ETA FINAL

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Universidade Federal Rural do Semi-Árido – UFERSA
Departamento de Ciências Ambientais e Tecnológicas
Engenharia Civil
Tratamento de Água e Esgoto
Profa. Maria Josicleide F. Guedes
Evelen Freire Delgado Paiva
Josenildo Nunes de Lima Junior
Renan Soares Bragança
Thales Mendonça da Costa
Projeto básico de uma estação de tratamento de água
Mossoró/RN
Agosto/2013
MEMORIAL DESCRITIVO
INTRODUÇÃO
É sempre bom ter água potável sem nenhuma contaminação, sem cheiro e bem clara. Contudo, no seu estado natural, a água raramente tem essas características. Por essa razão ela é levada do manancial para a estação de tratamento. O conceito de potabilidade implica o atendimento a padrões mínimos exigidos para que a água a ser consumida não seja transmissora de doenças aos seres humanos. O tratamento da água tem por finalidade reduzir as impurezas presentes na água, de forma a torná-la em condições de ser consumida pelo homem.
A Estação de Tratamento de Água (ETA) a ser dimensionada trabalhará com uma vazão média de 800 l/s. Empregando um funcionamento diário da ETA de 24 horas, a vazão de água tratada será 69120 m3/dia. 
Esse memorial proporciona a um leigo uma melhor compreensão do assunto, para produção do mesmo será imprescindível uma investida sobre o tema com intenção de acabar com qualquer dúvida que possa ser criada durante o processo de dimensionamento.
DEFINIÇOES
De acordo com a NBR 12216 são adotadas as seguintes definições para fins de melhor compreensão do assunto:
Estação de tratamento de água – ETA: Conjunto de unidades destinado a adequar as características da água aos padrões de potabilidade.
Unidade de estação de tratamento - Cada um dos elementos da ETA em que certo processo de tratamento se realiza.
Tempo de funcionamento: Tempo necessário para que a ETA produza o volume de água demandado em um dia.
Etapas de construção: Ampliações sucessivas que podem ser feitas a fim de que a ETA atenda, sem sobrecarga, às demandas impostas pelo consumo.
Capacidade nominal: Vazão, em condições normais de funcionamento, para a qual a ETA é projetada.
Capacidade máxima: Vazão máxima que a ETA pode produzir, mantido o efluente dentro dos padrões de potabilidade.
Capacidade hidráulica: Vazão máxima relacionada com o dimensionamento hidráulico da instalação, independentemente das condições sanitárias.
Período de detenção: Relação entre o volume útil, referido a determinada unidade da ETA, e sua vazão.
Taxa de aplicação superficial: Relação entre a vazão, referida a determinada unidade da ETA, e a área de sua superfície útil.
OBSERVAÇÕES DO PROJETO
Detalhes a serem frisados antes de escolher o local e fazer o dimensionamento:
Sempre implantar a ETA o mais próximo permissível do curso d’água e do local de consumo;
O ponto de captação precisa estar protegido de assoreamento para que não danifique o funcionamento da bomba; 
Energia elétrica disponível;
Para evitar a sucção de sólido grosseiros necessita a existência de grades; 
A cota máxima de enchente encontra-se abaixo da cota da ETA, uma vez que na ocorrência de enchentes não aconteça uma paralisação das bombas.
Facilidade de acesso e transporte;
Custo do terreno e disponibilidade de área para futuras instalações;
Devem ser considerados os seguintes tipos de águas naturais para abastecimento público, no caso dessa estação a água é tipo C (águas superficiais provenientes de bacias não protegidas, com características básicas definidas na Tabela 1, e que exijam coagulação para enquadrar-se nos padrões de potabilidade). 
Tabela 1 - Classificação de águas naturais para abastecimento público
O projeto foi arquitetado visando sempre o menor custo e a máxima eficiência dos componentes. A ETA projetada contém as seguintes características:
Unidade de mistura rápida - Unidade de coagulação composta por um Medidor Parshall de 2’;
Unidade de mistura lenta - Unidade de floculação hidráulica composta por floculadores hidráulicos de escoamento vertical, contendo quatro canais em série e gradientes de velocidade escalonados segundo o Número de Camp; 
Unidade de Decantação - Composta por decantadores convencionais de fluxo horizontal;
Unidade de Filtração – Unidade de filtração composta por filtros rápidos de fluxo descendente de dupla camada (areia - antracito). Admitindo sempre a menor espessura da camada filtrante possível.
