oxidante, reações do 
agente químico com a célula microbiana pode provocar danos à parede celular, também conhecida como LISE 
CELULAR que compromete a troca de água e nutrientes e leva à morte. Pode agir no protoplasma, pode inibir 
a atividade enzimática, alterações no DNA e RNA que implica em interferências na replicação. Não precisa 
matar os microorganismos e sim inativá-los, impedí-los de se reproduzir. 
 
Turbidez excessiva compromete a desinfecção porque é material particulado em suspensão que pode 
fisicamente proteger a ação do agente desinfetante, ou seja, abrigar o microorganismo e protegê-lo da ação 
do agente desinfetante. 
 
Qual é a variável que mede o potencial oxidante? Potencial redox que indica a tendência em aceitar elétrons. 
Quanto maior o potencial redox maior é o poder oxidante. 
 
 
 
O cloro reage com a água e forma o ácido hipocloroso que se dissocia formando íons hipoclorito. 
 
 
 
 
 
À medida que aumentamos o ph nós reduzimos a 
concentração de ácido hipocloroso em relação ao íon 
hipoclorito. Em questões práticas nós não devemos 
fazer a desinfecção em valores de ph acima de 7,5. 
 
O ácido hipocloroso na presençade amônia vai 
formar cloraminas que são cloro combinados 
(monocloraminas, dicloraminas, trocloroaminas). 
 
pH > 9,0: predominam monocloroaminas 
pH < 5,0: dicloroaminas e tricloroaminas 
5,0 < pH < 9,0: mono e dicloroaminas, 
com predominância das monocloraminas para pH 
mais elevado. 
 
 Poder desinfetante: cloro livre (Cl2) >>> cloro 
combinado. 
 
Conclusão: nós temos que promover a desinfecção com pH abaixo de 7,5 e preferencialmente com cloro livre 
e não com cloro combinado. 
 
Para que o cloro livre predomine na desinfecção: 
 
Cloração ao “Break Point”: 
 
AB: o cloro introduzido é consumido na 
oxidação da matéria orgânica e de 
substâncias químicas (Fe e Mg), não tá 
sobrando nada, não aparece cloro 
residual. 
 
BB’: incremento de cloro residual que é 
a formação de cloro residual combinado 
(cloraminas), formando de forma 
crescente as cloraminas que é resultado da reação do cloco com as matérias orgânicas e inorgânicas presentes. 
Já há excesso para que haja cloro residual. 
 
B’C: toda matéria orgânica já foi oxidada, então não há mais incremento de cloro residual e então o cloro 
começa a oxidar os próprios subprodutos formados que são orgânicos por isso que há essa etapa decrescente. 
C em diante: esse incremento de novo do cloro residual é chamado de break point (ponto de quebra) que quer 
dizer quebra da formação de cloro combinado e só sobra cloro livre. E é aqui que devemos manter a nossa 
dose mínima de cloro. Antes desse break point temos a demanda de cloro e à partir disso é onde devemos 
manter nossa dose para que asseguremos que o cloro residual será o cloro livre que melhor para desinfecção. 
 
É preciso conhecer sempre a demanda de cloro da água pra gente dosar sempre a mais que a demanda de 
cloro (cloro que precisa antes do break point) pra que seja assegurado que o cloro residual seja o cloro livre 
que é o que nós queremos. Há um decaimento natural de cloro na rede, nós temos que manter um teor de 
cloro mínimo na rede (legislação 2mg/L) portanto, em redes de distribuição muito grandes, temos que ter 
pontos intermediários de coleta para fazer cloroamoniação (porque se você exagerar na dose inicial as pessoas 
no início da rede não vão conseguir tomar a água). 
 
 
Na ETA temos que aplicar uma dose que seja suficiente como desinfetante e que ainda garanta os residuais de 
cloro na rede de distribuição. Dependendo da extensão da rede, pra se manter os residuais nos pontos mais 
distantes da ETA vamos ter que aplicar em torno de 1mg/L (exemplo ETA UFV). Dose é uma coisa que se ajusta 
na operação. 
 
Controle da desinfecção: o que garante a definfecção é o produto CxT que é dose e tempo de contato, ou seja, 
o tempo a que um microorganismo permanece exposto a ação de um desinfetante. Logo, a gente consegue a 
mesma eficiência de inativação em função de um determinado produto CT, pode ser uma dose maior e um 
tempo menor ou uma dose menor e um tempo maior. É esse produto CT que determina a eficiência. Para 
efeitos práticos e de segurança, esse C não é a dose e sim o residual na saída do tanque de contato que é o 
que vamos dimensionar no projeto. 
 
