Aula-05-Tratamento-de-Água

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Tratamento de água
Prof. Anderson Carneiro, M.Sc.
Seleção do processo
Qual ou quais operações devem ser implantadas para obter uma água potável?
Característica da fonte
Águas subterrâneas
Lagos e reservatórios
Rios
Água do mar
Águas comprometidas por águas residuais
Água subterrânea
Componentes a serem removidos
Ferro e manganês: Quando a água é aerada e/ou clorada, o ferro e o manganês reagem para formar espécies insolúveis que precipitam e causam manchas de ferrugem e de cor preta nos equipamentos da lavanderia e do encanamento.
Dureza: A dureza é uma característica da água causada pela presença de cálcio e magnésio, abundantes na crosta terrestre. A água dura não causa impac- tos negativos na saúde, mas reage com o sabão para formar um precipita- do branco, deixa manchas de água em superfícies e forma precipitados em aquecedores de água, chaleiras, trocadores de calor, válvulas de caldeiras e tubulações, entupindo-os e/ou reduzindo a sua eficiência.
Traços inorgânicos: Os minerais podem conter muitos traços de elementos, incluindo arsênio, bário, cromo, fluoreto, selênio e espécies que exibem ra- dioatividade, tais como rádio, radônio e urânio. Muitos traços inorgânicos exibem toxicidade, carcinogenicidade ou outros efeitos adversos para a saú- de, se as concentrações são elevadas em demasia.
 Salinidade: É relativamente comum a água subterrânea salobra com baixa a moderada salinidade, variando de cerca de 1.000 a 5.000 mg/L de sóli- dos totais dissolvidos (STD). 
Matéria orgânica natural: A maior parte das águas subterrâneas tem baixas concentrações de matéria orgânica natural (MON), mas alguns locais têm água subterrânea rasa conectada hidraulicamente com áreas pantanosas.
Intrusão de água salina
Rios
Tem menos conteúdo mineral que as águas subterrâneas, mas pode dissolver materiais naturais durante o escoamento superficial após uma chuva ou durante a interação com as águas subterrâneas. 
Podem conter material flutuante e suspenso, como sedimentos, folhas, ramos, algas e outras plantas ou animais. 
Potencial para a presença de bactérias patogênicas e outros microrganismos, que devem ser eliminados para tornar a água potável.
Rios
Grandes tempestades na bacia hidrográfica podem ter um impacto significativo sobre a qualidade da água nos rios. Um episódio de chuva pode levar a um rápido aumento na turbidez e a mudanças simultâneas na temperatura, no pH, na alcalinidade, no oxigênio dissolvido e em outros parâmetros da qualidade da água.
Lagos e reservatórios
Características similares aos rios;
As diferenças entre os rios e os lagos estão relacionadas a fatores afetados pela velocidade da água.
Os lagos normalmente têm turbidez menor e mais constante que os rios, o que torna o tratamento mais fácil. A alcalinidade, o pH e outros parâmetros também são mais constantes ao longo do tempo.
Água do mar
 A salinidade do oceano varia de cerca de 34.000 a 38.000 mg/L como STD, quase duas ordens de magnitude maior que a da água potável.
Espécies individuais, tais como o brometo e o boro, podem complicar o processo de tratamento.
Sistema de tratamento de água
Tipo de processo para tratamento de água
Fatores determinantes
Eficiência da remoção
Confiabilidade
Conceito de barreiras múltiplas
Flexibilidade
Histórico operacional bem-sucedido
Experiência de instalação
Custo
Custo com eletricidade
Seleção do tipo de processo
Qualidade da água da fonte
Qualidade desejada da água tratada
Quantidade de água necessária
Tratamento de água
Coagulação e floculação
Coagulação e Floculação
 Coagulação: envolve a adição de um coagulante químico ou coagulantes com o propósito de condicionar a matéria suspensa, coloidal e dissolvida para posterior processamento por floculação ou para criar condições que permitam a remoção subsequente de partículas e matéria dissolvida.
