AULA_TRAT_AGUA_ABASTECIMENTO_v04

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Prof. Nilson Bispo 
 
Química II 
Departamento de Química e Ambiental 
 Dúvidas:Sala303 -Lab Tec Ambiental 
nilson.bispo@gmail.com 
 
Aula IV – TRATAMENTO DE 
ÁGUA PARA ABASTECIMENTO 
PÚBLICO 
Objetivos 
 
 
 
 O objetivo do tratamento é a 
produção da água que satisfaça os 
padrões físico-químicos, químicos e 
microbiológicos para fins potáveis. 
ABASTECIMENTO D’ÁGUA, IMPORTÂNCIA 
SANITÁRIA E ECONÔMICA 
 
 
 
 Á água é necessária para beber, cozinhar e muitos outros usos, 
dentro das várias atividades humanas. 
 
 Seu uso para abastecimento passa previamente pôr 
tratamento objetivando atender as seguintes finalidades : 
 
 De ordem sanitária: controle e prevenção de doenças; 
 De ordem estética: Correção de cor, turbidez, odor e 
sabor; 
 De ordem econômica: Aumenta a vida média pela 
diminuição da mortalidade; Aumenta a vida produtiva do 
indivíduo, quer pelo aumento da vida média, quer pela 
diminuição de tempo perdido com doenças. 
ABASTECIMENTO D’ÁGUA 
 
 
 
 Água Potável: Denomina-se água potável aquela que se 
apresenta em condições próprias para consumo humano. Isto 
considerando sob os aspectos organolépticos (odor e sabor ), físicos, 
químicos e biológico. 
 
 Água Poluída: É aquela que contém substâncias que alteram suas 
características, tornando-a imprópria para consumo. 
 
 Água Contaminada: é a que contém microrganismos patogênicos 
ou contaminantes tóxicos. 
 
 Padrões de Potabilidade: Representam a fixação 
dos limites máximos aceitáveis de impurezas contidas 
nas águas destinadas ao abastecimento público. 
ABASTECIMENTO D’ÁGUA 
 
 
 
 Água Potável: Á água destinada ao consumo humano deve 
obedecer a certos requisitos de ordem : 
 
 organoléptica : não ter odor e sabor 
objetáveis; 
 
 física : ter aspecto agradável, não apresentar teores de cor e 
turbidez acima do padrão de potabilidade; 
 
 química : não possuir substâncias nocivas ou tóxicas com 
concentrações superiores aos limites estabelecidos pelo padrão; 
 
 biológica : não possuir germes patogênicos. 
 
 
 
*Correções eventuais de pH 
** Etapas envolvidas para o caso de uma água bruta superficial e doce 
Etapas envolvidas no Processo de Tratamento** 
DE ÁGUA PARA ABASTECIMENTO PÚBLICO 
 
 
 
Esquema de uma estação de tratamento de água convencional 
Etapas envolvidas no Processo de Tratamento 
 
 
 
 
 
 
Etapas envolvidas no Processo de Tratamento 
DE ÁGUA PARA ABASTECIMENTO PÚBLICO 
GRADEAMENTO 
 Retenção de material grosseiro; 
 Envolve uso de grades e telas. 
 
 
 
Etapas envolvidas no Processo de Tratamento 
DE ÁGUA PARA ABASTECIMENTO PÚBLICO 
AERAÇÃO 
 Remoção de gases e substâncias voláteis presentes na 
água 
 Oxidação de íons, como o ferroso (Fe2+) e o manganoso 
(Mn2+) a produtos pouco solúveis (Fe2O3) e (MnO2) 
 Reduzir a concentração de matéria orgânica, diminuindo 
a demanda de cloro 
 Eventual redução do excesso de cloro livre em águas 
tratadas 
 Junto com o processo de clarificação remove 30 a 35% 
de microrganismos patogênicos. 
 
 
 
Etapas envolvidas no Processo de Tratamento 
DE ÁGUA PARA ABASTECIMENTO PÚBLICO 
AERAÇÃO 
Aeradores de gravidade (cascatas e bandejas) 
Aeradores de ar difuso ou de circulação 
forçada 
Aeradores de aspersão (“chafarizes”) 
 
 
 
Etapas envolvidas no Processo de Tratamento 
DE ÁGUA PARA ABASTECIMENTO PÚBLICO 
CLARIFICAÇÃO CONVENCIONAL 
 Remoção da turbidez e cor da água bruta 
1. Coagulação 
2. Floculação 
3. Sedimentação(decantação) 
 Etapas: 
 
 
 
