TRatamento de água

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Introdução
A água encontrada na natureza, mesmo que livre de qualquer poluição, pode ter sua qualidade reduzida devido a características locais ( tipos de solo, escoamento superficial, decaimento de vegetação). Além das condições naturais que podem interferir na qualidade da água, a ação antrópica pode causar impactos devido a diversas ações: despejos de esgoto, efluentes industriais, agrotóxicos.
Desse modo, por mais preservada que seja a fonte água, está deve apresentar padrões que garantam o consumo humano e reduzam os riscos na sua utilização. No Brasil estes padrões para a potabilidade são definidos pela Portaria 518 do Ministério da Saúde (BRASIL, 2004).
Para que as águas atendam aos padrões de potabilidade, são necessários que tratamentos sejam realizados, que vão de simples desinfecção até tratamentos mais elaborados e custosos. De maneira geral, são realizados tratamentos convencionais nas estações de tratamento de água (ETAs), compostos por coagulação, floculação, decantação, filtração e desinfecção.
Objetivos
Projetar uma estação de tratamento de água convencional, composta pelos processos de coagulação, floculação, decantação, filtração e desinfecção.
Etapas do tratamento de água
Clarificação
As água superficiais apresentam sólidos nas formas dissolvida, sedimentais e coloidais que podem ser provenientes de diversas fontes como carreamento de solo, decaimento de vegetação, microorganismos e outros compostos que podem gerar cor e turbidez à água (SANTOS, 2011). De maneira geral, para que a água bruta atenda aos padrões de potabilidade, operações unitárias de coagulação, floculação, sedimentação e filtração devem ser empregadas para a remoção dos sólidos presentes. Dá-se ao emprego dessas operações unitárias a denominação de clarificação.
3.1.1 Coagulação
A maioria das partículas em suspensão coloidal apresentam cargas elétricas negativas, que por meio das forças de repulsão, provoca o afastamento das mesmas (DUAN e GREGORI, 2003 apud DUARTE, 2011). Essas partículas atraem para sua superfície íons de cargas opostas, denominados countérions. Forma-se uma camada compacta de countérions ao redor do colóide, denominada camada fixa. A camada difusa encontra-se externamente a camada fixa e apresenta maior quantidade de íons positivos que negativos. (RICHERT e AZEVEDO NETO, 1991). Esse modelo é conhecido como dupla camada elétrica e pode ser observado na Figura 1. 
 Entre a camada fixa e a difusa há um volume de água que se movimenta com a partícula. O potencial eletrostático formado entre as partículas coloidais e a suspensão líquida é chamado de Potencial Zeta. Quanto maior esse potencial, maior será a repulsão entre as partículas (RICHERT e AZEVEDO NETO, 1991). 
Figura 1: Potencial Zeta: modelo de dupla camada elétrica. Fonte<http://braseq.blogspot.com.br/2011/06/potencial-zeta-tudo-o-que-voce-queria.html
	De madeira geral, o processo de coagulação é explicado através da alteração de cargas superficiais das partículas coloidais em suspensão. A coagulação se inicia quando o Potencial Zeta aproxima-se de zero reduzindo-se a repulsão entre as cargas iguais e possibilitando a agregação das mesmas (PÁDUA, 2005). Desse modo, as forças de Van der Walls atuam sobre as partículas promovendo a agregação e possibilitando a remoção desses aglomerados (RICHERT e AZEVEDO NETO , 1991).
	A desestabilização coloidal pode ocorrer através da adição de cátions que interagem com as partículas e reduzindo ou neutralizando as cargas. Os principais coagulantes utilizados em tratamento de água são o sulfato de alumínio e formas pré- polimerizadas do sal como, por exemplo, hidróxicloreto de polialumínio e sulfato de polialumínio (DUARTE, 2011).
O sistema de mistura rápida é uma etapa importante no processo de coagulação. Consiste na aplicação do coagulante mediante forte agitação e altos gradientes de velocidade. Os parâmetros necessários para o dimensionamento são o tempo de detenção e o gradiente de velocidade. O gradiente de velocidade está relacionado a intensidade de agitação necessária para a homogeneização do coagulante na massa líquida. Os valores para o gradiente de velocidade são usualmente entre 500 e 7000 e o tempo de mistura de 1 segundo a 3 minutos. Valores incorretos desses valores podem comprometer a eficiência dos processos subsequentes, aumentar os custos de construção e operação, seja por maior consumo de produtos químicos, maior geração de lodos na ETA ou devido a baixa taxa de filtração (PÁDUA, 2005).
3.1.2 Floculação
Após a desestabilização das partículas promovidas na etapa de mistura completa, é necessária a agregação em flocos para aumentar a velocidade de sedimentação. Procura-se um maior contato possível de encontros de partículas, para a formação de agregados maiores e mais densos (microflocos), mediante gradientes de agitação lenta (PÁDUA, 2005; FURLAN 2008 apud SANTOS 2011). 
