Resumo - Tratamento de água

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Tratamento de água
Introdução
● Início do tratamento é na captação.
○ Escolha do método de potalização.
● Localização da ETA:
○ Fácil acesso p/ trânsito de produtos químicos.
○ Livre de enxurradas.
■ pelo menos 1 m acima do nível máximo de enchente.
■ acima do nível máximo do subsolo.
○ Natureza do solo.
○ Facilidade de fornecimento de energia elétrica.
● Análise econômica:
○ proximidade com a cidade;
■ reduz gastos com adutora.
○ proximidade do corpo receptor das descargas.
○ Distância da ETA ao aterro.
■ Tratamento do lodo.
○ Possibilidade de ampliação futura.
● NBR 12218 - escoamento da água dentro da ETA por gravidade.
○ Recalque é permitido p/ lavagem das unidades e usos auxiliares.
Parâmetros físico-químicos da água
● Físicos - cor, sabor e odor, temperatura e turbidez.
● Químicos - ferro, manganês, alcalinidades, DBO, DQO, dureza, oxigênio
dissolvido, flúor, cloro, PH.
● Biológicos - coliformes termotolerantes, contagem de Escherichia coli, de
enterococos, de Giardia spp. e Cryptosporidium spp.
Cor
● Absorção da luz pelas substância dissolvidas.
○ orgânicas (algas) e inorgânicas (manganês e ferro).
● Medição feita por meio de unidade de cor ou unidade de Hazen.
Temperatura
● Influencia na tolerância térmica dos seres aquáticos e nas características
físico-químicas, como: viscosidade, tensão superficial, pressão de vapor e
concentração de oxigênio.
○ oxigênio dissolvido varia inversamente com a temperatura.
■ prejudica a respiração de toda a fauna.
Turbidez
● Absorção da luz pelas partículas suspensas.
○ orgânicas (algas) e inorgânicas (areia).
○ Para reduzir turbidez -sedimentação.
■ Ambientes lênticos têm baixa sedimentação.
● Aumento da turbidez.
○ Escurecimento da água em épocas de chuva;
○ Águas cercadas pela vegetação ciliar;
● Turbidez intensa:
○ Reduz a passagem de luz - queda na produção de oxigênio.
○ Partículas suspensas servem de abrigo ou escudo para patógenos na
desinfecção.
● Medição feita pelo turbidímetro e expressa em unidade de turbidez (ut) ou unidade
de Jackson.
Alcalinidade
● Mede a capacidade da água em neutralizar ácidos e manter o PH.
● Substâncias que conferem alcalinidade:
○ Ácido carbônico; bicarbonatos e carbonatos;
○ Hidróxidos;
● Influencia a dosagem dos químicos;
● Relacionada as etapas de: coagulação, redução da dureza e corrosão.
● Medição - uso de ácido sulfúrico + fenolftaleína ou metilorange.
○ Fenolfitaleína - alcalinidade parcial (íons carbonatos);
○ Metilorange - alcalinidade total.
● Valores altos são indesejáveis:
○ obstruem a seção e produzem sabor desagradável.
● Não contribuem para a potabilidade, não há exigência de concentração.
Demanda Bioquímica de oxigênio (DBO)
● Quant. de O2 necessária para a decomposição da MO biodegradável.
○ Indicador indireto da quant. MO biodegradável.
○ Quanto + MO biodegradável - maior a quant. de O2 dissolvido.
● Mede a quant. O2 por decomposição bacteriana para uma forma inorgânica mais
estável.
● DBO5,20- decomposição ao longo de 5 dias e a uma temperatura de 20 º C.
Demanda química de oxigênio (DQO)
● Quant. de O2 necessária para a decomposição da MO biodegradável e inerte.
● Mede a quant. O2 por decomposição química:
○ Oxidantes comum: dicromato de potássio.
Dureza da água
● Mede a capacidade da água em precipitar sabão.
○ indica a dificuldade da água em dissolver sabão.
● Substâncias que conferem dureza:
○ Metais + ânios (carbonato, sulfato, nitrato);
■ cálcio, manganês, ferro e magnésio.