Floculação: é a agregação de partículas desestabilizadas (partículas das quais a carga da superfície eletrica foi reduzida) e produtos de precipitação formados pela adição de coagulantes em grandes partículas conhecidas como partículas floculantes ou, mais comumente, “floco”. 
Coagulação
É o processo usado para desestabilizar as partículas encontradas nas águas para que elas possam ser removidas pelo processo subsequente de separação. 
 Adsorção e neutralização de carga
Podem ser desestabilizadas por adsorção de polímeros ou íons carregados opostamente.
A maioria das partículas nas águas naturais é carregada negativamente (argilas, ácidos húmicos, bactérias) em pH neutro (pH 6 a 8);
Sais de metais hidrolisados carregados positivamente, sais de metais pré-hidrolisados e polímeros orgânicos catiônicos podem ser usados para desestabilizar as partículas através da neutralização da carga na superfície da partícula.
Se a superfície da partícula não possui carga liquida, a DCE (dupla camada elétrica) não existirá e as forças de van der Waals podem fazer as partículas se juntarem.
Precipitação e varredura
Quando são utilizadas dosagens suficientemente altas, alumínio e ferro formam precipitados insolúveis e partículas tornam-se aprisionadas nos precipitados amorfos.
Esse mecanismo predomina em aplicações de tratamento de água em que os valores de pH são geralmente mantidos entre 6 e 8, e os sais de alumínio ou de ferro são utilizados em concentrações superiores à saturação com relação ao hidróxido de metal amorfo sólido que se forma.
Coagulantes inorgânicos metálicos
Os principais coagulantes inorgânicos utilizados no tratamento de água são sulfetos ou sais de cloreto de alumínio ou de íons férricos e os sais pré-hidrolisados desses metais. Esses cátions de metais hidrolisáveis estão prontamente disponíveis nas formas liquida e solida (seco). Nos Estados Unidos, o coagulante predominante no tratamento de água é o sulfato de alumínio ou ‘‘alúmen’’, vendido de forma hidratada como Al2(SO4)3.XH2O, onde x é geralmente cerca de 14.
Al2(SO4).14H2O 2Al(OH)3(s) + 6H+ + 3SO42- + 8H2O
Impacto na qualidade da água
A coagulação pode ser afetada pelo pH, pela alcalinidade, temperatura, por outros íons na água e MON. O intervalo ótimo de pH corresponde à região de solubilidade mínima e é de cerca de 5,5 a 7,5 para alúmen e de 5 a 8,5 para sais férricos. 
Polímeros orgânicos
Os polímeros orgânicos são moléculas de cadeia longa que consistem em unidades químicas repetitivas com uma estrutura projetada para fornecer as propriedades físico-químicas características.
Têm dois usos principais no tratamento da água:
(1) como um coagulante para a desestabilização das partículas; e 
(2) como um filtro auxiliar para promover a formação de flocos de cisalhamento maiores e mais resistentes.
Teste de jarros para avaliação do coagulante
Devido às muitas reações simultâneas e mecanismos que são operativos no processo de coagulação, a seleção e dosagem de coagulantes é determinada empiricamente por meio de estudos usando escala de bancada e escala piloto.
O teste de jarros permite a avaliação rápida de uma variedade de tipos e doses de coagulantes.
Princípios da mistura para coagulação e floculação
A mistura é uma parte importante dos processos de coagulação e floculação. A coagulação é realizada em uma unidade de mistura rápida que é concebida para reunir o coagulante e as partículas de maneira eficiente. A floculação é realizada em tanques projetados para deixar as partículas em contato umas com as outras e formar partículas maiores, que podem ser removidas por meio de separação por gravidade ou filtração.
Princípios da mistura para coagulação e floculação
Princípios da floculação
Teorias de floculação evoluíram a partir das seguintes observações:
(1) pequenas partículas submetidas ao movimento browniano aleatório devido às colisões com as moléculas do fluido resultam em colisões entre elas; e 
(2) agitação da água contendo partículas cria gradientes de velocidade que provocam colisões entreas partículas. 