A medida que o floco cresce, as forças de cisalhamento começam a se intensificar tornando-o mais suscetível a quebra. Na prática o processo ocorre com gradientes de velocidade decrescente, conforme o módulo do floculador, para evitar a ruptura do floco e perda de qualidade do clarificado (MOURA, 2015).
O pH é um fator que influencia na floculação. Para faixas de pH entre 6 e 7 ocorre a efetiva floculação com alumínio, mas os sais de ferro possibilitam a formação de flocos em uma faixa maior de pH, como no caso do cloreto férrico e sulfato férrico. Diversos fatores devem ser levados em consideração no projeto: concentração do coagulante, temperatura, alcalinidade tipo íons, tipo de reator, grau de mistura, entre outros (ERNEST, 1995; AYOUB, 1996; MCCONHACHIE, 1999 apud SANTOS 2011).
3.1.3 Decantação
A decantação é um processo de clarificação natural. Consiste na sedimentação de material no fundo da unidade em função da gravidade. No estudo da decantação distinguem-se dois tipos de partículas as discretas e as floculentas. As primeiras não sofrem modificações de forma e tamanho durante a sedimentação. Já as segundas, que são mais abundantes em sistemas com coagulação química, apresentam mudanças no decorrer da deposição no fundo do decantador. O dimensionamento das unidades de decantação é realizado em função da velocidade de sedimentação da partícula suspensa que está diretamente relacionada com a taxa de aplicação superficial (TAS). A redução da TAS melhora qualidade da água decantada, porém resulta na construção de unidades maiores(PÁDUA, 2005 ).
Teoricamente, partículas com velocidade de sedimentação igual ou superiores as taxas de aplicação superficial são removidas. No entanto, a eficiência real sofre influência de outros fatores, como densidade de contra corrente, ação dos ventos e ressuspenção do lodo. Também pode ocorrer a remoção de uma fração de partículas com velocidade de sedimentação inferior a TAS, dependendo de como entram no decantador e da intensidade da floculação na unidade (PÁDUA, 2005 ).
De acordo com a Figura 2, as partículas 1 e 2 apresentam escoamento horizontal e são paralelas, indicando que apresentam a mesma velocidade de sedimentação. No entanto, considerando como partículas discretas, teoricamente a partícula 1 não será decantada por ter entrado próxima a superfície e não alcançará o fundo do tanque. As partículas A e B, floculentas, podem se encontrar durante a trajetória e formar uma partícula mais densa e com maior velocidade de sedimentação (PÁDUA, 2005 ). 
Figura 2 : Trajetórias para partículas discretas (1 e 2) e floculentas (A e B) durante a sedimentação.
Fonte: (PÁDUA, 2005 ).
3.1.4 Filtração
Filtração é o processo de retenção de partículas em sólidas em um meio poroso. Nas ETAs a filtração em meio granular é devido a três mecanismos: transporte, aderência e arraste. As partículas são conduzidas aos coletores devido aos mecanismos de arrastes. Quando essas partículas encontram-se muito próximas dos coletores, forças de ação superficial atuam realizando a aderência das mesmas os coletores ou a partículas já aderidas,retirando-as da água. A medida que vai o ocorrendo a filtração, partículas vão sendo aderidas aos coletores, reduzindo os interstícios granulares, aumentando a perda de carga e as forças de cisalhamento. Quando estas forças atingem valores superiores às das adesivas, parte das partículas são desprendidas e encaminhadas à camadas inferiores do filtro e o processo de repete (PÁDUA, 2005 ).
Existem dois tipos de filtração: lenta e rápida. A filtração rápida é mais indicada para projetos de tratamento convencional de água. Esse tipo de filtração é afetado por diversas variáveis , podendo-se destacar: características do meio filtrante ( espessura, massa específica, tamanho, forma, distribuição de granulometria), características dos sólidos suspensos ( concentração, natureza, forma e distribuição da granulometria), sistema de filtração (taxa constante ou declinante, fluxo ascendente ou descendente) , taxa de filtração, carga hidráulica, modo de lavagem do filtro, temperatura da água (PÁDUA, 2005 ).
A Figura 3 apresenta as etapas da filtração. As carreiras da filtração devem ser encerradas antes que ocorra a produção de água com qualidade inferior aos padrões de potabilidade, ou quando a redução dos interstícios do meio filtrante estiverem gerando perda de carga máxima prevista no projeto.
Figura 3 : Carreiras da filtração. 
Fonte: (PÁDUA, 2005 ).
Desinfecção
Segundo Pádua (2005), a desinfecção de água filtrada nas ETAs tem dois objetivos: preventivo e corretivo. O primeiro, refere-se a eliminação de patógenos que ainda possam estar na água filtrada. Já o segundo, objetiva o fornecimento de um residual para eliminação de possível contaminação na rede de distribuição.