K = C x T (mg.min/L) 
C = residual desinfetante (mg/L) 
T = tempo de contato (min) 
 
Para efeito de projeto: temos que fornecer um tanque de contato dimensionado (volume e dimensão). Este 
tanque de contato deve ter o formato retangular (3:1 ou 4:1) porque devemos procurar o fluxo em pistão para 
evitar zonas mortas e curtos circuitos. Qualquer coisa podemos colocar chicanas para que essa relação 
comprimento/largura aumente. 
 
3 log de inativação = 99,9% 
4 log de inativação = 99,99% 
 
Exemplo: Para uma inativação de 2 log pra oocistos de Crypt. com dióxido de cloro há 20 graus: produto CT=232 
mg.min/L. O que significa isso? Por exemplo tenho C=1mg/L eu preciso de T=232min. Temos que tempo de 
contato = TDH = volume/vazão. 232 min=volume/vazão. Tendo a vazão eu especifico o volume e depois as 
dimensões do tanque de contato. Pra fazer isso precisamos partir de um C. 
 
 
 
AVALIAÇÃO DE DESEMPENHO: saber fundamentalmente quais são as variáveis principais de projeto e de 
controle operacional que calculamos em cada etapa do processo de tratamento. 
 
1) Mistura rápida e coagulação: gradiente de velocidade, tempo de mistura, dose, pH. 
 
Gradiente para adsorção e neutralização de cargas devem ser em torno de 1200 s^-1 enquanto pra varredura 
podem ser menores na ordem de 900 s^-1, o tempo deve ser menor de 1 segundo. A vazão que determina o 
bom funcionamento de toda estação. 
 
2) Floculação: gradiente e tempo. 
 
Mais uma vez, é a vazão que determina o bom funcionamento dessa etapa pois, tempo é volume/vazão e 
gradiente é perda de carga que é medida pela vazão. 
 
3) Decantação: taxa de aplicação superficial. TAS = vazão/unidade de área. 
 
4) Filtração: taxa de filtração = vazão/área. 
 
5) Desinfecção: dose e tempo. 
 
Vazão de menos obviamente não tem problema algum, o problema é vazão excessiva e é um problema 
recorrente. Em geral, nós trabalhamos com período de projeto em torno de 20 anos, assim, se o projetista 
errar no crescimento da população em 20 anos, e consequente vazão (e vai errar mas tem que ter experiência 
pra errar pouco), se errar pra menos quer dizer que a vida útil do projeto vai diminuir e se errar pra mais impõe 
custos excessivos de implantação. 
 
Lembrando mais uma vez: durante grande parte do ano a água praticamente passeia na floculação, 
decantação, obviamente que tem alguma remoção mas muito pouquinha na decantação porque a taxa de 
aplicação superficial é baixíssima, mas na época de chuva a turbidez aumenta e é por isso que não se deve 
projetar uma ETA apenas para filtração direta. 
 
Avaliação de desempenho então é avaliar o que entra e o que sai em cada unidade do tratamento. 
Primeiro recurso então é sistematizar e organizar o banco de dados pra tornar mais fácil a 
interpretação dele. 
 
*boxplot: Temos água bruta, água 
decantada e filtrada (2 filtros). 
Observamos uma variação muito 
maior em época de chuva, em 
época de seca pouco varia pois a 
turbidez é muito menor. A 
turbidez da água bruta em época 
de chuva é muito removida na 
decantação. Isso mostra que o 
decantador é eficiente, consegue 
uma remoção boa, ou seja, 
coagulação e floculação estão 
sendo bem feitas, e o decantador 
é estável também, não varia seu funcionamento. E vejam que a decantação inclusive tem uma piora no 
desempenho na época de seca, exatamente porque época de seca tem uma turbidez baixa e não é de 
se esperar que a decantação funcione bem. Em época de chuva temos turbidez mais elevada e assim 
forma mais hidróxidos, flocos mais densos e se espera uma boa decantação, tem um papel 
fundamental na remoção de turbidez. Uma água bem decantada é até com 5 uT. E os filtros abatem 
ainda mais a variação depois do decantador, então os filtros tem funcionado bem também. 
 
