Aula 7.1 Tratamento de Água para abastecimento. Rev. 01

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Tratamento de água para abastecimento
Saneamento Básico
Professora: Iara Almeida
Conceitos principais
Tratamento de água é o conjunto de processos e operações unitárias que consistem em melhorar suas características organolépticas, físicas, químicas e bacteriológicas, a fim de que se torne adequada a determinado tipo de consumo.
No caso do abastecimento de populações, o tratamento deve tornar a água potável: aquela que pode ser consumida sem riscos à saúde humana e sem causar rejeição ao consumo por questões organolépticas. 
Nas Estações de Tratamento de Água (ETAs), deve-se buscar alternativas técnicas que possibilitem, no mínimo, a produção de água que atenda ao especificado nos padrões de potabilidade .
A água tratada deve atender às exigências determinadas ao uso a que se destina.
Roteiro para projeto de uma ETA
Gradeamento: Tratamento Preliminar
Processo que retira corpos de maiores dimensões presentes na massa líquida através da passagem da água por uma seção dotada de grade. 
As grades, formadas por barras dispostas verticalmente (solução mais comum), são instaladas em aberturas ou canais por onde a água deverá passar. 
Limpeza: a grade poderá ter sistema de limpeza manual ou mecanizada. 
A operação de gradeamento deve ser realizada junto à captação de água. 
No gradeamento mecanizado, o material é coletado por rastelos e é elevado por correntes até ser descarregado em caixa de coleta, caçamba ou equipamento transportador.
Decantação simples (Desarenação):
Tratamento Preliminar
A água tem grande poder de dissolver e de carrear substâncias. Esse poder aumenta ou diminui com a velocidade da água em movimento. Quanto menor a velocidade de escoamento da água, menor será seu poder de carreamento. As substâncias mais grosseiras sedimentáveis e partículas mais pesadas tendem a se depositarem no fundo do canal. 
O material sólido ao se depositar arrasta consigo microrganismos presentes na água, melhorando sua qualidade. 
Decantação simples (Desarenação): Tratamento Preliminar
Coagulação: Tratamento Primário
Coagulação é a desestabilização das partículas coloidais por meios químicos acompanhada da formação de compostos com alto poder de adsorção. 
É um processo muito rápido, que acontece nos segundos seguintes à aplicação do reagente coagulante à água. Faz-se necessária, então, intensa mistura no ponto de aplicação do produto químico para que se obtenha uma distribuição uniforme do coagulante e a exposição das partículas coloidais ao agente coagulante antes que as reações de coagulação se tenham completado. Para a coagulação, portanto, é requerida uma mistura rápida. 
O emprego da coagulação química promove redução de turbidez, colóides, bactérias, cor, ferro, ferro e manganês oxidados e alguma dureza. 
Os coagulantes mais empregados são sulfato de alumínio e sais de ferro. Os custos para a utilização dos sais de alumínio são inferiores, mas os sais de ferro têm a vantagem de serem aplicados em uma faixa de pH mais larga. 
A coagulação é indispensável em ETAs que utilizam sistema de filtração do tipo filtração rápida. 
Coagulação: Tratamento Primário
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. 
Qualquer dispositivo capaz de provocar intensa agitação, isto é, turbulência na água, mecanizado ou não, pode ser utilizado para a mistura rápida, como bombas, ressaltos hidráulicos, agitadores mecânicos, vertedores etc. 
Instalações que envolvem o tratamento químico exigem bons operadores e bem treinados. A preparação e aplicação de reagentes químicos, com a otimização de dosagens, requerem habilidade e dedicação. 
O lançamento do coagulante ocorre em condições adequadas de pH e na dosagem determinada em laboratório. Geralmente usa-se o lançamento de solução aquosa de cal para regular esse pH, considerando-se também que o coagulante reduz o pH e que fora da faixa determinada ele perde eficiência. 
Coagulação: Tratamento Primário
Dosagem de pH e coagulantes por JAR TEST
O ensaio dos jarros se constitui no meio mais prático, e por isto mundialmente utilizado, para a determinação das condições ideais para a obtenção de boas coagulação e floculação. 
O ensaio se divide em duas etapas. Na primeira determina-se o pH em que se verificam coagulação e floculação mais perfeitas. Na segunda fase do ensaio constata-se qual a dosagem ideal de coagulante. 
Para a determinação do pH ótimo fixam-se diferentes valores de pH nos jarros que contêm amostras, adicionando-lhes ácidos ou hidróxidos. Aplicam-se, então, dosagens iguais de coagulante nos jarros. O jarro que apresentar melhor floculação corresponderá ao pH ótimo. 