Devido a dificuldade de identificação de contaminação microbiológica presente na água, alguns organismos foram adotados como indicadores indiretos, como por exemplos os coliformes totais e fecais, e a E. Colli. Esses indicadores não são necessariamente patogênicos, mas a presença deles pode indicar que outros grupos microbiológicos podem existir. De acordo com o padrão de potabilidade, é estabelecido que em água de distribuição não poderá haver a presença de coliformes totais em 95% das amostras de 100 ml, nos 5% restantes pode haver a presença de 3 coliformes em 100 ml, desde que não sejam de duas amostras coletadas no mesmo ponto, sucessivamente. As amostras coletadas na saída da rede de distribuição não poderão conter coliformes totais e e nenhum caso, coliformes fecais (PÁDUA, 2005 ).
A Figura 4, mostra que as diferentes dosagens de desinfetantes em função dos microorganismos.
Figura 4: Dosagem de desinfetantes para diferentes microorganismos.
Fonte: (PÁDUA,2005).
De acordo com Pádua (2005), para serem usados em ETAs os desinfetantes devem atender aos requisitos:
• destruir, em tempo razoável, os organismos patogênicos; 
• não ser tóxicos ao ser humano e animais domésticos e não causar odor e sabor na água nas dosagens usuais; 
• estar disponíveis a custo razoável e oferecer condições seguras de transporte, armazenamento, manuseio e aplicação; 
• ter sua concentração na água determinada de forma rápida e precisa por meio de método simples; 
• produzir residuais persistentes na água, assegurando desse modo a qualidade da água contra eventuais contaminações nas diferentes partes do sistema de abastecimento.
Para a desinfecção da água podem ser utilizados agentes químicos e físicos. Dentre os parâmetros químicos estão: cloro, bromo, iodo, ozônio, permanganato de potássio e íons metálicos (prata e cobre). Dentre os desinfectantes por ação física, destacam-se o calor e a radiação UV. (MOURA, 2015; PÁDUA, 2005).
3.2.1 Desinfecção com cloro
O cloro é um desinfetante amplamente utilizado devido ao seu baixo custo e eficiência. Pode ser aplicado na forma gasosa, hipoclorito de sódio (líquido) ou hipoclorito de cálcio (gasoso). Ao ser aplicado na água, na ausência de amônia, o cloro é denominado livre e apresenta-se na forma ácido hipocloroso ou a forma ionizada, hipoclorito. No entanto, quando há contato com nitrogênio amoniacal, o cloro liga-se formando cloramidas, e é classificado como cloro combinado (MOURA,2015). A Figura 5, apresenta as formas de manifestação do cloro na água. 
Figura 5: Reações do cloro na água.
Fonte : (MOURA, 2015).
3.2.2 Cloração ao breakpoint 
	Quando o cloro é adicionado a água, na presença de amônia, há a formação e cloramidas até um ponto máximo em que todo o nitrogênio amoniacal se combinou com o cloro. A partir desse ponto, as cloramidas, por serem estruturas instáveis, são decompostas pelo cloro e chegam ao mínimo de concentração. O ponto de inflexão encontrado é chamado de breakpoint e a partir dele, todo o cloro adicionado é cloro residual livre (MEYER, 1994; MOURA, 2015). Pode-se obersar o processo na Figura 6
Figura 6: Cloração ao breakpoint.
Fonte: (MOURA,2015)
Metodologia
Para o dimensionamento das unidades de mistura rápida, floculação, decantação, filtração e desinfecção, foram utilizados os roteiros de projetos fornecidos no decorrer da disciplina. Toda a etapa de dimensionamento foi realizada por meio de planilhas eletrônicas. A parte de desenho foi feita utilizando-se o software Autocad. 
Memorial de Cálculo
Projeto das Unidades de Mistura Rápida e Floculação
Objetivo
Dimensionar um sistema de mistura rápida mecânica, dotado de uma turbina de escoamento radial, seguido de um sistema de floculação (2 módulos em paralelos com quatro câmaras em cada módulo), dotadas de turbinas com escoamento axial. A vazão da ETA é de 500 l/s.
Dimensionamento mistura rápida
Para o cálculo do volume do tanque de floculação foi utilizada o tempo de detenção hidráulica , conforme a Equação 1:
 (1)
Em que: TDH = tempo de detenção hidráulica [s]
V= volume do tanque de floculação [m³]
Q= Vazão [m³/s]
Para achar as dimensões de largura (Dt) e altura (H) foi utilizada a relação H= 1,2 Dt para um tanque com base quadrada e altura H, conforme Equação 2:
(2)
O diâmetro da turbina foi obtido utilizando-se a Tabela 1, que relaciona os parâmetros para turbina em função do volume do tanque.
	Volume do tanque
	Turbina (mm)
	(m³)
	D
	B
	W
	1 a 2
	370
	92,5
	74
	1,5 a 3,5
	430
	107,5
	86
	2,5 a 5,5
	500
	120
	100
	4 a 9
	600
	150
	120
	6,5 a 15
	700
	175
	140
Para o cálculo da potência e a número de rotações da turbina foram utilizadas a Equações 3 e 4:
 (3)
Em que : G= gradiente de velocidade [1/s]
P= potência aplicada na água [W]
μ= coeficiente de viscosidade [N.s/m²]
V= volume da câmara de mistura [m³]
 (4)
Em que : n= número de rotações por segundo.
P= potência aplicada na água [W]
K= número de potência
ρ= densidade da água [Kg/m³]
D= diâmetro da turbina [m³].
Os valores utilizados para os cálculos de mistura rápida encontram-se na Tabela 2.
Tabela 2: Valores utilizados para dimensionamento da unidade de mistura completa
	Dados Mistura Rápida
	 