“O filtro deve ser lavado quando o próprio filtro quer e não quando o operador quer!” 
 
 
Turbidez da água decantada: Jar-
test x escala real 
 
Verificar se o resultado do jar test 
coincide com o resultado em escala 
real. A turbidez da água decantada 
e da água bruta pra dose que foi 
escolhida pelo jar test. O ponto de 
interseção significa um ponto ótimo 
e à partir dele a turbidez da água 
decantada na ETA é superior à 
turbidez da água decantada no jar-
test para a mesma dose, ou seja, o 
jar test estava superestimando o funcionamento da ETA, para turbidez mais elevadas o jar test 
superestima o funcionamento da estação e pra doses mais baixas o jar test subestima o funcionamento 
da estação. Sugere-se então um fator de correção na dose do jar test em épocas de turbidez mais alta. 
 
 
 
1) Sistematizar e interpretar os bancos de dados; 
2) Procurar levantar os dados de projeto daquela estação: vazão, tempo e gradiente de mistura, tempo e 
gradientes de floculação, TAS, taxa de filtração e tempo de contato no tanque de desinfecção. Tudo isso 
dependente davazão; 
3) Levantar os dados reais de funcionamento da estação; 
4) Realizar ensaios de tratabilidade de funcionamento; 
5) Contrapor os parâmetros ótimos (ensaios de tratabilidade/jar-test) com os parâmetros reais/de projeto. Se 
estes parâmetros coincidirem bom demais (dificilmente). 
 
Lembrando que os parâmetros ótimos de operação de uma ETA são diferentes na época de seca e na época 
de chuva. 
 
Para levantar os parâmetros reais de uma estação precisamos saber o tempo de mistura e o gradiente de 
mistura. Na calha parshall faremos isso conhecendo a altura real da lâmina na entrada e na saída, 
preferencialmente por um instrumento preciso (uma lupa por exemplo, estação total) e determinamos 
então o perfil hidráulico na calha e com isso conseguimos calcular o gradiente de velocidade. 
 
Como se chega no gradiente de vel. no dimensionamento de uma calha parshall: 
1) escolher a calha através da faixa de vazão que precisamos (largura da garganta); 
2) temos a altura montante, a vazão e as dimensões das seções da calha: temos a velocidade. Se temos 
a altura e a velocidade, temos a energia específica e a quantidade de energia na seção de entrada; 
3) considerando que não há perda de carga na sessão convergente, nós vamos ter a mesma altura no 
início da formação do ressalto, aí precisamos calcular a velocidade através do ângulo; 
4) temos a altura e temos a velocidade na garganta: numero de froude; 
5) temos a altura na entrada e o numero de froude: calcular a altura na saída 
6) e agora sim por diferença nós temos a perda de carga. 
 
Para conhecer os gradientes reais na floculação através da perda de carga real que é calculada pela diferença 
de altura de lâmina em cada câmara. Para conhecer o tempo de floculação: ensaios com traçadores (substância 
não reativa que mede concentração/condutividade elétrica na entrada e na saída), distribuição de fluxo. 
 
Na decantação devemos conhecer a TAS. 
 
Na filtração teríamos que caracterizar as carreiras de filtração. Comportamento da perda de carga no tempo e 
no espaço. Avaliar as carreiras de filtração, se estas estão curtas, se estão se encerrando por transpasse, se 
estão se encerrando por esgotamento da perda de carga. Determinar a taxa de filtração: ver se está excessiva. 
Verificar a granulometria do filtro. 
 
Na desinfecção temos algumas equações empíricas que permitem analisar a inativação de organismos 
patogênicos. Para um dado valor de pH, de T e para uma eficiência de inativação: qual é o valor de CT. Para o T: 
ensaios com traçadores. Em um tanque de desinfecção o próprio cloro pode ser usado para estes ensaios com 
traçadores (não é ideal porque ele é reativo). 
*Norma: 0,5 log de inativação de cistos de giárdia. 
 
Para um projeto: temos um dado valor de inativação, qual é o CT para um dado valor de pH (6,5) e de 
temperatura (20 graus). 
 
TRATAMENTOS COMPLEMENTARES: 
 
Dureza, ferro e manganês são problemas mais frequentes associados às águas, principalmente às subterrâneas. 
 
