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Prof. Ma. Lorena Soares Universidade Paulista – UNIP Engenharia Civil Química Aplicada 4/5 período Visão geral do sistema de saneamento ETA Adutora de água bruta (AAB) Adutora de água tratada (AAT) Reservatório (R) CAPTAÇÃO (C) MANANCIAL (M) ETE Emissário Canal do efluente C u rs o d ’á g u a Coleta de Lixo (seletiva) Transporte de Lixo Aterro sanitário Chorume Incinerador Autoclave POÇO Resíduo da saúde Reciclagem Cloração e fluoretação coleta de esgoto Rede de distribuição (RD) Drenagem Urbana Dissipadores Elevatória (EEAB) OBJETIVO DO TRATAMENTO DE ÁGUA Reduzir os riscos agudos de saúde, sempre de natureza biológica, e depois os riscos crônicos, usualmente de origem física e química Nível sócio-econômico (capacitação institucional) (Baixo) (Alto) (B ás ic o) (A va nç ad o) O bj et iv os e p rio rid ad es d o tra ta m en to d e ág ua Bactéria, vírus e protozoários Sólidos, sabor e odor Dureza Químicos e tóxicos Compostos orgânicos Nível sócio-econômico (capacitação institucional) (Baixo) (Alto) (B ás ic o) (A va nç ad o) O bj et iv os e p rio rid ad es d o tra ta m en to d e ág ua Bactéria, vírus e protozoários Sólidos, sabor e odor Dureza Químicos e tóxicos Compostos orgânicos TECNOLOGIAS DE TRATAMENTO DE ÁGUA O tipo de tratamento a ser aplicado na água depende das características físico-químicas e bacteriológicas dessa água remoção de ferro e manganês, abrandamento, troca iônica, adsorção e oxidação química simples desinfecção --------------------- tratamento avançado TECNOLOGIAS DE TRATAMENTO DE ÁGUA ÁÁÁggguuuaaa BBBrrruuutttaaa Pré-Tratamento Coagulação Filtração Descendente Filtração Ascendente Floculação Floculação Decantação Filtração Descendente FFFIIILLLTTTRRRAAAÇÇÇÃÃÃOOO DDDIIIRRREEETTTAAA AAASSSCCCEEENNNDDDEEENNNTTTEEE FFFIIILLLTTTRRRAAAÇÇÇÃÃÃOOO DDDIIIRRREEETTTAAA DDDEEESSSCCCEEENNNDDDEEENNNTTTEEE TTTRRRAAATTTAAAMMMEEENNNTTTOOO CCCOOOMMMPPPLLLEEETTTOOO Coagulação Coagulação Pré- Tratamento Filtração Lenta FFFIIILLLTTTRRRAAAÇÇÇÃÃÃOOO EEEMMM MMMÚÚÚLLLTTTIIIPPPLLLAAASSS EEETTTAAAPPPAAASSS (((FFFiiiMMMEEE))) Desinfecção, Fluoração, Correção de pH Coagulação Filtração Ascendente Filtração Descendente DDDUUUPPPLLLAAA FFFIIILLLTTTRRRAAAÇÇÇÃÃÃOOO Desinfecção, Fluoração, Correção de pH Desinfecção, Fluoração, Correção de pH Desinfecção, Fluoração, Correção de pH Desinfecção, Fluoração, Correção de pH Desinfecção, Fluoração, Correção de pH FFFLLLOOOTTTOOO--- FFFIIILLLTTTRRRAAAÇÇÇÃÃÃOOO Coagulação Floculação Flotação Filtração Descendente FiME Dupla Filtração Filtração Direta Ascendente Filtração Direta Descendente Floto Filtração Ciclo Completo Manancial Coagulação Floculação Filtração Desinfecção Fluoretação Correção de pH Água Final Polímero Agente oxidante Alcalinizante Sedimentação Tratamento de água CONCEPÇÃO DE SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA Coagulação Floculação Sedimentação Filtração Desinfecção Cloro Líquido ou Gasoso; Hipoclorito de sódio; Hipoclorito de cálcio; Dióxido de cloro; Ácido peracético; Ozônio Fluoretação Ácido fluossilícico; Fluossilicato de sódio; Fluoreto de sódio; Fluoreto de cálcio. Portaria nº 2.914, de 12 de dezembro de 2011 Dispõe sobre os procedimentos de controle e de vigilância da qualidade da água para consumo humano e seu padrão de potabilidade. Padrão de potabilidade: conjunto de valores permitidos como parâmetro da qualidade da água para consumo humano Características físicas e químicas da água É uma medida dos sólidos em suspensão na água Turbidez partículas em estado coloidal (argilas) partículas em suspensão (silte) matéria orgânica e inorgânica finamente dividida plâncton e outros organismos microscópicos ausência da maior parte dos microrganismos patogênicos valores < 0,5 UT representa o grau de interferência com a passagem da luz através da água, conferindo uma aparência turba à mesma Turbidez Origem antropogênica: - Despejos domésticos; - Despejos industriais; - Erosão. Origem natural: - partículas de rocha, argila e silte; -Algas e outros microrganismos. Turbidez Em corpos d‘água pode reduzir a penetração da luz, prejudicando a fotossíntese. De origem antropogênica podem estar associadas a compostos tóxicos e organismos patogênicos. Importância De origem natural não traz inconvenientes sanitários diretos. Esteticamente desagradável. Podem servir de abrigos para microrganismos. Turbidez Controle da operação das ETAs Caracterização de águas de abastecimento brutas e tratadas Utilização mais frequente Responsável pela coloração da água Cor Origem antropogênica: - Esgotos domésticos; - Resíduos industriais (tinturarias, tecelagem, produção de papel, etc Origem natural: - Decomposição da matéria orgânica; - ferro e manganês. Cor substâncias dissolvidas natureza orgânica degradação de plantas e animais ácidos húmicos, ácidos fúlvicos, ácidos himatomelânicos e humina substâncias húmicas Cor De origem industrial podem ou não apresentar toxicidade. Importância De origem natural não traz risco direto à saúde. Cloração de água com cor podem gerar sub- produtos potencialmente cancerígenos. Cor Caracterização de águas de abastecimento brutas e tratadas Utilização mais frequente Cor cor verdadeira cor aparente material em solução matéria em suspensão centrifugação a 3.000 rpm durante 30 minutos sobrenadante cor verdadeira cor aparente amostra natural interferência de partículas coloidais e suspensas, além de microrganismos Cor + Cloro = trihalometanos-THM Filtrar em papel de filtro 0,45 mm Filtrado Medição da intensidade de calor Temperatura Origem antropogênica: -Águas de torres de resfriamento; - Despejos industriais. Origem natural: - transferência de calor por radiação e condução (Atmosfera e solo) Utilização mais frequente: - Caracterização dos corpos d’água - caracterização de águas residuárias brutas. Temperatura Elevações de temperatura: - aumentam a taxa das reações químicas e biológicas; - diminuem a solubilidade dos gases (ex.: OD); - aumentam a taxa de transferência de gases (o que pode gerar mau cheiro) estão ligados a um padrão secundário ou estético STD - época do ano - condições geológicas locais - clima - lançamentos de resíduos Envolvem sais inorgânicos e pequenas quantidades de matéria orgânica STD não são medida de potabilidade Principais sais são: cálcio, magnésio, potássio, carbonato, cloreto, sulfeto e nitrato. • Sólidos em Suspensão: • Corresponde à carga sólida em suspensão e que pode ser separada por simples filtração ou mesmo decantação; • Controle de unidades de separação de sólidos(decantadores, filtros, flotadores), eficiências de processos de tratamento de efluentes. pH Potencial hidrogeniônico. Representa a concentração de íons hidrogênio H+, dando uma indicação sobre a condição de acidez, neutralidade ou alcalinidade da água. Origem antropogênica: - Despejos industriais (ex.: lavagem ácida de tanque) - Despejos domésticos (oxidação da matéria orgânica) Origem natural: - dissolução de rochas; - absorção de gases da atmosfera; - oxidação da matéria orgânica; - fotossíntese O pH influencia as reações do coagulante com a água bruta Sulfato de Alumínio Sulfato Férrico pH C o a g u la n te ( m g L -1 ) pH Indica grau de acidez ou alcalinidade reflete as características do solo ou do subsolo calcário predominante - águas possuem alta alcalinidade e dureza e pH alto calcário não presente - as águas possuem baixa alcalinidade, geralmente moles, e baixo pH Muitas ETAs não ajustam o pH de coagulação exceto se alcalinidade adicional é necessária para a reação proceder usualmente determinada em laboratório, Jar Test Dosagem do coagulante custo final poderá ser o mesmo Ajustar pH com ácido ou base requer mais equipamentos e atenção do operador ao processo durante tratamento, o pH é reduzido reação entre o coagulante e a alcalinidade