● Gerada pelo contato da água (ânios) + solo (metais).
○ Águas de maior dureza - subterrâneas.
● Águas de elevada dureza produzem:
○ Efeito laxativo;
○ Sabor desagradável;
○ Mancham louças;
Potencial hidrogeniônico (pH)
● Mede a quantidade de íons hidrogênio ( H+);
● Afeta a concentração de ácidos e bases ao longo das etapas de tratamento.
● Medido pelo uso do phmetro.
○ É um teste químico e não físico.
● Condição ótima: PH próximo da neutralidade, entre 6,0 e 9,5.
○ águas ácidas: corrosão das tubulações.
○ águas básicas: precipitação de metais e sais na tubulação.
BIZU!
● PH baixo indica menor alcalinidade.
○ ácidos consomem os compostos básicos.
Ferro
● Presente em elevado nível em águas subterrâneas e águas de chuva.
○ Dissolução do ferro com gás carbônico.
● Efeitos:
○ Não é tóxico, mas confere cor e sabor à água.
○ Mancham louças, roupas e sanitários.
○ Depósito em tubulações - contaminação de bactérias específicas.
● Concentração limitada em 0,3 mg/L.
Séries de nitrogênio
● Presente em 4 formas:
○ MO como nitrogênio orgânico;
○ Inorgânico como:
1. Amônia (NH3): quebra da ureia (presenta na urina) pela água.
2. Nitritos (NO2): bactérias transformam amônia em nitrito.
3. Nitrato (NO3): bactérias transformam nitrito em nitrato.
■ concentrações elevadas: síndrome do bebê azul;
■ fertilizante tem muito nitrato.
■ Produtos:
■ bactérias podem reduzir o nitrato e transformá-lo em
amônia.
■ se absorvido por plantas - nitrogênio orgânico;
■ transformado por bactérias em gás nitrogênio.
● A partir do tipo de nitrogênio presente na água pode caracterizar a poluição de um
manancial.
Técnicas de tratamento de águas
Coagulação e mistura rápida
● Remoção de impurezas em suspensão ou dissolvidas por meio da ação de um
coagulante.
○ Reduz a repulsão entre as partículas (desestabilização) permitindo que elas
se unam formando flocos.
■ Principais coagulantes: sulfato de alumínio (sais de alumínio) e
cloreto férrico ( sais de ferro);
○ Flocos depositados posteriormente nos tanques de decantação.
● Se não houvesse coagulação:
○ impurezas de pequenas dimensões dificilmente removidas;
○ provocaria comatação dos filtros.
● Desestabiliza e neutraliza as cargas de impureza.
○ Potencial zeta (voltz);
■ Quando + próximo de 0, mais atraídas serão as partículas e maiores
os flocos.
■ É utilizado para a dosagem de coagulante.
■ Cada ETA tem um faixa viável para trabalhar com o potencial zeta.
● Mecanismos da coagulação:
○ Adsorção e neutralização; flocos adsorvem íons H+.
■ Baixas dosagens e pequenos flocos.
○ Varredura; flocos grandes que arrastam e atraem outras impurezas
■ Taxas maiores de coagulante - flocos de hidróxido de alumínio e
ferro.
■ Permite decantação + rápida.
■ Usada em técnicas de tratamento convencionais.
■ PH > PH da neuralização.
Mistura rápida
● É feita para garantir que o coagulante de distribua.
● Realizada por dispositivos hidráulicos e mecânicos após a aplicação.
○ Dispositivos mecânicos: controle de velocidade.
○ Hidráulicos: qualquer singularidade como as medidores Parshal.
■ Medidores Parshal medem a vazão tbm.
● Outros dispositivos segundo a NBR 12216:
○ Difusores, agitadores, bombas, chicanas, ressalto.
● Jair test é um ensaio que permite conhecer: concentração do coagulante, tempo e
velocidade de mistura.
Floculação
● Possibilita a colisão entre as partículas - formam flocos maiores que sedimentam
mais facilmente.
● Não há remoção de impurezas - apenas colisões.
● Coagulação + Floculação - pré-tratamento.
○ Seguidas por: decantação, flotação ou filtração.