	
	Símbolo
	Valor
	Unidade
	Tempo de mistura
	T
	3,500
	s
	Vazão da ETA
	Qeta
	0,500
	m³/s
	Gradiente de mistura
	G
	257,143
	/s
	Diâmentro da turbina
	D
	0,370
	m
	Tamanho da pá da turbina
	B
	0,108
	m
	Largura da pá da turbina
	W
	0,086
	m
	Fator para turbina axial de seis paletas
	K
	5,000
	
	Viscosidade dinâmica
	Μ
	0,001
	N.s/m²
	Densidade do fluido
	Ρ
	998,200
	kg/m³
	Eficiência do motor
	E
	0,800
	
Dimensionamento floculador
Para o cálculo da dosagem ótima de sulfato de alumínio a concentração de 10 g/l, foi realizado o Jar Test, encontrando-se o valor de 35 mg/l. Através da Equação, 5 foi possível calcular a vazão do coagulante.
 (5).
Em que C1= concentração inicial de coagulante [mg/l]
Q1 = vazão de água [l/s]
C2= concentração de coagulante [mg/l]
Q2= vazãode dosagem de coagulante [l/s]
Cf= concentração final (Jar Test ) [mg/l]
Qf= Vazão final (Q1+Q2) [l/s] 
Para o cálculo da potência e número de rotações no motor dos floculadores foram utilizadas as Equações 3 e 4 , respectivamente.
A Tabela 3 apresenta os dados utilizados para o cálculo das câmaras de floculação.
Tabela 3: Dados utilizados nos cálculos do floculador
	Dados Floculador
	
	Símbolo
	Valor
	Unidade
	Concentração da solução estoque de suf. de alumínio
	C1
	10000
	mg/L
	Concentração ideal para mistura rápida
	Cf
	35
	mg/L
	Gradiente da 1° câmara
	G1
	75
	1/s
	Gradiente da 2° câmara
	G2
	60
	1/s
	Gradiente da 3° câmara
	G3
	40
	1/s
	Gradiente da 4° câmara
	G4
	20
	1/s
	Tempo total de floculação
	T
	2400
	S
	Diâmetro da turbina
	D
	1,7
	M
	Fator da turbina com paletas inclinadas em 45°
	K
	1,4
	