da água bruta evitar corrosão no sistema de distribuição pH deve ser corrigido (6 – 9,5) eficiência da cloração pH pH é alto desinfecção não é eficiente o cloro é exalado pH deve ser medido rotineiramente água bruta, água sedimentada, água filtrada e água tratada sistema de distribuição O cloro deve portanto ser aplicado antes da correção final do pH (pH < 8,0) Geral: - pH < 7: condição ácida - pH = 7: neutralidade - pH > 7,0: condição básicas Em termos de tratamento e abastecimento de água: - Diferentes valores de pH estão associados a diferentes faixas de atuação ótima de cagulantes; - pode ocorrer necessidade de correção de pH antes e/ou depois da adição de produtos químicos. Em termos de tratamento de águas residuárias: - Valores de pH afastados da neutralidade tendem a afetar as taxas de crescimento dos microrganismos. Em termos de corpos d’ água: - Valores elevados de pH podem estar associados à proliferação de algas pH - Interpretação de resultados Alcalinidade adicionada (cal) Importante p/ coagulação natural proveniente de rochas alcalinas na bacia hidrográfica suficiente para reagir com 25 mg L-1 de alumínio alcalinidade de 12,5 mg L-1 de CaCO3 Quantidade de íons na água que reagirão para neutralizar os íons presentes. Principais constituintes: - bicarbonatos; - carbonatos e - hidróxidos muito alta, processo de abrandamento necessário alcalinidade monitorada durante o processo de tratamento considerada em projetos de ETAs muito baixa, providências devem ser tomadas a fim de aumentá-la Em termos de tratamento e abastecimento de água: - pH > 9,4: hidróxidos e carbonatos; - pH entre 8,3 e 9,4: carbonatos e bicarbonatos; - pH entre 4,4 e 8,3: apenas bicarbonato Em termos de tratamento de águas residuárias: - processos oxidativos (como nitrificação) tendem a consumir alcalinidade, a qual pode afetar a taxa de crescimento dos microrganismos responsáveis pela oxidação. Alcalinidade - Interpretação de resultados Dureza mais comuns Ca+2 e Mg+2 cátions bivalentes de metais associados com HCO3; SO4 2-, Cl-1, NO3 - e SiO3 - forma depósito no sistema de distribuição obstruindo-o razões para a remoção aumenta a quantidade de sabão necessária para lavagens, aumento dos custos produz incrustações nos sistemas com temperatura elevada, ex. Aquecedores dureza total 50 mg/L CaCO3 50 < D 150 mg/L CaCO3 150 < D 300 mg/L CaCO3 dureza total > 300 mg/L CaCO3 Águas brandas Águas moderadas Águas duras Águas muito duras remoção da dureza devido a carbonatos Cal é adicionada até que o pH esteja entre 9,3 e 10 precipitação do cálcio como CaCO3 pH poderá ser aumentado mais ainda ( 10,5) precipitação do magnésio como Mg(OH)2 Dureza - Interpretação de resultados podendo ser um problema para aqueles que limitam a ingestão de sódio Em sistemas que não se deseja ter dureza a carbonatos soda (Na2CO3) ou soda cáustica (NaOH) usadas como alcalinizante pode aumentar a concentração de sódio na água potável Depois da remoção da dureza CO2 deve ser aplicado para reduzir o pH pH apresenta valor muito alto Características Parâmetro Águas para abastecimento Águas residuárias Corpos receptores Água superficial Água subterrânea bruta tratada Rio Lago Bruta tratada Bruta tratada Parâmetros físicos Cor X X X X X X Turbidez X X X X X X Sabor e odor X X X X Temperatura X X X X X Parâmetros químicos pH X X X X X X X X Alcalinidade X X X Dureza X X Ferro e manganês X X X X Cloretos X X Nitrogênio X X X X X X X X Fósforo X X X OD X X X Matéria orgânica X X X Parâmetros biológicos Organismos indicadores X X X X X X X Algas X X Principais parâmetros a serem investigados numa análise de água Fonte: VON SPERLING, M. (1996) O ciclo da água Fonte: Tibúrcio; Coimbra (2002) O Ciclo da água Esgotamento de água potável Contaminação Esgotos Desperdícios Irrigação sistema de gotejamento Água do mar Dessalinização é um processo físico-químico de retirada de sais da água, tornando-a doce, ou