Essas interações são conhecidas como floculação microescala (pericinética) e macroescala (ortocinética), respectivamente.
O movimento browniano é o movimento aleatório de partículas num fluido (líquido ou gás) como consequência dos choques entre todas as moléculas ou átomos presentes no fluido.
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Prática de floculação
A finalidade das bacias de floculação é proporcionar uma mistura suave que promova a macrofloculação por uma quantidade de tempo suficiente para permitir que tanto a microfloculação quanto a macrofloculação aconteçam. 
As instalações de floculação atuais podem ser divididas em dois grupos: mecânicas e hidráulicas.
Prática de floculação
Prática de floculação
Prática de floculação
Sedimentação
Se águas turvas são colocadas em um grande tanque em repouso e deixadas ao longo do tempo, o material em suspensão pode sedimentar no fundo do tanque. As partículas sedimentam porque são grandes o suficiente para sedimentar pelas forças gravitacionais. Esse processo é chamado sedimentação.
Orgânicas
1.010 a 1.100 kg/m3
Minerais
2.000 kg/m3
3.000 kg/m3
Sedimentação
Classificação:
As partículas tipo I são discretas e não interferem umas nas outras durante a sedimentação, porque a concentração é baixa e elas não floculam. As suspensões tipo I são encontradas nas câmaras de areia, nas bacias de pré-sedimentação para remoção de areia antes da coagulação e na sedimentação de partículas de areia durante a retrolavagem dos filtros rápidos de areia.
As suspensões tipo II consistem em partículas que podem aderir umas às outras se colidirem (isto é, elas são capazes de flocular). Conforme as partículas se agregam e crescem em tamanho, elas podem sedimentar mais rápido. As suspensões do tipo II são encontradas quando a sedimentação segue a coagulação e na maioria dos tanques de sedimentação convencionais.
Em concentrações mais elevadas que nas suspensões dos tipos I e II, ocorre a sedimentação zonal ou do tipo III, formando uma manta de partículas. A manta captura partículas abaixo dela conforme sedimenta; consequentemente, encontra-se uma interface clara acima da manta. As suspensões do tipo III são encontradas em espessadores (eliminação de lamas) e no fundo de alguns tanques de sedimentação.
Em concentrações muito mais elevadas do que são encontradas no tipo III de sedimentação, a suspensão começa a consolidar lentamente, sendo conhecida como tipo IV de sedimentação ou sedimentação de compressão.
Sedimentação de partícula discreta (tipo I)
Em uma suspensão diluída, as partículas individuais sedimentam com base no seu tamanho e na sua densidade e não interagem umas com as outras. A sedimentação apenas ocorre se o movimento vertical supera o movimento aleatório das partículas.
Sedimentação de partícula floculenta (tipo II)
O tipo II de sedimentação geralmente ocorre em tanques de sedimentação convencionais seguindo a coagulação.
Sedimentação de partícula floculenta (tipo II)
Vantagens:
Combinação de partículas menores para formar agregados de partículas maiores que resulta em partículas de sedimentação mais rápidas por causa do aumento no tamanho.
A floculação tende a ter um efeito de varredura no qual as partículas grandes sedimentando a uma velocidade mais rápida que as partículas menores tendem a varrer algumas das partículas menores da suspensão.
Sedimentação zonal (tipo III)
Fatores físicos que afetam a sedimentação
Correntes de densidade
Quando a água de alimentação está entrando no tanque de sedimentação, ela pode formar uma superfície ou uma corrente de densidade inferior, dependendo das densidades relativas da água de alimentação e da água no sedimentador.
Diferenciais de temperatura
A adição de água quente afluente em um tanque de sedimentação contendo água mais fria pode levar a um fenômeno de circuitos curtos no qual a água quente sobe para a superfície e atinge os canais de escoamento do efluente em uma fração do tempo nominal de detenção.