CLARIFICAÇÃO CONVENCIONAL 
 Representação das três etapas: 
 
 
 
CLARIFICAÇÃO CONVENCIONAL 
 Representação das três etapas: 
 
 
 
CLARIFICAÇÃO CONVENCIONAL 
Dupla camada elétrica: 
camada de Stern 
mais próxima da superfície 
da partícula, e a camada 
difusa (ou camada de Gouy-
Chapman) que se distribui 
em torno da primeira 
 
 
 
Esquema da distribuição de cargas na vizinhança de uma partícula carregada e os 
respectivos potenciais associados à dupla camada elétrica na interface sólido-líquido. 
Coagulação 
 
 
 
 A concepção básica deste tipo de tratamento 
consiste em transformar em flocos impurezas em 
estado coloidal, suspensões, etc. e, posteriormente, 
removê-los em decantadores; 
 Essencialmente químico consiste nas reações do 
coagulante com a água e na formação de espécies 
hidrolisadas com carga positiva, que depende da 
concentração do metal e pH final da mistura; 
 Fundamentalmente físico, consiste no transporte 
das espécies hidrolisadas para que haja contato 
entre as impurezas presentes na água. 
Rede dois fenômenos: 
MECANISMO DA COAGULAÇÃO 
 
 
 
 Partículas coloidais, substâncias húmicas e 
microrganismos em geral apresentam-se com 
carga negativa na água; 
 
 Ou as partículas coloidais podem ter 
polímeros adsorvidos em sua superfície 
impedindo a aproximação das mesmas; 
 
 Por isso, é necessário alterar a força iônica do 
meio através da adição de sais de alumínio ou de 
ferro, polímeros sintéticos ou vegetais 
catiônicos. 
MECANISMO DA COAGULAÇÃO 
 Sulfato de alumínio (Al2(SO4)3.xH2O ; 
 Cloreto férrico (FeCl3.6H2O); 
 Hidroxicloreto de alumínio (policloreto de alumínio 
– PAC) – AlnCl(3n-m)(OH)m 
Sulfato férrico (Fe2(SO4)3. 
 Coagulantes 
polímeros ou 
polieletrólitos 
catiônicos Pn+ 
Sulfato de alumínio (Al2(SO4)3 é o agente coagulante e floculante 
Outros coagulantes e 
adjuvantes 
 
 
 
Função 
Coagulação e floculação 
 
 
 
Coagulação e floculação 
 
 
 
Coagulação e floculação 
 
 
 
Reações: 
Al2(SO4)3 em solução: 
Hidrólise do íon alumínio hidratado 
Al2(SO4)3 .14H2O 2 Al(H2O)6
+3 + 3 SO4
2- + 14 H2O 
Produtos e hidrólise combinam-se formando espécies polinucleares, promovendo a 
 desestabilização dos colóides. 
Al2(SO4)3 .14H2O + 3 Ca(HCO3)2 2 Al(OH)3 (s) + 3 CaSO4 + 6H2CO3 + 14 H2O 
Reação com a alcalinidade do meio 
Coagulação e floculação 
 
 
 
 A coagulação depende fundamentalmente 
das características da água e das impurezas 
presentes, conhecidas por meio de parâmetros 
como pH, alcalinidade, cor, turbidez, 
temperatura, condutividade elétrica, tamanho 
e distribuição do tamanhos das partículas em 
estado coloidal e em suspensão, etc. 
Coagulação e 
floculação 
 
 
 
FLOCULAÇÃO 
 
 
 
 Processo de aglutinação das partículas pelo 
composto coagulante; 
 Promove contato mais eficiente entre o 
coagulante e as partículas; 
 Agregação entre as partículas dos microflocos 
formarem grandes aglomerados por interação 
física ou através da ação de floculantes; 
 Os floculantes têm características físicas e 
químicas diferentes das dos coagulantes. 
Coagulação e floculação 
 
 
 
 Na floculação, as interações ocorrem 
entre impurezas desestabilizadas e entre 
o precipitado do metal formado ou 
espécies hidrolisadas positivas e as 
partículas para formação de aglomerados 
que posteriormente serão removidos por 
sedimentação, flotação ou filtração, não 
havendo necessidade de agitação tão 
intensa quanto aquela observada na 
mistura rápida. 
ETAPAS DA FLOCULAÇÃO 
 
 
 
 1) Criação de microflocos por desestabilização da 
solução coloidal, ou coagulação propriamente dita; 
 
 2) Criação de macroflocos, a partir dos microflocos, 
principalmente através de agitação, aumentando as 
possibilidades de encontro dos floculantes que 
estabelecem os pontos de contato entre as partículas; 
 
3) Decantação dos floculados. 
 