potável. Esgotamento de água potável Osmose inversa: Também conhecida como Osmose Reversa, ocorre quando se exerce forte pressão em uma solução salina. A água atravessa uma membrana semipermeável, dotada de poros microscópicos, responsáveis por reter os sais, os microorganismos e outras impurezas. Desta forma, o líquido puro se “descola” da solução salgada, ficando separado em outro local. As estações de dessalinização atuais utilizam tecnologia de ponta, com membranas osmóticas sintéticas. Esgotamento de água potável Destilação Multiestágios: Neste processo, utiliza-se vapor em alta temperatura para fazer com que a água do mar entre em ebulição. A nomenclatura “multiestágios” se justifica por conta da passagem da água por diversas células de ebulição- condensação, garantindo um elevado grau de pureza. Neste processo, a própria água do mar é usada como condensador da água que é evaporada. Esgotamento de água potável Dessalinização Térmica: É um dos processos mais antigos, imitando a circulação natural da água. O modo mais simples, a "destilação solar", é utilizada em lugares quentes, com a construção de grandes tanques cobertos com vidro ou outro material transparente. A luz solar atravessa o vidro, a água do líquido bruto evapora, os vapores se condensam na parte interna do vidro, transformando-se novamente em água líquida, que escorre para um sistema de recolhimento. Dessa forma, separa-se a água de todos os sais e impurezas. Em lugares frios ou com carência de espaço, esse processo pode ser feito gerando-se calor através de energia. A melhor solução, neste caso, é a utilização de energia solar, que é mais barata, não consome recursos como petróleo e carvão e não agride o meio ambiente. Esgotamentode água potável Congelamento: É um processo que ainda exige estudos de viabilidade e novas tecnologias. Nele, a água do mar ou salobra é congelada. Quando a congelamos, produzimos gelo puro, sem sal. Então através do congelamento/descongelamento obtêm-se água doce. Esse método não foi testado em larga escala, porém, existem propostas para a exploração das calotas polares (onde está boa parte da água doce do planeta) para obtenção de água pura. Mas isso é demasiadamente caro e só seria utilizado como última opção. Padrões de qualidade da água Resolução nº 20 do CONAMA Estabelece a classificação das águas, doces, salobras e salinas do Território Nacional Padrões de qualidade da água Goiás: LEI Nº 8544, DE 17 DE OUTUBRO DE 1978: Dispõe sobre o controle da poluição do meio ambiente. DECRETO N.º 1.745, de 06 de dezembro de 1979: Aprova o Regulamento da Lei n.º 8.544, de 17 de outubro de 1978, que dispõe sobre a prevenção e o controle da poluição do meio ambiente. Secretaria do Meio Ambiente e dos Recursos Hídricos Padrões de qualidade da água Art. 11 - Nas águas de classe 2 não poderão ser lançados efluentes, mesmo tratados, que prejudiquem sua qualidade pela alteração dos seguintes parâmetros ou valores; I - virtualmente ausentes: a) materiais flutuantes, inclusive espumas não naturais; b) substâncias solúveis em hexano; c) substâncias que comuniquem gosto ou odor; d) substâncias potencialmente prejudiciais, até os limites máximos abaixo relacionados: 1. Amônia - 0,5mg/l de N (cinco décimos de miligrama de Nitrogênio por litro); 2. Arsênico - 0,05mg/l (cinco centésimos de miligrama por litro); 3. Bário - 1,00mg/l (um miligrama por litro); 4. Boro - 1,00mg/l (um miligrama por litro); 5. Cádmio - 0,01mg/l (cinco centésimos de miligrama por litro); 6. Cromo (total) - 0,05mg/l (cinco centésimos de miligrama por litro); [...] Padrões de qualidade da água Portaria 2914/2011 do Ministério da Saúde Dispõe sobre os procedimentos de controle e de vigilância da qualidade da água para consumo humano e seu padrão de potabilidade. Resolução CONAMA 430/2011 Dispõe sobre as condições e padrões de lançamento de efluentes, complementa e altera a Resolução nª 