Efeitos da concentração de sólidos
Um aumento rápido da turbidez aumenta a densidade do afluente e faz que ele mergulhe assim que entra no tanque de sedimentação.
Efeitos do vento
A alta velocidade do vento tende a empurrar a água para o lado a favor do vento e produzir uma corrente de superfície em movimento na direção do vento.
Movimento de equipamento
Filtração
Processo de remoção de partículas solidas a partir de uma suspensão (um sistema de duas fases contendo partículas num fluido) por meio de um meio poroso.
O meio poroso é uma espessa camada de material granular, tal como areia, incluindo meios granulares processados para um tamanho mais uniforme do que normalmente encontrado na natureza, coagulação no pré-tratamento, retrolavagem para remover partículas acumuladas e uma dependência da profundidade da filtração como mecanismo primário de remoção das partículas. Na filtração de profundidade, as partículas se acumulam ao longo do leito filtrante por colisão e aderem ao meio. 
Filtração
Filtração
O ciclo da filtração rápida é composto por duas fases: 
(1) uma fase de filtração, durante o qual as partículas se acumulam; e
(2) uma fase de lavagem, durante a qual o material acumulado é lavado do sistema. 
Durante a fase de filtração, a água flui para baixo através do leito do filtro e recolhe as partículas no interior do leito. A fase de filtração dura normalmente de 1 a 4 dias e a lavagem, de 10 a 15 minutos.
Requisitos para o pré-tratamento
O pré-tratamento de coagulação é necessário antes da filtração rápida. Se as partículas não estão devidamente desestabilizadas, a carga negativa natural da superfície sobre as partículas e filtros dos grãos do meio causa forças eletrostáticas repulsivas que impedem o contato entre as partículas e o meio.
Sistemas de tratamento de água com filtração
Sistemas de tratamento de água com filtração
Sistemas de tratamento de água com filtração
Desinfecção
Formas para obtenção de água livre de organismos patogênicos:
(1) selecionar uma fonte de água que esteja livre de contaminação microbiológica, como águas subterrâneas;
(2) proteger as fontes de água de superfície para minimizar a contaminação microbiológica;
(3) tratar a água para remover os micro-organismos ou eliminar sua patogenicidade; e
(4) prevenir a contaminação novamente da água quando ela é entregue aos clientes por meio do sistema de distribuição.
Desinfecção
A desinfecção é um elemento essencial da estratégia global para o fornecimento de água segura para beber. O tratamento pode incluir a remoção de micro-organismos, primeiramente por meio de filtração, ou inativando-os. 
A inativação (desinfecção primária) é o processo no qual os micro-organismos são transformados, de modo que não sejam capazes de causar doença (a inativação pode incluir a eliminação da capacidade dos micro-organismos de se reproduzirem em um organismo hospedeiro; apesar de não estarem necessariamente mortos, eles são incapazes de causar doença).
Agentes de desinfecção
(1) cloro livre;
(2) cloro combinado (cloro combinado com amônia, também conhecido como cloramina);
(3) dióxido de cloro;
(4) ozônio e 
(5) luz ultravioleta (UV)
Cloro residual?
Baseia-se no requisito de ter um residual especifico presente nos locais distantes do sistema de distribuição. 
As concentrações do desinfetante diminuem ao longo do tempo; assim, a dose de manutenção residual dependerá das condições dentro do sistema de distribuição:
Temperatura;
Tempo de residência;
Presença de biofilmes; e 
Outros parâmetros de qualidade da água que afetam a taxa de degradação.
Desinfecção – ponto de adição
A presença de compostos orgânicos em águas que sofrem o processo de cloração resulta na formação dos trihalometanos, compostos formados por um átomo de carbono, um de hidrogênio e três de halogênio (cloro, bromo, iôdo). Os trihalometanos são considerados compostos carcinogênicos e sua presença na água deve ser evitada.