● É uma mistura lenta;
○ velocidade do floculador é baixa e decrescente.
■ Se muito baixa - sólidos se sedimentam no floculador.
■ Se muito alta - há o rompimento.
● Tempo de detenção - tempo médio que a água permanece dentro do floculador.
○ t = volume útil/Q;
● Podem ser:
○ Mecânicas: controle da velocidades e alto $;
■ usados em ETAS que apresentam variações de parâmetros de
qualidade.
○ Hidráulica ( geralmente chicanas): sem controle da velocidade e baixo $.
Decantadores
● Sedimentação no fundo do decantador pela força da gravidade.
○ Partículas + pesadas depositam no fundo.
○ Podem ter fundo inclinado.
● Alta eficiência graças as etapas de coagulação e floculação.
○ Senão a água ficaria parada por muito tempo e a ETA teria áreas enormes de
decantadores.
● Taxa de aplicação superficial (TAS):
○ TAS = Q/A
● Melhoria de desempenho:
○ Decantadores de alta taxa: inserção de módulos, dutos ou placas no interior
do decantador;
■ Há a diminuição da distância vertical.■ TAS até 3 x superior ao decantador convencional.
■ Menores áreas e menor tempo de detenção.
Flotação
● Injeção de microbolhas de ar a partir do fundo até a superfície do tanque que
carreiam as partículas.
○ Partículas com baixa velocidade de sedimentação não removidas no
decantador.
○ Se chegarem aos filtros, podem entupi-los.
● Flocos acumulam-se na superfície do flotador e são removidos.
● Usualmente a técnica é aplicada em águas com:
○ Alta cor verdadeira;
○ Baixa turbidez.
○ Alta concentração de algas.
● Há a necessidade prévia da coagulação e floculação.
● Vantagem: remoção de flocos menores com menor tempo.
● Desvantagem: alto gasto de energia elétrica
Aeração ou oxidação por aeração
● Injeção de bolhas de ar para remoção de compostos voláteis.
○ Gases (influência sobre sabor e odor ou efeito corrosivo);
○ Compostos oxidáveis.
● Aeração resulta em maior contato do ar com a água: alteração do PH.
○ Precipitações de metais como ferro e manganês (águas subterrâneas).
● Aeração ao:
○ Ar livre: quedas de água por gravidade.
○ Aspersão de água para o alto, difusão de ar ou agitação mecânica.
Filtração
● Decantadores removem cerca de 60% das impurezas.
● Passagem da água por um meio poroso, o que permite a retenção das impurezas.
○ Processos físicos, químicos de adsorção e biológicos de assimilação e
degradação.
● Em geral, último processo antes da desinfecção.
● Tipos: lenta e rápida - depende da taxa de filtração necessária.
● Toda água de manancial superficial - deve passar por filtração.
● Remoção de cistos de Giardia e de Cryptosporidium - resistente à cloração.
● Limite de turbidez:
○ 0,5 uT - filtração rápida.
○ 1,0 uT - filtração lenta.
● Lenta:
○ Empregada em pequenas comunidades.
○ Dispensa a coagulação.
■ Pré-filtração com pedregulhos;
○ Meio filtrantes com areia + fina - baixas taxas de filtração.
■ Grandes áreas ( 40 x maior que a filtração rápida).
■ Maior tempo de detenção - estimula a alta atividade biológica no
leito filtrante (Schmutzdecke).
■ Alta eficiência na remoção dos patógenos que se aderem
aos filtros por adsorção.
■ Ambiente hostil, predação, adsorção e biocida
(radiação solar).
■ Desempenho superior a dos filtros rápidos na remoção de
bactérias.
■ Remoção de ferro, turbidez, odor e sabor.
■ Limitado a águas de baixa turbidez (servem de abrigo).
● Rápida:
○ Empregada em ETAS convencionais.
○ 1 ou vários meio filtrantes.
■ permite a redução gradual, evitando obstrução e colmatação.
○ Carreira de filtração: tempo entre 2 lavagens consecutivas (20 horas).
○ Lavagem: fluxo contracorrente.
○ Filtro rápido convencional: tipo descendente.
