Relatório Estação de Tratamento de Água

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO JOÃO DEL-REI 
CAMPUS ALTO PARAOPEBA 
 
 
 
 
 
 
ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA 
 
 
 
 
 
Relatório apresentado como parte das exigências da 
disciplina Laboratório de Engenharia Química II sob 
responsabilidade do Prof. Alexandre Bôscaro e Prof. 
Eduardo Baston 
 
 
 
Bruna Vilarino 
Karina Takai 
Luidi Martins 
Marcela Magalhães 
Thalyta Fonseca 
 
 
 
 
 
 
Ouro Branco – MG 
Abril/2018 
1. Fluxograma da Estação de Tratamento de Água 
 
a. Processo de Tratamento de Água Experimental – LEQ 
 
b. Processo Convencional de Tratamento de Água Real - COPASA 
 
 
Figura 1. Estação de tratamento e água (ETA) 
Fonte: COPASA. 
2. Unidades Presentes na Estação de Tratamento de Água 
 
a. Tanque de homogeneização 
A água entra no tanque de homogeneização assim que chega à ETA. Sua função é 
promover a homogeneização do meio líquido e adequar as vazões do fluído minimizando 
as flutuações presentes no início do tratamento, visto que variações bruscas afetam o 
desempenho das etapas subsequentes de floculação e decantação [1]. Em seu interior há 
um misturador submersível que proporciona uma agitação vigorosa, garantindo a 
homogeneidade do efluente. Para aplicação real esses tanques podem ser fabricados em 
aço inox, aço carbono, concreto ou em mantas de PEAD. Eles devem ser resistentes 
fisicamente para assegurar uma não ruptura quando em contato com diversas substâncias 
químicas distintas [2]. Além disso, o sistema de agitação pode ser mediante aerador de 
superfície, agitador mecânico ou borbulhador [3]. Na figura 1 tem-se o tanque de flotação 
presente no LEQ. 
 
Figura 2. Tanque de homogeneização. 
Fonte: Autoria própria. 
 
b. Caixa de Areia 
Na caixa de areia, conforme a figura 2, também conhecida como desarenador, ocorre 
um tratamento preliminar que se destina principalmente à remoção de sólidos grosseiros 
e areia. Essa remoção, além de promover o primeiro clareamento da água, visa a proteção 
de bombas, tubulações e das unidades de tratamento que seguirão na ETA, evitando 
abrasão nos equipamentos e reduzindo a possibilidade de obstrução [4]. 
O mecanismo de separação é o da sedimentação que se dá mediante a diferença de 
densidade da água e dos sólidos. Os grãos de areia, por terem maiores dimensões e 
densidade, tendem a ir para o fundo do tanque, enquanto a matéria orgânica permanece 
em suspensão, pois a sua sedimentação é mais lenta. A velocidade de sedimentação da 
areia varia, aproximadamente, de 1 a 2 cm/s, sendo considerada intermediária, pois 
velocidades inferiores ocasionaria a sedimentação de matéria orgânica na caixa, que 
provocaria odores desagradáveis devido a sua decomposição e velocidades superiores 
podem resultar em arraste de partículas [4]. 
A remoção dos sólidos pode ser feita manualmente ou mecanicamente. A remoção 
manual provoca a paralisação do processo, para que não seja necessária a paralisação, é 
comum o uso de sistemas extras ou desvios por meio de tubulações. Já a remoção 
mecânica remove continuamente a areia acumulada. Os dispositivos transportadores mais 
utilizados são: esteiras, caçambas, raspadores [4]. 
 
Figura 3. Caixa de areia. 
Fonte: Autoria própria. 
 