 
 
 TESTE DE JARROS (JAR TESTS) 
Determinação da concentração ótima 
agente floco-coagulante (Ex.: (Al2(SO4)3) e 
da base utilizada. 
 
 
 
 TESTE DE JARROS (JAR TESTS) 
As concentrações ideais (de floco-coagulante e alcalinizante ) são definidas 
pela formação de flocos maiores e, consequentemente, pela produção de uma 
água mais límpida; 
 
 
 
 TESTE DE JARROS (JAR TESTS)- Exemplo 
 
 
 
 TESTE DE JARROS (JAR TESTS)- Exemplo 1 
 
 
 
Dados os seguintes resultados de testes de jarros, qual 
a dose de polímero que deve ser utilizada? 
Recipiente1 2 3 4 5 6
 
Alúmen (mg/L) 6 6 6 6 6 6
 
Polímero (mg/L) 0,25 0,5 1,0 2,0 3,0 4,0
 
Turbidez (UT) 0,9 0,7 0,4 0,3 0,7 1
 
 TESTE DE JARROS (JAR TESTS)- Exemplo 2 
CLARIFICAÇÃO – Condução das etapas em 
escala industrial 
 
 
 
Volume do tanque 
Coagulação/floculação : 
Q=vazão 
td=tempo de detenção 
td coagulação entre 15 a 60 s 
td para floculação entre 10 a 50 min. 
Volume útil do tanque não deve exceder 8 m3 
CLARIFICAÇÃO – Condução das etapas em 
escala industrial 
Potência de agitação dos tanques 
P – potência requerida, em W 
m-viscosidade do meio, em kg m-1 s-1 
V-volume útil do tanque, m3 
G-gradiente de velocidade, s-1 
G- A taxa de variação da velocidade de 
propagação com a distância normal à direção de 
fluxo é chamado gradiente de velocidade. 
 
 
 
 MISTURA RÁPIDA - Misturador hidráulico 
Dosador de cal e de coagulante em calha 
Parshall 
Foto de uma Calha Parshall em operação 
como misturador rápido. 
A mistura rápida tem a finalidade de dispersar os coagulantes rápida e 
uniformemente na massa líquida, de tal maneira que cada litro de água 
a tratar receba aproximadamente a mesma quantidade de reagente no 
menor tempo possível, já que o coagulante se hidrolisa e começa a se 
polimerizar em fração de segundo após o seu lançamento na água 
 
 
 
 MISTURA RÁPIDA - Misturador hidráulico 
Foto de uma Calha Parshal em 
operação como misturador rápido. E 
medidor de vazão 
CLARIFICAÇÃO 
 
 
 
Ex.: Planta de unidades de coagulação, floculação, 
decantação e mistura rápida 
 
CLARIFICAÇÃO 
 
 
 
Mistura lenta - Floculação 
chicanas de fluxo vertical chicanas de fluxo horizontal 
Floculadores mecânicos 
SEDIMENTAÇÃO (DECANTAÇÃO) 
 “É um fenômeno físico no qual em 
decorrência da ação da gravidade, as 
partículas suspensas apresentam 
movimento descendente em meio líquido 
de menor massa específica.” 
Forças atuando em uma partícula discreta na 
sedimentação 
SEDIMENTAÇÃO (DECANTAÇÃO) 
 Sedimentação Discreta: 
Partículas praticamente esféricas e com 
diâmetro superior a 106 Å; 
 Ocorrendo com velocidade constante 
(velocidade terminal ou velocidade-limite); 
 Ex.:“Caixas de areia” com partículas de argila 
e areia na etapa que antecede a decantação 
primária no tratamento de esgoto sanitário. 
Tipos de sedimentação: Em função da conc. de 
sólidos e na tendência de interação das partículas: 
SEDIMENTAÇÃO (DECANTAÇÃO) 
 Sedimentação Floculenta: 
 Aglomeração de partículas, com alterações de suas 
características (tamanho, forma, densidade); 
 Formação de grandes flocos; 
É observada nos decantadores 
primários, no tratamento de 
águas residuárias domésticas 
(esgotos sanitários) e clarificação 
da água. 
SEDIMENTAÇÃO (DECANTAÇÃO) 
 Sedimentação Zonal: 
 
As partículas formam um conjunto ou uma 
“nuvem” de partículas progressivamente maiores 
devido a as altas conc. das mesmas, surgindo 
interações entre elas. 
 