■ camada dupla: superior: antracito (grãos maiores) e inferior: areia
(grãos menores).
■ A limpeza não revolve o leito filtrante.
■ camada de 50 cm de pedregulho.
■ função de sustentar o meio filtrante e impedir o entupimento.
○ Filtros de fluxo ascendente - camada simples.
■ Evitar revolvimento do leito filtrante.
○ Boa remoção de: microrganismos, turbidez e cor.
○ Baixa remoção de: odor e sabor.
○ Requerem menor área: 40 m² - capacidade de 120 m³/m².dia.
○ Não dispensam a coagulação.
Desinfecção
● Remoção de organismos patogênicos.
● Por segurança sanitária, todas as águas tratadas na ETA devem passar.
● Desinfetantes:
○ Químicos: cloro, ozônio, peróxido de hidrogênio, íons metálicos (prata,
cobre).
■ Cloração é o mais barato - cloro gasoso (ETAs maiores) ou
hipoclorito (menores).
■ Quantidade residual de cloro ( desinfecção da tubulação).
■ Cloro residual livre - MÍNIMO de 0,2 mg/L
■ Cloro residual combinado- MÍNIMO de 2 mg/L
■ Dióxido de cloro - MÁXIMO de 0,2 mg/L
■ Breakpoint: quant. acima resultará em cloro livre.
■
■ Reatividade do cloro se reduz com PH básico.
■ Maior eficiência em PH ácido!
■ Cloro é muito eficiente contra bactérias e vírus.
■ Possui limitações contra protozoários e cistos
(ozonização).
○ Físicos: radiação ultravioleta e calor.
Fluoretação
● Prevenção de cáries em crianças.
○ Adição de flúor na água.
✓ Fluoreto de cálcio;
✓ Ácido fluorsilícico;
✓ Fluoreto de sódio;
✓ Silicofluoreto de sódio (Fluorsilicato de sódio).
Estabilização química
● PH alto:
○ incrustações de metais nas tubulações (reduz a vazão) e contaminação da
água (eleva turbidez, cor e sabor).
● PH baixo:
○ Corrosão (diminui a vida útil da tubulação)
○ Correção de acidez: aplicação de cal, soda cáustica (hidróxido de sódio) e
barrilha (carbonado ou bicarbonato de sódio)
Oxidação química
● Teores altos de MO e MI.
○ oxidação quebra essas partículas.
● Economia na adição de coagulante.
● Ação do oxigênio, ozônio, permanganato de potássio e peróxido.
● Remoção de metais:
○ oxidação química com elevação do PH.
○ tornam-se insolúveis e precipitam.
● Desvantagem: pode gerar subprodutos mais tóxicos.
Troca iônica
● Leito de resina com radicais ácidos e básicos.
○ Substituídos por íons presentes na água.
○ Aderência dos íons ao leito (desmineralização).
● Remoção de íons metálicos.
○ Abrandamento - remoção de cálcio e magnésio.
○ Baixos teores.
Adsorção em carvão ativado
● Material aprisiona e retém impurezas por adsorção.
○ Acumulação da partícula na superfície do carvão por atração eletrostática.
○ Eficiente na eliminação de algas.
● Carvão ativado - removidas partículas que naturalmente são adsorvidas ao carvão.
○ Aumento dos poros.
○ Remoção de compostos orgânicos, odor, subs. húmicas (cor), pesticidas.
● CAP (em pó) e CAG (granulado).
○ CAP aplicado em suspensão na água antes da filtração.
○ CAG aplicado no meio filtrantes. Pode ser reativado.
● Remoção de íons metálicos.
○ Abrandamento - remoção de cálcio e magnésio.
○ Baixos teores.
Tratamento por membranas
● Mais eficiente que a filtração.
○ Poros mais finos.
■ Para a água passar tem que ser bombeada.
■
○ Material semi-permeável.
● Vantagem:
○ Eliminação de macromoléculas, partículas dissolvidas e íons.
○ Além de eliminar partículas suspensas.
● Em ETA's
○ Tratamento de águas salobras - osmose reversa.
○ Dispensa coagulação.
■ Reduz a área de implantação da ETA.