357, de 17 de março de 2005, do Conselho Nacional do Meio Ambiente-CONAMA. Poluição das águas Lei 6938/81: dispõe sobre a Política Nacional de Meio Ambiente Adição de substâncias ou de formas de energia que, direta ou indiretamente, alterem a natureza do corpo d’água de uma maneira tal que prejudique os legítimos usos que dele são feitos Poluição das águas Matéria Orgânica Consumida lentamente consumo de oxigênio dissolvido no meio Organismos patogênicos Doenças Amebíase, Giardíase, Disenteria, Febre tifóide, Teníase, Cólera, Gastroenterite, etc. Nutrientes em excesso Dejetos humanos e de animais, fertilizantes e decomposição da matéria orgânica. Eutroficação: processo no qual um corpo de água é enriquecido pela adição de nutrientes extras, estimulando o crescimento de algas. Nitrogênio e Fósforo Poluição das águas Materiais em suspensão: Diminuição da penetração da luz fotossíntese Radioatividade Com base na ocorrência em águas de abastecimento, os isótopos que merecem atenção especial são o rádio 226 e 228, o urânio 238 e 232, o chumbo 210 e o polônio 210 Principais problemas: efeitos teratogênicos (dano ao embrião ou feto), mutagênicos e somáticos, incluindo carcinogênese Defensivos agrícolas e fertilizantes Herbicidas (controle de ervas daninhas), fungicidas, inseticidas e nematócitos (controle de nematódeos parasitas). Poluição das águas Metais Excesso ou a falta pode levar a moléstias no homem e nos animais Bócio deficiência em iodo; Fluorose esqueletal e dentária excesso de flúor; Lei determina a concentração máxima permitida nos efluentes acumulação dos mesmos no meio aquático potencializa o dano mesmo para os microrganismos não sensíveis, interferindo em toda cadeia alimentar. Principais usos da água Uso geral Uso específico Qualidade requerida Abastecimento de água doméstico - - Isenta de substâncias químicas prejudiciais à saúde - Isenta de organismos prejudiciais à saúde - Adequada para serviços domésticos - Baixa agressividade e dureza - Esteticamente agradável (baixa turbidez, cor, sabor e odor, ausência de macrorganismos) A b as te ci m en to In d u st ri al Água é incorporada ao produto - - Isenta de substâncias químicas prejudiciais à saúde - Isenta de organismos prejudiciais à saúde - Esteticamente agradável (baixa turbidez, cor, sabor e odor) Água entra em contato com o produto - Variável com o produto Água não entra em contato com o produto - Baixa dureza - Baixa agressividade Ir ri g aç ão Hortaliças, produtos ingeridos crus ou com casca - Isenta de substâncias químicas prejudiciais à saúde - Isenta de organismos prejudiciais à saúde - Salinidade não excessiva Demais plantações - Isenta de substâncias químicas prejudiciais ao solo e às plantações - Salinidade não excessiva Dessedentação de animais - - Isenta de substâncias químicas prejudiciais à saúde dos animais - Isenta de organismos prejudiciais à saúde dos animais Principais usos da água Uso geral Uso específico Qualidade requerida Preservação da flora e fauna - - Variável com os requisitos ambientais da flora e da fauna que se deseja preservar Aquicultura Criação de animais - Isenta de substâncias químicas prejudiciais à saúde dos animais e dos consumidores - Isenta de organismos prejudiciais à saúde dos animais e dos consumidores - Disponibilidade de nutrientes Criação de vegetais - Isenta de substâncias químicas tóxicas aos vegetais e consumidores - Disponibilidade de nutrientes Recreação e Lazer Contato primário - Isenta de substâncias químicas prejudiciais à saúde - Isenta de organismos prejudiciais à saúde - Baixos teores de sólidos em suspensão e óleos e graxas Contato secundário - Aparências agradável Geração de energia Usinas hidrelétricas - Baixa agressividade Usinas nucleares ou termelétricas - Baixa dureza Transporte - - Baixa presença de material grosseiro que possa por em risco as embarcações
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