O sistema de lavagem será de água em contracorrente e o sistema de drenagem composto por blocos Leopold. Não foram disponibilizados dados referentes a ensaios de tratabilidade. Os parâmetros adotados no dimensionamento desta ETA seguem recomendações da ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas – (NBR 12216/1992). 
UNIDADE DE COAGULAÇÃO COMPOSTA POR UM MEDIDOR PARSHALL
Define-se pelo processo através do qual os coagulantes são adicionados à água, reduzindo as forças que tendem a manter separadas as partículas em suspensão. Os coagulantes são substâncias químicas utilizadas para neutralizar impurezas, fazendo com que estas formem coloides, material em suspensão. 
Esse processo baseia-se em desestabilizar as partículas suspensas carregadas negativamente, existente na água na forma de coloides. Acrescenta-se na água uma substância carregada positivamente, as partículas contendo suas forças repulsivas extinguidas, por meio do acréscimo do coagulante, as mesmas tendem a se acumular em um volume maior para posterior sedimentação. O coagulante empregado é o sulfato de alumínio [] extraído da bauxita, mineral abundante e de baixo custo, motivo pelo qual o material foi escolhido. Dispersão do coagulante tem que ser homogênea e rápida, sempre deixando o tempo de mistura muito curto e seu gradiente de velocidade (intensidade da agitação) ser elevado de uma forma que garanta, dentro do tempo da reação, que o coagulante tenha total dispersão na água.
O medidor tipo Parshall, ultimamente, é o tipo de medidor mais empregado nas aplicações onde é necessário a medições de vazões em canais abertos, tais como, na captação de águas de rios, no tratamento de água potável e esgotos, ou ainda no lançamento de água industrial tratada para os rios ou rede de esgoto e realizar mistura rápida do coagulante. As dimensões dos medidores Parshall são padronizadas, as dimensões são mostradas abaixo na tabela 2. A dimensão escolhida foi a de 2’.
Tabela 2 - Dimensões do Medidor Parshall (cm) e Vazão com escoamento livre (L/s).
No funcionamento da calha Parshall, a água é forçada por uma garganta moderadamente estreita, o nível da água à montante da garganta é o referente da vazão a ser medida, independendo do nível da água à jusante da garganta. O coagulante é lançado na água por meio de uma canaleta furada com vários orifícios e em seguida sucede a dispersão hidráulica no turbulento caminho para o regime de escoamento subcrítico. A vazão é apurada no trecho igual a 2/3 da garganta, veja a figura 1. 
Figura 1 – Esquema de uma calha Parshall Convencional
	
A câmara de mistura rápida deve ficar o mais próximo aceitável dos tanques de floculação. O ideal constituiria numa que a floculação seguisse imediatamente à mistura rápida. A norma frisa: “Após a mistura do coagulante, o tempo máximo de percurso da água até o floculador deve corresponder a 1 min, tempo este que pode ser aumentado até 3 min quando, entre a mistura e a floculação, existir um sistema de agitação capaz de conferir à água um gradiente de velocidade igual ou superior ao do início do floculador (70 s-1).”
UNIDADE DE FLOCULAÇÃO HIDRÁULICA DE ESCOAMENTO VERTICAL
Após da coagulação, a fase subsequente é a floculação, que são unidades empregadas para estimular a aglomeração de partículas constituídas na mistura rápida e nesta etapa, também ocorre produção efetiva de flocos. Tem como importância diminuir o número de partículas suspensas e coloidais existentes na massa líquida. 
O processo principia-se com as partículas desestabilizadas sendo induzidas a uma movimentação intensa com intuitoque as partículas sólidas em suspensão, em ampla quantidade, se choquem e se aglomerem. No decorrer que os flocos se aglutinam, as colisões reduzem, diferente do volume dos flocos tende a aumentar, dessa forma os mesmos não aguentam grandes agitações, sendo assim ocorre um diminuição progressiva da agitação até o final da unidade.
O tipo de unidade de floculação utilizada é a hidráulica, que acontece quando a agitação é aferida à massa líquida por meio das mudanças de direção do escoamento. O período de detenção no tanque, que é o tempo que a água escoando permanece no interior da unidade de floculação, e os gradientes de velocidade a serem utilizados necessitam ser definidos por meio de ensaios realizados com a água a ser tratada, não sendo possível resultar aos ensaios propostos a definir o período de detenção adequado, será adotado o valor de 20 a 30min e gradiente de velocidade máximo, no inicial compartimento, de 70 s-1 e, no mínimo, no último, de 10 s-1,
A oscilação é resultada através de chicanas ou outros dispositivos direcionais de fluxo que confiram à água movimento horizontal, vertical ou helicoidal. A intensidade de agitação sucede da resistência hidráulica ao escoamento e é calculada pela perda de carga. A velocidade da água no decorrer dos canais mantem-se entre 10 e 30 cm/s. O espaçamento mínimo entre chicanas deve ser de 0,60 m.