c. Calha Parshall 
São equipamentos aplicados na medição contínua de vazão e é um excelente 
misturador de soluções químicas no tratamento de água devido ao turbilhonamento 
gerado por seu estrangulamento. Essa calha é um dispositivo na forma de um canal aberto 
com dimensões padronizadas. A calha Parshall deve ser instalada acoplada a uma régua 
graduada ou outras tecnologias para a leitura das lâminas de líquido e respectivas vazões. 
Vale lembrar que existem tecnologias que fazem a leitura automática desta vazão através 
de sensores ultrassônicos ou outros dispositivos quaisquer [5] 
Esse medidor de vazão divide-se em três partes distintas. A primeira chamada de 
Seção Convergente tem como função adequar a velocidade do fluído em sua entrada, 
reduzindo assim a possibilidade de turbulências e aumentando a capacidade de precisão 
de mensuração do equipamento. Na segunda parte, denominada Seção de 
Estrangulamento, o líquido é submetido a uma concentração produzida pelo estreitamento 
das laterais e/ou pela elevação do fundo do canal. A terceira, conhecida como Seção 
Divergente ou de Alargamento, está posicionada na parte final do equipamento, após seu 
estreitamento (garganta), e tem como objetivo propiciar a normalização do fluxo do canal. 
São projetadas para resistir aos efeitos de tratamentos químicos e tem uma perda de carga 
bastante baixa [4]. 
A água é forçada por uma garganta relativamente estreita, sendo que o nível da água 
à montante da garganta é o indicativo da vazão a ser medida, independendo do nível da 
água à jusante da mesma. Contudo, uma condição importante para o funcionamento 
adequado de uma calha Parshall é a que o nível de água à jusante da calha deve ser 
suficientemente baixo para evitar o seu "afogamento", um termo que indica que o nível 
de água à jusante da calha influi sobre o nível à montante [4]. Na figura 3 tem-se a calha 
Parshall presente no LEQ. 
 
Figura 4. Calha Parshall. 
 Fonte: Autoria própria. 
 
d. Tanque Pulmão 
Em uma estação de tratamento de água a vazão pode sofrer perturbações seja por 
problemas na captação ou por algum outro problema, sendo assim, o tanque pulmão serve 
para regularizar esta vazão. Ele absorve e armazena água quando a vazão produzida pela 
ETA é maior do que a vazão bombeada e devolve a água armazenada quando a vazão 
produzida pela ETA é menor do que a vazão bombeada. Além disso, é destinado ao 
armazenamento e estocagem de produtos em caso de parada para manutenção [6]. 
Normalmente é fabricado em aço inox, com isolante térmico, podendo ou não ter 
agitação [1]. Esse tanque costuma ser empregado junto ao poço da elevatória e se mantem 
fechado para evitar a dispersão de mau cheiro. Para evitar o acúmulo do esgoto, ele é 
construído com uma inclinação no fundo que visa garantir um completo esvaziamento do 
tanque [7]. Na figura 4 tem-se o tanque pulmão do LEQ. 
 
 
Figura 5. Tanque pulmão. 
Fonte: Autoria própria. 
 
e. Aeração 
Efluentes contaminados tendem a possuir pouco oxigênio dissolvido devido às 
impurezas nela contida. Se água anaeróbia for admitida na estação de tratamento de água 
(ETA), afetará outras unidades do processo, por isso é necessário que aja a aeração antes 
do tratamento. Os aeradores da ETA são mais simples, a água sai do topo do aerador, 
constituído por um conjunto de bandejas, sobrepostas, fixadas na vertical por um eixo, a 
água escoa atravessando as bandejas em efeito de cascata, permitindo assim a entrada de 
ar oxigenado em seu meio. Ao final da estrutura a água é recolhida [10]. 
. Os sistemas de aeração, basicamente, possuem a função de incorporar oxigênio 
à água em tratamento. Essa aeração é responsável por prover o gás oxigênio, necessário 
ao desenvolvimento das reações biológicas do tratamento de efluentes. Durante o 
processo de aeração há a introdução do mesmo na água com o objetivo de oxidar a matéria 
orgânica, assim reduzindo odores produzidos pela mesma e minimizar a toxicidade [10]. 
 
Figura 6. Aerador. 
Fonte: Autoria própria. 
 
f. Coagulador 
 Após a etapa de aeração faz-se necessário o uso do coagulador. Trata-se de uma 
operação unitária que envolve fenômenos físicos de aglutinação, este processo tem como 
objetivo aglomerar partículas, aumentando seu volume e peso, permitindo a ação da 
gravidade. Essa é umas das etapas da ETA de clarificação do fluido, sendo uma tentativa 
de redução do número de partículas suspensas e coloidais na mistura [8]. 
 O princípio da coagulação é a desestabilização das partículas coloidais e suspensas 
realizadas através da adição do coagulante e sua interação com a água e as impurezas. 
Adiciona-se geralmente a cal hidratada(hidróxido de cálcio), para corrigir a alcalinidade 
da água, e um sal de ferro ou alumínio por exemplo sulfato de alumínio e a mistura é 
agitada rapidamente. Os íons metálicos de ferro e alumínio tendem a formar fortes 
ligações com o oxigênio, coordenando moléculas de água ao seu redor, liberando 𝐻+ e 
consequentemente reduzindo o pH da água. A formação desses componentes ao se 
aproximarem das impurezas causam a desestabilização das mesmas que levará a 
formação de flocos posteriormente [8]. 
 