	Coeficiênte de manning para concreto
	N
	0,015
	
	Peso específico
	Y
	2929,34
	
Foi calculado, com a Equação 6, os gradientes de passagem entre os floculadores, no canal de chegada e no canal de saída, para evitar a quebra dos flocos durante as passagens.
 (6)
Em que: G= gradiente na passagem 
n= rugosidade do material
μ= coeficiente de viscosidade [N.s/m²]
Rh= raio hidráulico = área molha/perímetro molhado [m]
v= velocidade na seção de passagem [m/s].
Y = Peso específico [N/m³]
. 
 Projeto dimensionamento do decantador
Objetivo
Dimensionar um decantador horizontal convencional para tratar uma vazão de 0,5 m³. Dimensionar também as unidade de distribuição de água no decantador e as canaletas de coleta de água decantada.
5.2.2 Dimensionamento 
. A área total da planta do floculador foi calculada em função da taxa de aplicação superficial e da vazão, de acordo com a Equação 7:
 (7)
Em que: TAS = taxa de aplicação superficial [m³/m²d]
Q= vazão [m³/d]
Ab= área da planta [m²].
Para encontrar as dimensões do decantador: comprimento, largura e altura, foram utilizadas a Equações de 8 a 11. ..
 (8)
Em que :L = comprimento [m]
B= Largura [m]. 
Utilizando-se a relação da Equação 8 em 9, pode-se encontrar o valor de B ou L.
 (9) 
Outro valor importante encontrado foi a área lateral do decantador, expressa na Equação 10.
 (10)
Em que : Al = área lateral do decantador [m²]
Q= vazão [m³/s]
Vh= velocidade horizontal da partícula [m/s].
Utilizando do resultado obtido para Al na Equação 10 e substituindo o valor de B encontrado em 9, foi possível encontrar o valor da altura (H) com a Equação 11.
 (11) 
Os dados utilizados para o cálculo do decantador estão expressos na Tabela 4.
Tabela 4: Dados utilizados para cálculo do decantador.
	Dados: Decantador
	
	
	Valor
	Unidade
	Taxa de aplicação superficial
	TAS
	40,000
	m³/m².d
	Velocidade horizontal
	Vh
	0,006
	m/s
	Relação comprimento/largura
	L/B
	4,000
	
	Número de decantadores em paralelo
	n°
	2,000
	
	Profundidade de acúmulo de lodo
	Hl
	1,000
	M
	Inclinação na transversal e horizontal
	I
	0,050
	
	Vazão total do decantador
	Q
	0,500
	m³/s
Cortina de distribuição
A área da cortina foi calculada através da Equação 10, por se tratar do mesmo valor que a área lateral do decantador. Os dados utilizados para os cálculos estão apresentados na Tabela 5.
Tabela 5: dados necessários para cálculos relacionados a cortina de distribuição
	Dados: Cortina de distribuição
	
	Símbolo
	Valor
	Unidade
	Distância do canal de chegada e a cortina
	Dc
	1,500
	M
	Densidade de orifícios
	do
	4,000
	/m²
	Diâmetro dos orifícios
	Do
	0,130
	M
	Velocidade máxima dos orifícios
	Vmo
	0,250
	m/s
	Coeficiente de Manning
	n
	0,013
	
	Coeficiente da água à 20°C
	 ((ρ.g/μ)^0,5)
	3115,000
	
Para o cálculo do gradiente nos orifícios da cortina utilizou-se a Equação 12. 
 
Em que: G= gradiente na passagem 
n= rugosidade do material
μ= coeficiente de viscosidade [N.s/m²]
Rh= raio hidráulico = área molha/perímetro molhado [m]
v= velocidade na seção de passagem [m/s].
ρ = densidade [Kg/m³]
g= aceleração da gravidade [m/s²]
Foi utilizada uma relação de = 3115 para temperatura de 20ºC.
Os dados utilizados para o cálculo da canaleta estão expressos na Tabela 6.
Tabela 6: Dados para coletores de água
	Dados: Coletores de água decantada
	
	
	