UNIDADE DE DECANTAÇÃO CONVENCIONAL DE FLUXO HORIZONTAL
Os decantadores são tanques onde a velocidade da água, após a floculação, sofre uma diminuição para permitir a sedimentação (uso das forças gravitacionais para separar partículas de densidade maior à da água, depositando-as em uma superfície ou zona de armazenamento) dos flocos. Por uma decantação turbulenta ou convencional, o escoamento se concretiza em regime turbulento, com números de Reynolds superior a 2.000.
Geralmente têm formato retangular ou circular, totalizam de 60 a 70% da área das unidades integrantes da ETA. O fundo tem declividade de acordo com a forma de remoção do lodo (manual ou hidráulica). Possuem dispositivos na entrada, previstos para melhor distribuição de água (evitando curtos-circuitos) e dispositivos na saída para evitar arraste de flocos.
Cortina de distribuição de água é a entrada da água nos decantadores, ela é feita por uma cortina perfurada que tenha o maior número possível de orifícios uniformemente espaçados, segundo a largura e altura útil do decantador, a distância entre os mesmos é igual ou inferior a 0,50 m. Contém orifícios de diâmetro D, espaçados entre si, eixo a eixo, de S, os jatos de água gerados por dois orifícios vizinhos encontrar-se-ão a uma distância x dessa cortina demonstrado na figura 2.
Figura 2 – Esquema de uma cortina de distribuição de água
UNIDADE DE FILTRAÇÃO RÁPIDA DE FLUXO DESCENDENTE DE CAMADA DUPLA (AREIA – ANTRACITO)
De 50 a 60% das impurezas ficam retidas no decantador, a água com o restante das impurezas, flocos mais leves e partículas não floculadas, sai dos decantadores e segue para o processo de filtragem, para retirada desse restante das impurezas. 
Filtros rápidos são unidades designadas a retirar partículas em suspensão, no fato de que a água a ser tratada ser submetida a processo de coagulação, seguido ou não de decantação, ou quando confirmado que as partículas capazes de gerar turbidez indesejada possam ser removidas pelo filtro, sem necessidade de coagulação. Existem dois tipos de filtração rápida, de camada simples (areia) e de camada dupla (areia e antracito), o utilizado nesta ETA, nesse tipo de filtração a água percorre a camada filtrante de cima para baixo, e do material mais fino para o material mais grosso. O sistema de lavagem será de água em contracorrente e o sistema de drenagem composto por blocos Leopold. A lavagem do filtro é feita em intervalos de 20 a 40 horas, dependendo das características da água que chega ao filtro e das condições de operação. Deve-se acomodar a camada-suporte e o meio filtrante, adiciona-se a função de difundir o mais uniformemente possível a água de lavagem. O fundo tipo Leopold incide em inserir sobre toda a laje de fundo um conjunto de blocos cerâmicos com dutos perfurados.
Figura 3 – Esquema de um filtro rápido convencional (de fluxo descendente).
O leito filtrante é formado por areia e antracito, a preferência da dupla camada se objetiva em alcançar uma maior eficiência na filtração, de modo que o antracito tem granulometria maior e densidade menor, conservando as impurezas maiores na parte superior do leito filtrante, aumentando a carreira de filtração. As características do leito filtrante encontram-se nas tabela 3 e 4.
Tabela 3 – Características dos materiais filtrantes
Tabela 4 – Composição das subcamadas de material filtrante.
FLOTAÇÃO
 Este sistema de tratamento envolve a combinação dos processos físico e químico, por meio dos quais origina a aglutinação dos sólidos totais presentes nas águas poluídas (floculação), a sua ascensão pela insuflação de ar na forma de microbolhas (flotação) e a remoção do lodo pela superfície da água.
O processo de flotação é o inverso da sedimentação, onde as partículas são capturadas pelas bolhas de ar, induzidas pelo borbulhamento de gás. Essas bolhas têm densidade menor que a da fase líquida e migram para superfície arrastando as partículas seletivamente aderidas. Devido à grande quantidade de bolhas originadas existe um aumento de contato entre bolhas e partículas, ocasionando uma separação eficiente. 
O processo de flotação em ETA’s permite que grandes quantidades de água possam ser tratadas em menos, ou mesmo tempo, que em estações convencionais. No tratamento por flotação, o lodo final gerado é removido com mais facilidade que em estruturas convencionais, possibilitando várias opções de destinação final. 