○ Membranas são frágeis - necessário pré-tratamento.
■ por membranas ou tratamento convencional.
● Mistura concentrada não pode ser lançada livremente.
○ Salinização e infertilidade do solo.
● Requer mão de obra qualificada.
O tratamento na ETA
● Clarificação: remoção de sólidos presentes na água.
✓ Ocorre nos decantadores, flotadores e filtros;
● Desinfecção: remover microrganismos presentes;
● Fluoretação: prevenir cárie dentária infantil;
● Estabilização química: evitar corrosão e incrustações nas tubulações.
O tratamento convencional
● Ciclo completo: coagulação, floculação, decantação, filtração (do tipo rápido e com
fluxo descendente).
○ Etapas em série.
■ Mal funcionamento de uma afeta todas as etapas.
○ Sistema eficiente e seguro:
■ Permite tratamento de águas com concentrações altas de material
dissolvido e em suspensão e com variações ao longo do ano.
○ Outras etapas como micropeneiras e flotação - caso necessário.
■ Remoção de algas - filtração com carvão ativado.
Filtração em múltiplas etapas (FiME)
● Filtração lenta + pré-tratamento = FIME.
● Material em suspensão sobre separação sucessiva antes de ser encaminhado aso
filtro lento.
○ TAS maiores.
● Aplicável em águas com excesso de sólidos em suspensão (elevada turbidez e
presença de algas).
● Emprego de mantas sintéticas e uso do carvão ativo granular.
Filtração direta
● Água de baixa turbidez e poucas variações ao longo do ano.
○ Coagulação + floculação e filtração rápida, dispensando-se a decantação.
○ É a filtração direta.
● Mais utilizada na região nordeste.
○ Captação feita em açudes que são decantadores prévios.
● Dupla filtração - água com alta turbidez e alta concentração de algas.
○ Pré-tratamento + filtração direta ascendente + filtração rápida descendente.
○ Filtração direta ascendente dispensa floculação e a decantação.
● Substâncias como pesticida atrazaina:
○ removidas por oxidantes (ozônio ou peróxido de hidrogênio) na etapa de
pré-traramento seguida de filtração diretacom carvão ativo granular.
Como selecionar a melhor combinação de técnicas de tratamento em uma ETA
● Depende da:
○ qualidade da água bruta captada.
○ uso que se fará da água.
● Classificações:
○ CONAMA: 5 classes de qualidade.
1. Especial - abastecimento humano após desinfecção. Maior
qualidade.
2. Classe 1 - águas prístinas (abastecimento humano após tratamento
simplificado).
■ Tratamento simplificado = filtração + desinfecção + correção
pH (quando necessário)
3. Classe 2 - abastecimento humano após tratamento convencional.
■ Tratamento convencional = Coagulação + floculação +
clarificação (por filtração, se manancial superficial) +
desinfecção + correção de pH;
4. Classe 3 - abastecimento humano após tratamento convencional ou
avançado.
5. Classe 4 - não podem ser destinadas ao abastecimento doméstico.
Pior qualidade.
○ NBR 12216: 4 tipos de água.
1. Tipo A: bacias sub. ou sup. sanitariamente protegidas.
■ desinfecção e correção do pH;
2. Tipo B: bacias sub. ou sup. não - protegidas. NÃO EXIGE
coagulação.
■ Tipo A +:
✓ decantação simples; ou
✓ filtração, precedida ou não de decantação;
1. Tipo C: bacias sup. não -protegidas. EXIGE coagulação.
■ convencional ou não:
2. Tipo D: bacias sup. não -protegidas. EXIGE processos especiais de
tratamento.
■ Tipo C + tratamento complementar.
●
Parâmetros de projeto
● Medição da capacidade da ETA:
○ Capacidade nominal: Q em condições normais de funcionamento.
○ Capacidade máxima: preocupa-se com a qualidade da água.
○ Capacidade hidráulica: Q máxima relacionada ao dimensionamento
hidráulico.
● Período de detenção: tempo médio que a água permanece na unidade.
○ t=V útil/Q
● Taxa de aplicação: capacidade de tratamento de algumas unidades.
○ TA = Q/Au