Dureza da água: presença principalmente de Ca e Mg. 
Qual o problema disso? Incrustações, compromete a formação de espuma. 
Como remover a dureza da água? Uma das maneiras é por precipitação química (mexendo na solubilidade da 
água através da manipulação do pH). 
 
Problemas da presença de ferro e manganês na água: cor, manchas nas instalações. 
Como se remove Fe e Mn da água? Precipitação devido a oxidação de suas formas pras formas insolúveis 
(elevando a oxidação dos compostos que se apresentam em formas insolúveis quando oxidados), troca iônica e 
aeração (adição de oxigênio) + filtração. 
 
Fe e Mn 2+ são as formas solúveis, e as formas oxidadas são as formas precipitadas. Em condições anaeróbias 
o ferro e o manganês se encontram na forma solúvel. A forma solúvel não provoca cor e a precipitada provoca 
cor: porque o material é muito fino e fica em suspensão na água. 
 
Classificação das durezas: 1) Dureza carbonato: associada a carbonatos (principalmente Ca e Mg), quimicamente 
equivalente à alcalinidade de bicarbonatos e carbonatos presentes na água. 
2) Dureza não carbonato: associada a outros sais. 
 
alcalinidade < dureza total → dureza carbonato = alcalinidade. 
alcalinidade > dureza total → dureza carbonato = dureza total. 
 
Dureza total = dureza carbonato + dureza não carbonato. 
 
Dureza não carbonato = dureza permanente (removível, mas não tão facilmente). 
Dureza carbonato = dureza temporária (mais fácil de ser removida por exemplo com a elevação da temperatura) 
 
 
Relação de alcalinidade e dureza: mg/L CaCO3. 
*alcalinidade é a classificação da totalidade das bases presentes. 
*alcalinidade carbonata, alcalinidade bicarbonata e alcalinidade hidróxida que são expressas em função do pH. 
Pseudo-dureza é devido a presença de sódio (Na). 
 
Abrandamento: adição de uma base que produz compostos precipitados (sejam hidróxidos ou óxidos) e 
consequentemente removam a dureza. 
 
De uma forma esquemática: nós vamos aplicar o alcalinizante na entrada da estação pra que essa adição se dê 
na mistura e isso vai passar pela coagulação, floculação e esse precipitado vai ser removido na decantação 
(estação de tratamento convencional) e eventualmente é na saída da decantação que podemos recorrer à 
RECARBONATAÇÃO que é adição de gás carbônico CO2 pra desfazer o precipitado pra não trazer problemas de 
entupimento, ou seja, a reação contrária.. pra solubilizar o precipitado. 
 
Além de precipitação química, o abrandamento pode ser feito também por troca iônica (retendo o cálcio e o 
magnésio e liberando sódio). 
 
Fluoretação: Remoção de ferro e manganês. É obrigatória por norma. É sempre motivo de muita controvérsia 
sobre sua necessidade. Flúor adicionado na água para prevenção de cárie. No entanto, flúor em excesso é 
prejudicial. Fluorose: escurecimento dos dentes, e em excesso pode causar problema nos ossos. Portaria 2914 
o flúor como íon fluoreto faz parte do padrão de potabilidade. Seja por adição de flúor (fluoretação) seja por 
ocorrência natural, entende-se que não se deve mais que 1,5mg/L para evitar a fluorose. 
 
A dosagem de qualquer produto químico, seja coagulante ou alcalinizante, para remover dureza, a dose tem 
que ser calculada. É preciso conhecer a concentração e a vazão do produto e a concentração e a vazão da 
estação de tratamento de água. Balanço de massa: se eu sei a concentração de íon fluoreto na solução e a 
desejada, eu acho a vazão da bomba dosadora. 
 
A dosagem pose ser realizada por meio de bombas dosadoras ou de dosadoras de nível constante. Os dosadores 
de nível constante garantem uma descarga uniforme e precisa, ou seja, a vazão não vai sofrer influência do 
nível. Assim, a medida que o nível da água tende a crescer ou decair, elas fecham ou abrem a entrada do orifício 
através de um parafuso. 
 
Outras substâncias químicas vão ser removidas por adsorção, por oxidação sendo transformadas em uma outra 
substância, troca iônica, passar a água por um meio granular (material que tenha capacidade de troca iônica). 
Ferro e manganês tem a possibilidade de remoção por troca iônica.