	
	Símbolo
	Valor
	Unidade
	Comprimento da canaleta com relação ao decantador
	x.L
	0,200
	m
	Vazão específica da canaleta
	Qc
	0,003
	m³/s.m
 Dimensionamento Filtração
Objetivo
Dimensionar um filtro rápido descendente para tratar uma vazão de 0,5m³/s.
Dimensionamento
Para o cálculo da área total dos filtros utilizou-se a entre a taxa de aplicação superficial e a vazão. 
Para encontrar-se as dimensões do filtro utilizou-se da relação comprimento-largura , expressa na Equação 13:
 (13)
Em que: B= largura [m]
L= comprimento [m]
n= número de filtros
Para o cálculo de perda de carga do meio filtrante e do meio suporte, foi utilizada a Equação 14:
 (14)
hf= perda de carga no meio filtrante [m]
V= velocidade de aproximação do filtro [m/s]
ϵ= porosidade do leito
ψ= esfericidade da partícula
d50= diâmetro da peneira que passa 50% das partículas [m]
Lf= profundidade do material filtrante [m]
μ= Viscosidade dinâmica
Y= peso específico da água [N/m³]
O tipo de fundo adotado foi o de vigotas californianas e a perda de carga foi calculada pela Equação 15:
 (15)
Em que:
h= perda de carga [m]
q= vazão que passa em cada orifício [m³/s]
g= gravidade [m/s²]
C= coeficiente de perda de carga 
A= área do orifício [m²]
Para a lavagem dos filtros foi utilizada a Equação (16).
 (16)
Em que:
V= volume do tanque [ m³]
VelL = taxa de lavagem superficial [m/min]
A= área do filtro – superficial [m²]
TL= tempo de lavagem a contracorrente [min]
A perda de carga na lavagem foi calculada a partir de Equação (17)
 (17)
Em que:
h= perda de carga no leito expandido, durante a lavagem [m]
L= altura do leito não expandido [m]
ρs = densidade absoluta do meio [kg/m3]
ρ= densidade da água [kg/m3]
ϵ= porosidade do meio
Os dados utilizados para os cálculos da filtração rápida estão contidos nas tabelas 7 a 9.
Tabela 7: Dados para cálculo de filtro rápido
	Dados: Filtro rápido
	 
	
	 Valor 
	 Unidade
	Vazão
	
	0,5
	m³/s
	Taxa de aplicação nos filtros
	180
	m³/m².d
	Área de cada filtro
	
	30
	m²
	Tamanho efetivo da areia(d10)
	0,45
	Mm
	Porosidade da areia
	0,45
	
	Esfericidade da areia
	0,73
	
	D50 da areia
	
	0,9
	Mm
	Densidade da areia
	
	2650
	kg/m³
	Tamanho efetivo do pedregulho
	2
	Mm
	Porosidade do pedregulho
	0,38
	
	Esfericidade do pedregulho
	0,85
	
	D50 do pedregulho
	
	5
	Mm
	Profundidade do meio filtrante
	0,4
	M
	Profundidade do material suporte
	0,4
	M
	Velocidade de lavagem dos filtros
	0,7
	m/min
	Tempo de lavagem dos filtros
	10
	Min
	Carga hidráulica total
	2
	M
Tabela 8: Dados utilizados para cálculo do transporte de água no filtro
	Dados: Velocidades de transporte de água
	Velocidade de alimentação do filtro
	1,2
	m/s
	Vel. tubulação de água filtrada
	1,3
	m/s
	Drenagemda água de lavagem
	1,8
	m/s
	Alimentação de água de lavagem
	3
	m/s
	Drenagem do filtro
	
	4,2
	m/s
Tabela 9: Dados utilizados para cálculo da perda de carga no fundo do filtro
	Dados: Fundo Vigotas Californianas
	Coeficiente de perda de carga
	0,65
	
	Largura das vigotas
	
	0,25
	M
	Diâmetro dos furos
	
	0,035
	M
	Distância entre orifícios
	0,2
	M
Desinfecção
Objetivo
 
Dimensionar um tanque de contato para uma vazão de 500 l/s e um tempo de contato de 30 minutos.
Dimensionamento
Para o cálculo do volume do tanque de contato foi utilizada a Equação 17:
 
 (17)
Em que: TC= tempo de contato [s]
V= volume [m³]
Q= Vazão [m³/s]
	Para encontrar as dimensões do tanque de contato foi utilizada a relação expressa na Equação 18:
Em que: L= comprimento [m]
B= Largura [m]
Utilizou-se a Equação 19 para obter o comprimento total (Lt) da caixa de contato.
 (19)
	Dividindo-se o valor do comprimento total (Lt) pelo comprimento (L) encontrou-se a quantidade de chicanas para a caixa de contato.
	Para calcular a capacidade da instalação de cloração foi utilizada a Equação 20. Após o cálculo da capacidade de cloração, foi possível estimar o gasto mensal de cilindros de cloro.
 (20)
Em que: C= capacidade [Kg/dia]
Q= vazão [m³/dia]
D= dosagem [g/m³]
Tabela 10: Dados utilizados para cálculo de caixa de contato
	