CORREÇÃO DE PH
A correção do pH é executada por meio de acréscimo de produtos químicos com intuito que a água não se torne demasiadamente ácida, caso aconteça ocorrerá corrosão de tubulações e equipamentos. Uma forma de ajuste do pH são dois tipos de produtos diferentes, Carbonato de Sódio (Barrilha) e Cal Hidratada, que alteram suas aplicações de acordo com as características da água a serem dosadas. A utilizada na ETA é a cal hidratada e, havendo disponibilidade local, pode ser utilizada a cal virgem.
DESINFECÇÃO
A desinfecção é a extinção ou inativação de organismos patogênicos capazes de provocar doenças ou outros organismos indesejáveis. Para efetuar a desinfecção de águas de abastecimento utiliza-se de um agente físico ou químico, o ozônio, e por isso o termo desinfecção é chamado de ozonização. O Ozônio é o mais forte desinfetante e oxidante indicado para o tratamento da água. Seu principal benefício é que não há desenvolvimento de subprodutos além de se auto decompor em oxigênio a sua desvantagem é a curta meia-vida e a baixa solubilidade na água.
Na determinação do método a ser empregado na desinfecção, deve ser adotado os seguintes procedimentos iniciais:
Exame da qualidade da água a desinfetar e sua variação;
Análise de eventuais problemas relativos a odor e sabor após a cloração; 
Estimativa da temperatura mínima da água;
Verificação de PH da água no ponto a ser aplicado o cloro;
Avaliação do tempo de contato que se precisa ou que se pode ter;
Verificação da demanda de cloro pela água, em diferentes ocasiões;
Seleção do método de cloração e realização e ensaios;
Fixação do residual de cloro a ser mantido;
 Previsão da dosagem máxima de cloro e calculo da quantidade;
Projeto do sistema de dispersão e mistura do cloro na água;
Estudo, especificações e dimensionamento dos aparelhos, equipamentos e instrumentos necessários, inclusive balança e material de segurança.
Determinação das reservas de cloro (estoques) a serem mantidas.
MEMORIAL DE CÁLCULO
INTRODUÇÃO
O memorial de cálculo, em linhas gerais, é a previsão feita pelos projetistas dos dimensionamentos da ETA a ser construída sempre visando diminuir os custos e facilitar a sua execução.Tem como objetivo orientar aos interessados, como se deu a construção da memória de cálculo, bem como facilitar a análise de especialistas. Como resultados indiretos são esperados: 
Um planejamento mais eficaz, aproximando o programado do realmente executado, 
Ampliação da transparência; 
Propiciar um entendimento fácil e simplificado da programação;
Facilitação da elaboração posterior da planilha gerencial financeira;
Nos anexos constam as planilhas do qual foi dimensionado toda a ETA, sempre seguindo as recomendações da ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas – (NBR 12216/1992).
DIMENSIONAMENTO DA CALHA PARSHALL
A Calha Parshall foi selecionada com base na vazão de projeto (800L/s), o valor indicado assegurou a existência de um ressalto hidráulico suficiente para se obter um gradiente de velocidade necessário para mistura rápida, o resultado atingindo foi de 946,27 s-1, estando dentre os valores estabelecidos pela NBR 12216 que é de 700 s-1 a 1100 s-1. O tempo de mistura foi de 0,60s, o que está de acordo a normal já que o valor máximo de 5s. Deste modo o medidor Parshall escolhido foi o de 2’ W 61cm.
A figura 6 apresenta a planta baixa e o corte do Medidor Parshall, bem como as principais dimensões.
Figura 6 – Planta baixa e corte do medidor Parshall
DIMENSIONAMENTO DO FLOCULADOR HIDRÁULICO VERTICAL
O floculador apoiou-se em um tempo de detenção hidráulica (t) igual há 28,83 minutos, consequentemente dentro do tempo exigido por norma, que é de 20 a 30 minutos, com intensão de minorar o volume, e, consequentemente a área solicitada. 