Figura 7. Coagulador. 
Fonte: Autoria própria. 
 
g. Floculador 
 No floculador a água é agitada lentamente para favorecer a formação desses 
flocos. Em solução alcalina, o sulfato de alumínio reage com os íons hidroxila, resultando 
em polieletrólitos de alumínio e hidroxila com até treze átomos de alumínio. Os 
polieletrólitos de alumínio interagem com as impurezas que são carregadas 
negativamente e pelas ligações de hidrogênio devido ao número de hidroxilas, formando 
assim uma microestrutura porosa (flocos) [8]. 
 
 
Figura 8. Floculador. 
Fonte: Autoria própria. 
 
h. Decantador 
 Em seguida, os flocos formados separam-se da água e sedimentam, depositando 
no fundo do tanque, pela força da gravidade. A água decantada, que fica na parte superior, 
segue para os filtros e o lodo do fundo é conduzido para tanques de depuração [9]. 
 
Figura 9. Decantador. 
 Fonte: Autoria própria. 
 
i. Tanque de soda 
O tanque de soda é responsável pela correção do pH da água, parâmetro químico 
que deve ser analisado em diversos momentos dentro de uma estação de tratamento, 
podendo ser aplicada em três fases, segundo a Companhia de Saneamento Básico do 
Estado de São Paulo: 
Pré-alcalinização – adição de alcalinizante na água bruta; 
Interalcalinização-adição de alcalinizante na água decantada; 
Pós alcalinização- adição de alcalinizante na água filtrada e antes de ser 
disponibilizada para o consumo. 
A água recebe a adição de um composto alcalino, em geral soda (hidróxido de 
sódio) ou cal hidratada (hidróxido de cálcio) ou ainda a barrilha (carbonato de cálcio), 
para viabilizar e/ou otimizar etapas seguintes do processo. A correção do pH reduz o 
impacto da acidez em determinados equipamentos, melhora a eficiência do agente 
coagulante, além de ser um parâmetro a ser medido antes e após o tratamento [11]. A pós 
alcalinização é também uma etapa essencial para garantir a vida útil das tubulações das 
redes e das casas contra corrosão ou incrustação. 
Dentre os agentes alcalinizantes mais utilizados, a soda é a mais comum por sua 
elevada solubilização, já a cal, apesar de ser mais barata possui menor solubilidade e a 
presença de impurezas pode provocar a corrosão de sistemas de recalque, por isso o ideal 
é utilizar uma cal com elevado grau de pureza, mas pode ser usada como agente floculante 
e alcalinizante. No caso da barrilha, sua vantagem está na capacidade de tamponamento, 
mas possui alto custo [12]. 
 
j. Tanque de cloro 
A adição de cloro na estação de tratamento, corresponde à fase de desinfecção que 
é responsável por eliminar agentes patogênicos e outros organismos indesejáveis. Ainda 
que nas demais etapas do tratamento haja redução do número de micro-organismos 
presentes na água, a desinfecção é operação unitária obrigatória, pois somente ela inativa 
qualquer tipo existente e previne o crescimento microbiológico nas redes de distribuição 
[13]. 
 O cloro pode ser usado na sua forma gasosa ou em solução, dosado na água 
através de equipamentos que permitem um controle sistemático de sua aplicação. O gás 
cloro é altamente solúvel, não entanto é altamente tóxico e corrosivo, consequentemente, 
seu uso requer condições mais restritas de armazenagem, preparo e aplicação [13]. 
O uso primordial do cloro consiste na desinfecção da água, no entanto, tem sido 
aplicado em diversas outros propósitos como controle de odor e sabor, prevenção do 
crescimento de algas, remoção de ferro e manganês, remoção de cor [14]. 
Além da utilização do cloro, existem outros agentes desinfetantes que podem ser 
o ozônio, peróxido de hidrogênio, luz ultravioleta, permanganato de potássio e íons de 
prata [13]. 
 