	Dados: Cloração
	
	Símbolo
	Valor
	Unidade
	Largura 
	B
	2,0
	m
	Altura
	H
	1,5
	m
	Dosagem de cloro
	D
	2,27
	mg/l
Resultados
Após a aplicação da metodologia descrita acima, foram encontrados os resultados para o dimensionamento da ETA e confecção do desenho, que estão expressos nas Tabelas 11 a 21.
6.1 Mistura rápida e floculação
Tabela 11: resultados obtidos para o módulo de mistura-rápida
	Mistura rápida
	 
	
	Símbolo
	Valor
	Unidade 
	Volume do tanque de mistura
	V
	1,750
	m³
	Largura do fundo do taque
	Dt
	1,134
	m
	Altura do tanque
	H
	1,361
	m
	Parâmetros da turbina
	Dt/D
	3,065
	2,7<Dt<3,3
	Parâmetros da turbina
	H/D
	3,678
	2,7<Dt<3,9
	Distância entre e o fundo e a pá
	h
	0,370
	m
	Potência do agitador
	P'
	131,914
	W
	Número de rotações
	n
	1,562
	RPS
	Potência do motor elétrico
	P
	164,892
	W
Tabela 12: resultados para o dimensionamento do floculador
	Floculador
	 
	
	
	Símbolo
	Valor
	 Unidade
	Vazão do dosador de solução
estoque na mistura
	Qs
	1,756
	L/s
	Massa de sulfato de alumínio
utilizado em uma semana
	 Ms
	10621,174
	Kg
	Número de sacos de sulfato de
alumínio comprados por semana
	Sc
	177
	sacos
	Volume de cada câmara de floculação
	V
	150
	m³
	Largura do fundo do tanque
	Dt
	5,477
	M
	Altura do tanque
	H
	5
	M
	Parâmetros da turbina
	Dt/D
	3,221
	
	Parâmetros da turbina
	H/D
	2,941
	
	Distância entre e o fundo e a pá
	h
	1,87
	M
	Altura do anti-vortex
	B+A
	1,71
	M
	Potência do agitador na 1° câmara
	P'1
	961,875
	W
	Potência do agitador na 2° câmara
	P'2
	615,6
	W
	Potência do agitador na 3° câmara
	P'3
	273,6
	W
	Potência do agitador na 4° câmara
	P'4
	68,4
	W
	Potência do motor elétrico 1°câmara
	P1
	1202,343
	W
	Potência do motor elétrico 2°câmara
	P2
	769,5
	W
	Potência do motor elétrico 3°câmara
	P3
	342
	W
	Potência do motor elétrico 4°câmara
	P4
	85,5
	W
	Rotação do agitador 1° câmara
	
	0,36462195
	RPS
	Rotação do agitador 2° câmara
	
	0,31422167
	RPS
	Rotação do agitador 3° câmara
	
	0,23979602
	RPS
	Rotação do agitador 4° câmara
	
	0,15106202
	RPS
Tabela 13: valores calculados para as passagens entre os floculadors
	Câmaras
	Área [m²]
	Velocidade [m/s]
	Raio hidráulico [m]
	Gradiente de velocidade [1/s]
	1
	0,7
	0,714
	0,209
	75,672
	2
	0,75
	0,666
	0,216
	66,674
	3
	0,85
	0,588
	0,230
	52,992
	4
	1,15
	0,434
	0,268
	30,430
6.2 Decantador
Tabela 14: dados calculados para o dimensionamento de decantador
	Cálculos: Decantador
	 
	
	Símbolo
	Valor
	Unidade 
	Vazão de cada unidade de decantação
	Qd
	0,250
	m³/s
	Área da seção transversal da unidade de dec.
	At
	41,667
	m²
	Área em planta de cada unidade de decantação
	Ab
	540,000
	m²
	Largura de cada decantador
	B
	11,619
	M
	Comprimento de cada decantador
	L
	46,476
	M
	Altura da seção de decantação
	H
	3,586
	M
	Volume total útil dos decantadores
	V
	3872,983
	m³
Tabela 15: resultados dos valores para coletores e água decantada
	Cálculos: Coletores de água decantada
	 
	
	Símbolo
	Valor
	 Unidade
	Comprimento máximo da região das canaletas
	Lc¹
	9,295
	M
	Comprimento da canaleta
	LC
	41,667
	M
	Número de canaletas calculado
	Nc
	4,483
	 
	Número de canaletas utilizado
	Nc"
	5,000
	 
	Comprimento de cada canaleta
	LC"
	8,333
	M
Tabela 15: resultados calculados para cortina de distribuição.
	Cálculos: Cortina de Distribuição
	