Decantadores secundários (decantação de lodos 
ativados) no tratamento de águas residuárias; 
 
Etapa de floco-decantação das micelas aglutinadas 
com hidróxido de alumínio nos tratamentos de águas 
para abastecimento público e industrial. 
SEDIMENTAÇÃO (DECANTAÇÃO) 
Decantadores Retangulares 
SEDIMENTAÇÃO (DECANTAÇÃO) 
Tanques de decantação: 
Detalhes: calha coletora de 
água decantada 
SEDIMENTAÇÃO (DECANTAÇÃO) 
DECANTADORES COM PLACAS LAMINARES 
SEDIMENTAÇÃO (DECANTAÇÃO) 
Clarificadores Circulares ou de Fluxo 
Ascendente 
SEDIMENTAÇÃO (DECANTAÇÃO) 
 Nos clarificadores circulares estabelecem-se velocidades 
de fluxo ascensional (taxas de transbordamento): 
40 a 75 m3/(m2 . dia) 
 
 A velocidade de fluxo ascendente va
 ou taxa de 
transbordamento corresponde à velocidade de 
sedimentação de uma partícula que percorre a altura efetiva 
do clarificador em um intervalo de tempo igual ao tempo de 
detenção (td). 
 
 Geralmente, va
 corresponde a 80% do valor da velocidade 
de sedimentação (vs). 
Clarificadores Circulares ou de Fluxo 
Ascendente 
FILTRAÇÃO 
Filtros de gravidade rápidos 
• Remoção de sólidos em suspensão na 
concentração de 5 a 50 ppm 
• Pode ser utilizado para situações em que 
apresenta-se até 1000 ppm de sólidos em 
suspensão- Eficiência de 90% 
FILTRAÇÃO – Aspectos teóricos 
TAXA DE FILTRAÇÃO 
Pode ser definida pela relação entra a vazão (Q) da água e a área 
da seção reta (A) do meio filtrante. 
Unidade: m3/(m2.dia) 
FILTRAÇÃO 
Filtros de Gravidade Rápidos 
 Utilizados após o processo de clarificação convencional que 
envolve as etapas de coagulação, floculação e sedimentação 
 A lâmina de água situa-se entre 1,0 e 1,5 metros acima da 
camada de areia, sendo a espessura dela aproximadamente igual a 
0,60 m, seguindo-se uma camada de cascalhos, com cerca de 0,45 
m de espessura 
 
FILTRAÇÃO 
Filtros de Pressão 
Convencionais 
 Utilizam areia e cascalho 
como meio filtrante 
 Limpeza é feita por 
retrolavagem 
 São equipamentos fechados 
 
Filtros de Pressão 
de Alta Vazão 
 Utilizam areia com 
granulometria uniforme 
 Limpeza é feita por 
retrolavagem 
 Taxas de filtração bem 
maiores. 
 
A pressão filtrante é 
maior, fazendo com 
que maiores taxas de 
filtração sejam 
alcançadas. 
EXEMPLO 1 
 Uma estação de tratamento de água (ETA) de uma cidade produz 
água clarificada convencional com uma vazão de 5,00 m3 /s. Calcule 
o número mínimo de filtros de gravidade, com taxa de filtração igual 
a 120 m3 /(m2 . dia), necessários à obtenção de água filtrada. 
 
Dado: Área de seção reta de cada filtro = A = 25,0 m2 . 
EXEMPLO 2 
 Exemplo Resolvido: Uma piscina retangular apresent a as 
seguintes dimensões: Compr i mento (a) = 16,0 m; Largura (b) = 8, 00 
m; Profundidade média (c) = 1,50 m. 
Considerando um tempo de filt ração (t) igual a 8, 00 horas, ca lcule 
a área de seção reta do filtro de alta vazão (θ = 1080 m3/( m2.dia)) a 
ser empregado. 
CLORAÇÃO 
 Esterização e Desinfecção 
Esterilização: 
Eliminação total dos microrganismos do meio 
Desinfecção: 
Eliminação dos microrganismos patogênicos 
 Os agentes esterilizantes são os mesmos agentes 
desinfetantes, porém, empregados em dosagens 
mais altas ou em condições mais severas 
 Cloração é o processo mais empregado 
Adição de cloro ativo a água 
CLORAÇÃO 
 Desinfecção 
A desinfecção tem por finalidade a 
destruição de microrganismos 
patogênicos presentes na água 
(bactérias, protozoários, vírus e vermes). 
CLORAÇÃO 
 ESPÉCIES CONTENDO CLORO ATIVO 
Todas contém cloro ativo, uma espécie oxidante do 
elemento cloro 
 Os modos mais frequentes de adicionar cloro ativo a 
uma água são através do emprego de cloro elementar 
 (Cl2 ) ou de hipocloritos (ClO
- ). 
 O objetivo real é alcançar a máxima concentração possível de 
ácido hipocloroso (HClO), em função de seu excepcional poder 
microbicida. 
CLORAÇÃO 
O equilíbrio cloro (Cl2) /ácido hipocloroso / hipoclorito 
CLORAÇÃO – EXEMPLO 1 
Deseja -se estimar o consumo de um produto X, com 30,0% de cloro ativo, na 
Estação de tratamento de Água (E TA) de uma cidade. Considerando o efeito 
desinfetante do íon hipoclorito (ClO-) desprezível em comparação com o do ácido 
hipocloroso (HClO), determine o consumo do produto X, em toneladas/mês: 
(a) em pH = 7,0; 
(b) em pH = 8,0. 
Dados: 
• Vazão de água na ETA (Q) = 500 m3/h; 
•Concentração de cloro ativo (c) a ser adicionada = 5,00 ppm (em pH = 7,0); 
•Regime operacional da E T A: 24,0 h/dia; 30,0 dia/mês; 
•Considerar os dados provenientes do diagrama CLORO ATIVO (HClO (%)) vs. pH. 
 