k. Tanque de sulfato de alumínio 
A coagulação consiste na estabilização de cargas da água com a presença de um 
agente coagulante, neste caso o sulfato de alumínio que promove a desestabilização das 
partículas suspensas em água. A ligação entre o tanque e o coagulador é feito por um 
sistema de bombeamento, que contém um sistema de reciclo, o qual garante que a solução 
obtenha maior homogeneidade e garantindo que o sulfato de alumínio atinja uma maior 
superfície de contato com os agentes a serem coagulados. 
Existem diversos agentes coagulantes além do sulfato de ferro, como o cloreto 
férrico, o sulfato ferroso clorado e o sulfato férrico, a escolha de tal agente, necessita de 
uma avaliação técnica e econômica acerca da água a ser tratada e pode comprometer o 
desempenho do processo [15]. 
 
Figura 10. Tanque de soda cáustica, tanque de cloro e tanque de sulfato de alumínio. 
 Fonte: Autoria própria. 
 
l. Bomba 
A presença de uma bomba em uma estação de tratamento de água é primordial 
para a elevar a água do reservatório de armazenamento para a ETA. 
Em um sistema de bombeamento de uma ETA, em geral, uma casa de máquinas 
é construída junto à captação, com conjuntos de motobombas que sugam a água do 
manancial e a enviam para a estação de tratamento [16]. 
 
Figura 11. Bomba. 
 Fonte: Autoria própria. 
 
m. Reservatório 
Tem o objetivo de armazenar a água processada nas etapas anteriores até então. 
 
n. Tanque de Lama 
O tanque de lama é utilizado no tratamento de esgoto para o tratamento primário, 
a fim de separar as partículas sólidas que não foram eliminadas anteriormente. Dessa 
forma, as partículas se sedimentam pela ação da gravidade, formando a chamada lama. O 
tanque possui um agitador para empurrar o efluente para as periferias do tanque e para 
sedimentar os detritos no fundo [17]. 
 
Figura 12. Tanque de lama. 
 Fonte: Autoria própria. 
 
o. Tanque de Água Clarificada 
Após passagem pelo tanque de decantação a solução é separada em água 
clarificada e o que ficou decantado no fundo do tanque de decantação é destinado ao 
tanque de lama. A água clarificada continua no processo de tratamento prosseguindo para 
a etapa de filtração. A água nesta etapa é denominada pré-tratada, já que a presença de 
sólido é bem pequena, podendo também ser vendida a menor custo para irrigação [17]. 
 
p. Filtro de Areia 
Depois do processo de clarificação, a água é composta de sólidos finos e material 
solúvel, muitas dessas substâncias são formadas durante o processo de coagulação. Logo 
outro processo, a filtração, é requerida para eliminar este material residual, através de 
filtros que contém capas de areia ou carvão antracito e brita graduada. A eficácia dos 
filtros depende por exemplo da qualidade do material a ser eliminado da água, o tamanho 
e a forma do filtro e o caudal de água que passa pelo filtro. 
Existem dois tipos de filtros: os filtros de areia rápidos e lentos. Os filtros de areia 
rápidos contem areia de quartzo grossa (1mm de diâmetro) de modo que o espaço entre 
os grãos é comparativamente grande, funcionando aproximadamente a 50 vezes a 
velocidade dos filtros lentos de areia sendo mais profundos, entre 0,6 e 1,0 m de 
profundidade e consistem de areia, antracito mais areia ou materiais similares ao carvão 
ativo e areia. Estes filtros são utilizados para águas que previamente foram tratadas na 
coagulação e sedimentação, e são menos efetivos em reter sólidos muito pequenos que os 
filtros lentos de areia. Com a maior capacidade de carga, os filtros rápidos de areia são 
pequenos e mais compactos que os filtros lentos. Em uso a quantidade de água que passa 
através de cada filtro em cada hora vai diminuindo devidoao fato que os espaços na areia 
vão se bloqueando pelos sólidos retidos. Quando o ritmo de filtração é muito baixo, o 
filtro deve ser limpo dependendo do projeto e dos ritmos de filtração, esta limpeza realiza-
se várias vezes ao dia ou a cada poucos dias injetando ar através da capa de areia para 
revolvê-la e liberar o material dos grãos e então lavar os sólidos com água limpa de fluxo 
inverso. Imediatamente depois da lavagem em fluxo inverso há um incremento do risco 
de que microorganismos patogênicos entrem no filtro, podendo levar até 20 minutos para 
os filtros rápidos de areia alcançar o ritmo ótimo de funcionamento em termos de 
qualidade de água, esta água de lavagem não deve ser reciclada através do processo [11]. 
 