	
	
	Símbolo
	Valor
	Unidade
	Área da cortina
	Ac
	41,667
	m²
	Área de cada orifício
	Ao
	0,013
	m²
	Número de orifícios
	No
	166,667
	
	Velocidade de cada orifício
	Vo
	0,113
	m/s
	Área total dos orifícios/Área da cortina
	Yi
	0,053
	
	Gradiente nos orifícios
	Go
	15,297
	1/s
6.3 Filtração
Tabela 16: resultados para dimensionamento de filtro rápido
	Cálculos: filtro rápido
	 
	
	Valor
	Unidade 
	Vazão diária
	43200,000
	m³/dia
	Área do meio filtrante
	240,00
	m²
	Número de filtros
	8,000
	Filtros
	Relação B/L
	0,563
	
	Comprimento do filtro (L)
	7,303
	M
	Largura do filtro (B)
	4,108
	M
	Velocidade de aproximação do filtro
	0,017
	m/s
	Constante da perda de carga
	1,84.
	
	Dado auxiliar 01 areia
	3,320
	
	Dado auxiliar 02 areia
	38611,619
	
	Perda de carga da areia
	0,942
	M
	Dado auxiliar 01 pedregulho
	4,218
	
	Dado auxiliar 02 pedregulho
	922,722
	
	Perda de carga do pedregulho
	0,029
	M
	Perda de carga total
	0,970
	M
	Vazão de lavagem de cada filtro
	0,350
	m³/s
	Volume de água utilizado para lavagem
	420,000
	m³
Tabela 17: Dimensões calculadas para transporte de água nos filtros
	Cálculos: Dimensões do transporte de água
	 
	
	Valor
	unidade 
	Área do canal de alimentação de cada filtro
	0,052
	m²
	Diâmetro da tubulação de água filtrada
	0,247
	M
	Área do canal de descarga de água de lavagem
	0,194
	m²
	Diâmetro da tubulação de lavagem
	0,385
	m
	Diâmetro da tubulação de dreno
	0,138
	 m
Tabela 18: resultados para cálculos de parâmetros do fundo do filtro
	Cálculos: Fundo do filtro
	 
	
	Valor 
	Unidade
	Perda de carga do fundo em filtração
	0,023
	m
	Número de furos por vigota
	40
	
	Número total de furos
	1200
	
	Número de vigotas 
	30
	
6.4 Desinfecção
Tabela 19: resultados obtidos para o dimensionamento de caixa de contato
	Cálculo: cloração
	
	Símbolo
	Valor
	Unidade
	Volume total da caixa de contato
	V
	900
	m³
	Comprimento total
	Lt
	300
	m
	Comprimento da chicana
	L
	20
	m
	Número de chicanas
	N
	15
	
	Capacidade de dosagem de cloro
	C
	98,06
	kg/dia
	Número de cilindros (900 kg) de cloro mensal
	
	4
	
Referências:
BRASIL. Ministério da Saúde. Normas e padrão de potabilidade das águas destinadas ao consumo humano. Normas regulamentadoras aprovadas pela Portaria n° 518. Brasília, 2004.
Duarte, Marco Antônio Calazans. Tratamento de água para consumo humano de reservatório eutrofizado através de pré e interoxidação , adsorção em carvão ativado e dupla filtração. Tese Doutorado. Universidade de São Paulo. São Carlos. 2011.MOURA, RAFAEL DE BRITO. Notas de aulas. Disciplina Tratamento de Água. Universidade Federal de Alfenas. Engenharia Ambiental. 2015
PÁDUA, VALTER DE LÚCIO. Tratamento de águas de abastecimento (ESA014). Material didático. Departamento de Engenharia UFMG. Engenharia Sanitária e Ambiental. 2005.
RICHTER, C. A.; AZEVEDO NETTO, J. M. Tratamento d água: tecnologia atualizada. São Paulo: Blucher, 1991.
Santos, Gabriel Rosa. Estudo de Clarificação de Água de Abastecimento Público e Otimização da Estação de Tratamento de Água. Dissertação Mestrado. Universidade Federal do Rio de Janeiro. Rio de Janeiro. 2011.
UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALFENAS – CAMPUS POÇOS DE CALDAS/MG
ENGENHARIA AMBIENTAL
Dimensionamento de uma Estação de Tratamento de água convencional
 Discentes: Amauri Henrique Souza
 Luiz Francisco Fernandes Pereira
 Docente: Dr. Rafael Brito de Moura
			
 
 
 Poços de Caldas/MG 
2015