CLORAÇÃO – EXEMPLO 1 
Solução: 
CLORAÇÃO – EXEMPLO 1 Solução: 
DEMANDA DE CLORO (ClD) 
Pode ser definida a partir da seguinte equação: 
A demanda de cloro corresponde à concentração de 
cloro ativo que é consumido, através de reações de 
oxidação e substituição, pelas espécies orgânicas e 
inorgânicas presentes na água. 
 CLORO RESIDUAL 
Após satisfeita a demanda, as seguintes reações 
podem ocorrer:1- Na ausência de amônia 
2- Na presença de amônia 
 
 
 
 
 
 
CLORO RESIDUAL 
COMBINADO 
Poder desinfetante < poder 
desinfetante que o HClO 
RESIDUAL DE 
CLORO LIVRE 
 CLORO RESIDUAL versus CLORO APLICADO 
Curva típica de cloro residual, obtidas quando a água é tratada 
com quantidades crescentes de cloro 
Cada água possui sua curva característica, obtida sob 
determinada condições de tempo de contato, temperatura, etc. 
Descrições 
das regiões 1, 
2, 3 e 4 : 
Módulo II , 
prof César. 
 CLORO RESIDUAL versus CLORO APLICADO 
Cloro adicionado – mg/L 
EXEMPLO 
Foram adicionados 20,0 mg de um produto X, 
contendo 65,0% de cloro ativo, a 1,00 litro de água 
bruta. Decorrido o tempo necessário à conclusão das 
reações com as espécies presentes na água, 
constatou-se, através de determinação volumétrica, a 
presença de uma concentração de cloro residual igual 
a 9,00 ppm de cloro ativo. Determine a DEMANDA 
DE CLORO da água, expressa em ppm de cloro ativo. 
Solução: 
 
CLORO ATIVO DISPONÍVEL 
A percentagem (p) de cloro ativo, em um produto 
comercial, pode ser estimada através da seguinte 
equação: 
CLORO ATIVO DISPONÍVEL 
Exercício : 
No laboratório de uma ETA industrial, observou-se que, em 
média, a adição de 3,00 mL de solução de estoque contendo 5000 
ppm de cloro ativo (Cl2 ativo), a 1,00 L de amostra de água bruta 
produz uma concentração de 12,0 ppm Cl2 de cloro residual livre 
na amostra, após a conclusão das reações de demanda. A vazão de 
água na ETA é 250 m3/h, sendo desejável que a água apresente, 
após a cloração, uma concentração de 1,50 ppm Cl2 de cloro 
residual livre,empregando-se na cloração um produto comercial X 
com 10% (m/m) de cloro ativo. Calcule a quantidade de produto X 
mensal para satisfazer essas condições. 
CLORO ATIVO 
Cilindros de Cl2 
Clorador 
FLUORETAÇÃO 
A fluoretação consiste na adição de íon fluore to (F-) à 
água de abastecimento, tendo com o objetivo a 
prevenção da cárie dentária, através da conversão da 
hidroxiapatita, presente no dente em formação, em 
fluorapatita, espécie mais dura e resistente, através 
da seguinte equação: 
Fluoreto de sódio (NaF) 
Ácido fluorossilícico (H2SiF6) 
Fluorossilicato de sódio (Na2SiF6)