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Durante grande parte do séculoXX, o cloro era adicionado no inicio do processo de tratamento, e o cloro residual era carregado em toda a estação para fornecer tempo de contato suficiente; 
Em 1979, no entanto, um regulamento foi aprovado definindo um NMC (maximum contaminant level – NMC) para trihalometanos, uma classe de subprodutos de desinfecção formada durante a reação do cloro com a matéria orgânica natural (MON). 
Devido a esse regulamento, muitas estações de tratamento mudaram o ponto de adição do desinfetante para depois dos filtros, para que o máximo possível da MON tivesse sido removida da água.
Artigo
Exclusivo: água da torneira foi contaminada com produtos químicos e radioativos em 763 cidades
Fonte: https://reporterbrasil.org.br/2022/03/exclusivo-agua-da-torneira-foi-contaminada-com-produtos-quimicos-e-radioativos-em-763-cidades/ 
Mapa da água
Dados inéditos levantados pela Repórter Brasil mostram que são esses os riscos oferecidos pela água que saiu da torneira de 763 cidades entre 2018 e 2020. Substâncias químicas e radioativas foram encontradas acima do limite em 1 de cada 4 municípios que fizeram os testes. Entre eles está São Paulo (13 testes acima do limite), Florianópolis (26) e Guarulhos (11).
Feira de Santana
Entre 2018 e 2020, na água de Feira de Santana (BA), todas as substâncias estavam dentro do limite de segurança.
Jequié / BA
Detecções ACIMA DO LIMITE DE SEGURANÇA na água de Jequié (BA) entre 2018 e 2020:
Substância(s) que também gera(m) riscos à saúde:
 Ácidos haloacéticos total (Subprodutos da desinfecção)
Os ácidos dicloroacético, tricloroacético, bromoacético e dibromoacético são classificados como possivelmente cancerígeno para humanos pela Agência Internacional de Pesquisa em Câncer (IARC), órgão da Organização Mundial da Saúde. Em altas concentrações, os ácidos haloacéticos também podem gerar problemas no fígado, testículos, pâncreas, cérebro e sistema nervoso. Os ácidos haloacéticos são classificados como subprodutos da desinfecção, formado quando o cloro é adicionado à água para matar bactérias e outros microorganismos patogênicos.
Impacto!
Com impacto silencioso, esses produtos têm dinâmica diferente das contaminações por bactérias, que provocam dor de barriga, diarreia e até surtos de cólera. Os sintomas das substâncias químicas e radioativas podem levar anos, mas, quando aparecem, são na forma de doenças graves. Estudos que associam esses produtos ao câncer, mutações genéticas e diversos outros problemas de saúde são carimbados pelos mais respeitados órgãos de saúde, como a Organização Mundial da Saúde (OMS) e as agências regulatórias da União Europeia, Estados Unidos, Canadá e Austrália. 
Nitrato
O Mapa destaca o risco para a saúde e as atividades econômicas em que cada substância é utilizada. O nitrato, por exemplo, terceira que mais vezes excedeu o limite, é usado na fabricação de fertilizantes, conservantes de alimentos, explosivos e medicamentos. Ele é classificado como “provavelmente cancerígeno” pela OMS.
Testagem
Quase todos os estados que testaram a água acharam problemas. São Paulo foi o que mais encontrou, com 1.298 resultados acima do limite, mas também foi o que mais testou. Foram 831 mil testes, 45% de todos os realizados no país. 
Radioatividade e agrotóxicos
As substâncias radioativas aparecem acima do limite em 22 municípios brasileiros, a maioria em Minas Gerais. Elas podem estar na água devido a resíduos da indústria, mas também de forma natural, devido à presença do urânio e outros minérios. Deveria haver uma preocupação dobrada nesses casos, pois elas intoxicam por ingestão e inalação, afirma Viviane Amaral, pesquisadora da Universidade Federal do Rio Grande do Norte. No entanto, elas são as menos testadas, apenas 2% do total de testes feitos entre 2018 e 2020.
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