Figura 13. Filtro de areia. 
 Fonte: Autoria própria. 
 
q. Tanque de desinfecção 
O papel do tanque de desinfecção no processo de tratamento de água é a 
eliminação total de microrganismos indesejáveis, esterilização, presentes no esgoto que 
podem ameaçar a saúde humana, mantendo a qualidade da água de acordo com as normas 
sanitárias vigentes que consideram os padrões ambientais aceitáveis para a água potável. 
O desempenho do processo de desinfecção depende diretamente da resistência dos 
organismos patógenos ao agente desinfetante, tendo em vista que os organismos presentes 
no esgoto possuem sensibilidades diferentes à qualidade e dosagem do agente 
desinfetante. Para obter a melhor qualidade da água muitas vezes as ETAs utilizam cloro 
e luz ultravioleta como agentes desinfetantes, o cloro é usado em sua forma líquida ou 
gasosa. Sua dosagem deve ser minuciosamente controlada pois uma dosagem muito 
inferior à necessária não eliminaria todos os organismos patógenos, e uma dosagem muito 
excessiva podem afetar a qualidade da água potável. Em seguida, caso haja um número 
considerável de patógenos, a luz ultravioleta é empregada para inativar alguns 
microrganismos através de reações fotoquímicas, sua aplicação não requer adição de 
produtos e não é danoso ao meio ambiente. 
 
Figura 14. Tanque de desinfecção. 
 Fonte: Autoria própria. 
 
r. Tanque de correção de pH 
Através da adição de produtos químicos à água, o pH muitas vezes pode sofrer 
alterações indesejadas. Se tornando mais agressiva aos materiais dos canais de 
distribuição, além de se tornar prejudicial à saúde. A correção é um processo de adição 
de compostos químicos que balanceariam a alteração do pH avaliado, seja adicionando 
compostos de caráter ácido para situações onde se busca uma redução do valor de pH e a 
adição de compostos de caráter básico para um aumento do valor de pH. 
 
Figura 15. Tanque de correção de pH. 
 Fonte: Autoria própria. 
 
s. Adsorvedor 
O processo de adsorção é muito utilizado para purificação de água devido às 
características do adsorvente, comumente utiliza-se carvão ativado como adsorvente. A 
estrutura física com muitos poros do carvão ativado é propícia para que haja o processo 
adsortivo, sendo possível dessa forma retirar compostos que dão cor, cheiro, gosto e 
compostos orgânicos maiores, como poluentes e pesticidas. Essa retenção é possível 
devido à processos químicos ou físicos, seja através da retenção física de compostos 
maiores que os poros ou químicos devido a ligações do composto com a superfície do 
adsorvente. 
 
Figura 16. Adsorvedor. 
 Fonte: Autoria própria. 
 
t. Tanque de água tratada 
O tanque final do processo de tratamento de água armazena a água pronta para o 
consumo que é bombeada e encaminhada para os reservatórios de distribuição que 
distribuem a água até as casas. Os reservatórios de distribuição normalmente ficam em 
locais mais altos em relação às casas, minimizando o trabalho necessário para transportá-
la até a população. 
 
Figura 17. Planta piloto da estação de tratamento de água. 
 Fonte: Autoria própria. 
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http://www.hidrosul.com.br/produto/equalizacao 
Acesso em: 15 de abril de 2018. 
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http://www.hidrosul.com.br/produto/equalizacao. Acesso em: 15 de abril de 
2018. 
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http://slideplayer.com.br/slide/10938406/ Acesso em: 15 de abril de 2018. 
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Horizonte : DESA-UFMG, 2005. 
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