Trata-se de um floculador hidráulico de chicanas e escoamento vertical, fragmentou-se em 4 setores de mesmo comprimento, 9 metros e área superficial 92,24m², com 22 chicanas no primeiro canal, no segundo 21 chicanas, no terceiro 20 e no quarto 19 chicanas no canal, obtendo-se assim 82 chicanas de concreto liso, com espaçamentos crescentes a cada setor, o primeiro de 0,5m, o segundo 0,524m, o terceiro 0,55m e o quarto 0,579m, assegurando uma diminuição progressiva do gradiente hidráulico, para que não haja quebra dos flocos formados, se faz necessária essa redução. A utilização dos espaçamentos só é capaz de existir dispositivos que propiciam a retirada das chicanas para limpeza, uma vez que a norma frisa que as mesmas careceriam de ser maior ou igual a 60cm. A altura do floculador de 5,00m foi escolhido pelos projetistas, sendo a largura e o comprimento dimensionados. Os espaçamentos e a largura também foram avaliados para assegurar a velocidade entre as chicanas não excedesse a faixa de 0,10m/s a 0,30m/s. Com essas dimensões estabelecidas obtiveram-se os gradientes de 62,91s-1, 53,66s-1, 45,62s-1 e 37,92s-1. O fundo do floculador tem declividade de 1% para favorecer a lavagem da unidade, considerando que haja deposição de flocos no decorrer do tempo. 
Figura 7 – Floculador Hidráulico Vertical
DIMENSIONAMENTO DO DECANTADOR DE FLUXO HORIZONTAL
O dimensionamento do decantador inicia-se observando a capacidade da estação de tratamento, no caso sendo superior a 10000 m³/dia, deste modo foram aplicados três decantadores idênticos. Sem dados de laboratório, a velocidade de sedimentação para o cálculo das taxas é de 2,8cm/min (40m³/m².dia) e a velocidade longitudinal máxima é de 0,75cm/s. Uma das características do escoamento que sempre deve ser acatado na entrada do decantador é o gradiente de velocidade, sendo constantemente menor que o da saída do floculador e no máximo 20s-1. O dimensionamento iniciou-se a partir do valor adotado para taxa de escoamento superficial (q=40m³/m².dia) adotando o aconselhado pela NBR 12216 e acatando o tempo de detenção hidráulica igual 2,93h, que é igual a 10575s. A área total de cada decantador é 564 m². Admitindo-se a profundidade de 5m e a largura do decantador igual a 11m, o comprimento será de 33m (arredondando para simplificar a execução). Os decantadores empregados terão 6 calhas cada um, espaçadas em 1,83m para a destinação final da água decantada, estas calhas terão 6,6m de comprimento e terão vazão linear de 3,6L/s/m. O gradiente de velocidade da cortina de destruição de água deu 18,35s-1, dentro da norma que é informa que a máxima é de 20s-1. 
Figura 8 – Decantador de fluxo horizontal
Figura 9 – Cortina de distribuição de água
DIMENSIONAMENTO FILTRAÇÃO RÁPIDA DE FLUXO DESCENDENTE
O projeto arquiteta filtros rápidos de fluxo descendente com taxa de filtração acatada de 290m3/m2.dia, dentro dos valores estabelecidos pela NBR, máxima 360m³/m²dia, o valor adotado foi escolhido para o corpo d’água vai passar mais tempo no filtro, dessa forma tendo uma melhor eficiência no tratamento da água. Os filtros foram traçados para atuarem à uma taxa de filtração permanente e perda de carga alterável em virtude da simplicidade, praticidade e qualidade aceitável da água filtrada. Para a vazão exigida igual a 0,8 m³/s e a taxa de filtração aceita, foram adotados oito filtros integrando a unidade. Portanto, cada filtro ocupa uma área de 29,79m2, sendo suas dimensões 4,125m de largura por 9,53m de comprimento.
A camada suporte é composta por seixos rolados com coeficiente de esfericidade igual a 0,98 e a porosidade igual a 0,38. A camada possui 35cm de espessura e diâmetro equivalente igual a 55mm.
A lavagem dos filtros será de ar seguido de água em contracorrente. A água de lavagem terá que ser introduzida com velocidade ascensional de superior a 0,80m/min. Essa água será coletada por quatro calhas com largura de 1m, o que conferiu uma altura do nível de água de 0,4m considerando uma folga, espaçamento de 2,38 m entre elas e a 1m do leito. O volume de água para lavagem de filtro é de 238,35m³, o suficiente para lavagem de 2 filtros simultaneamente por 10 minutos.
Figura 10 – Filtro rápido de fluxo descendente 
REFERÊNCIAS
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Projeto de estação de tratamento de água para abastecimento público. NBR 12216. Rio de Janeiro, 1992. 18p.
FILHO, Carlos Fernandes de Medeiros. Abastecimento de água. Editora UFCG.
SAAE – SERVIÇO AUTÔNOMO DE ÁGUA E ESGOTO. Sistemas de tratamento de água. Aracruz, 2006.
ANEXOS