Na verificação da dosagem econômica de coagulante, fixa-se o pH ótimo em todos os jarros e aplicam-se dosagens diferentes de coagulantes aos mesmos. A dosagem econômica será a aplicada ao jarro que, apresentando boa floculação, tenha recebido menos coagulante. 
Dosagem de pH e coagulantes por JAR TEST
Floculação: Tratamento Primário
Floculação é a reunião das partículas coaguladas em flocos (peso específico maior que o da água), que aderem as impurezas. 
Para que isto se verifique é necessário que as partículas se choquem entre si, o que só ocorrerá se elas possuírem velocidades diferentes, ou seja, se houver turbulência na água. 
Os choques não devem ser muito violentos (pois o objetivo é juntar as partículas) e ocorrerão aleatoriamente. Assim, necessita-se de agitação (que gera turbulência), porém agitação muito menos intensa que na coagulação e com duração muito maior, para que todos os choques de partículas necessários possam acontecer. 
Os gradientes de velocidade na floculação não podem ser excessivamente elevados, pois, neste caso, seriam rompidos os flocos já formados. É interessante que se faça o gradiente de velocidade decrescer ao longo da floculação, de vez que, com o aumento da quantidade de material já floculado, diminui a energia demandada para a complementação do processo. 
Floculação: Tratamento Primário
Com agitação mecânica, os floculadores tipo paletas - de eixo horizontal ou vertical - são os mais correntemente utilizados. 
Fatores que influenciam na boa floculação: 
pH (concentração hidrogeniônica da água). 
Tempo de mistura. 
Temperatura. 
Agitação. 
Decantação: Tratamento Primário
A decantação se constitui num dos processos de purificação da água mais utilizados. 
O decantador é um tanque com pontos de descarga.
Os flocos formados se afundam, separando-se da água. Deposição de matéria em suspensão, pela ação da gravidade. 
A decantação com adição de produtos químicos (seguinte à coagulação e à floculação) é utilizada para remover sólidos sedimentáveis que tiveram sua capacidade de sedimentação aumentada pela adição de produtos químicos. 
Decantação: Tratamento Primário
Os tanques de sedimentação são didaticamente divididos em quatro zonas: 
Zona de turbilhonamento: situada na entrada da água, observa-se nesta zona uma certa agitação onde a localização das partículas é variável.
Zona de decantação: não há agitação e as partículas avançam e descem lentamente.
Zona de ascensão: Os flocos que não alcançam a zona de repouso seguem o movimento da água e aumentam a velocidade.
Zona de repouso: É onde se acumula o lodo. Esta zona não sofre influencia da corrente de água do decantador em condições normais de operação.
Decantação: Tratamento Primário
Filtração: Tratamento Terciário
A filtração é um processo físico-químico-biológico em que a água atravessa um leito filtrante, de modo que partículas em suspensão sejam retidas produzindo um efluente mais limpo. 
Retémos flocos que não afundaram no decantador.
Filtração: Tratamento Terciário
Limpeza do filtro
Ao longo de sua operação, o filtro acumula impurezas entre os interstícios do leito filtrante, aumentando progressivamente a perda de carga e redução na sua capacidade de filtração. 
Os filtros rápidos são lavados contracorrente com velocidade e vazão suficientes para criar turbulência a fim de promover o desprendimento das impurezas retidas grãos do leito filtrante.
Neste processo ocorre a expansão do leito filtrante e o transporte da sujeira antes retida pela água de lavagem. A água efluente deve ter um destino adequado. 
Desinfecção: Tratamento Terciário
Visa à eliminação de organismos patogênicos que possam estar presentes na água: bactérias, protozoários e vírus. 
Mecanismos de ação dos agentes desinfetantes: 
Destruição da estrutura celular dos organismos; 
Interferência no metabolismo (inativação de enzimas); 
Interferência no crescimento, síntese de proteínas, ácidos nucleicos.
A desinfecção da água pode ser realizada por meio de processos, físicos, químicos ou da combinação entre eles. 
Os processos físicos consistem na aplicação direta de energia sob a forma de calor ou luz (ultravioleta ou gama). 
Desinfecção: Tratamento Terciário
O mais antigo processo de desinfecção consiste na fervura da água, assegurando a inativação da totalidade dos microrganismos após um tempo de ebulição. 
Os processos químicos consistem na exposição da água a ação de diversos produtos, durante um intervalo de tempo suficiente e em concentrações adequadas, visando a inativação dos microrganismos , usualmente por meio de oxidação. 
Os desinfetantes mais frequentemente utilizados no tratamento de água, em ordem decrescente de emprego, são: Cloro, Ozônio e Radiações Ultra violeta.
Em sistemas públicos de abastecimento de água, é importante manter um residual do desinfetante na água fornecida à população: prevenção contra possível contaminação na rede de distribuição. 
 
Desinfecção por cloração
O cloro possui poder oxidante e interage com a parede celular bacteriana, desestruturando-a e levando a uma exposição da membrana celular. 
Posteriormente, sucede a extrusão de constituintes vitais da célula (DNA, RNA, proteínas, entre outros), o que acarreta alterações nos processos bioquímicos associados à membrana celular, destruição dos componentes intracelulares e consequente morte celular. 
Uso comercial: Cl2 (líquido ou gasoso), hipoclorito de sódio (líquido), hipoclorito de cálcio (sólido). 
O cloro é o desinfetante mais usado no tratamento de águas devido ao seu baixo custo e por permitir um residual do produto na rede de abastecimento. 
Pode levar à formação de trialometanos (THM) nas águas de abastecimento. 
THM: reações do Cl com substâncias orgânicas 
THM: Organoclorados potencialmente cancerígenos 
Desinfecção por ozonização
O ozônio (O3) é um forte oxidante, capaz de oxidar compostos orgânicos e inorgânicos na água. 
O mecanismo bioquímico da desinfecção pelo ozônio está relacionado à desestabilização da membrana celular, incluindo a estrutura de proteínas nela inseridas. 
A membrana perde sua função seletiva e de suporte para enzimas essenciais ao metabolismo celular. 
O ozônio pode também difundir-se para o interior da célula e oxidar a matéria orgânica existente, interferindo em sua atividade ou mesmo destruindo diversos componentes celulares. 
Desinfecção por radiação ultravioleta
Na desinfecção por raios ultravioleta, o DNA e o RNA absorvem a luz ultravioleta nos comprimentos de onda 200-260nm. 
Essa absorção promove a formação de dímeros (moléculas compostas por duas unidades similares) que conduzem a uma deficiência na produção de proteínas e na sua replicação, impossibilitando a reprodução celular. 
Desinfecção por radiação ultravioleta
Fluoretação: Tratamento Terciário
Adição de flúor à água de abastecimento a fim de agir preventivamente contra a decomposição do esmalte dos dentes.
 
Formas de adição do flúor à água: Ácido fluorsilícico, fluorsilicato de sódio, fluoreto de sódio ou fluoreto de cálcio. 
O excesso de flúor pode ser prejudicial para a saúde: Em doses muito altas, os dentes podem ficar manchados ou até quebradiços. 
Correção de pH: Tratamento Terciário
Após todas as etapas de tratamento, a água distribuída à população deve atender ao padrão de potabilidade vigente e, além disso, não se apresentar corrosiva ou incrustante. 
Possibilidade de danos às tubulações de distribuição 
Corrosão: associada à baixos valores de pH 
Incrustação: associada à baixos elevados de pH 
A água distribuída deve ser quimicamente estável 
Produtos utilizados para correção de pH: 
Cal 
Carbonato de cálcio 
Carbonato de sódio (barrilha) 
Hidróxido de sódio (soda cáustica) 
Gás carbônico 
Ácido clorídrico 
Ácido sulfúrico 
Controle de operação da ETA
O controle dos produtos aplicados na água é feito a cada hora pelos técnicos e operadores da estação de tratamento, através de analises físico-químicas e aparelhos onde se verifica a concentração dos produtos dosados. Aproximadamente duas vezes por semana um coletor colhe amostras de vários pontos da cidade onde são encaminhadas para outro laboratório mais especializado, onde confere os resultados já analisados na ETA e faz analises bacteriológicas.
Etapas de Tratamento da Água (Convencional)
Etapas de Tratamento da Água (Convencional)
Esquema ETA
	
Vídeo 1 – Esquema ETA
Considerações finais
	Uma condição essencial para que o tratamento de uma determinada água seja feito com sucesso, é um conhecimento, de sua qualidade, a partir de parâmetros, para escolha da tecnologia de tratamento a ser empregada, como no dimensionamento das diversas unidades constituintes, e também para o estabelecimento e execução dos processos de operação e controle das instalações implantadas.
	Da mesma forma, tal levantamento não pode se restringir às análises e exames de laboratório, devendo incluir um estudo sobre as características gerais do manancial . Embora ainda sejam objetos de alguma controvérsia, há que se considerar a possibilidade do emprego de bioensaios como uma das maneiras de se avaliar e controlar a qualidade de águas, para abastecimento.
Livro para referência:
CARLOS A. RICHTER. Água: Métodos e Tecnologia de Tratamento. Editora Blucher. São Paulo, 2009.
Obrigada!