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Operações Unitárias CONFEDERAÇÃO NACIONAL DA INDÚSTRIA – CNI Armando de Queiroz Monteiro Neto Presidente SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL – SENAI Conselho Nacional Armando de Queiroz Monteiro Neto Presidente SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL – SENAI Departamento Nacional José Manuel de Aguiar Martins Diretor Geral Regina Maria de Fátima Torres Diretora de Operações Confederação Nacional da Indústria Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Nacional Operações Unitárias Brasília 2010 Clauber Dalmas Dantas © 2010. SENAI – Departamento Nacional Qualquer parte desta obra poderá ser reproduzida, desde que citada a fonte. Equipe técnica que participou da elaboração desta obra SENAI – Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Nacional Setor Bancário Norte, Quadra 1, Bloco C Edifício Roberto Simonsen – 70040-903 – Brasília – DF Tel.:(61)3317-9000 – Fax:(61)3317-9190 http://www.senai.br Coordenador Projeto Estratégico 14 DRs Luciano Mattiazzi Baumgartner - Departamento Regional do SENAI/SC Coordenador de EaD – SENAI/MS Maise Rodrigues Sá Giacomeli – DITEC/COED Coordenador de EaD – SENAI/SC em Florianópolis Diego de Castro Vieira - SENAI/SC em Florianópolis Design Educacional, Ilustrações, Design Gráfico e Diagramação Equipe de Desenvolvimento de Recursos Didáticos do SENAI/SC em Florianópolis Revisão Textual FabriCO Fotografias Banco de Imagens SENAI/SC http://www.sxc.hu/ http://office.microsoft.com/en-us/images/ http://www.morguefile.com/ http://www.photoxpress.com/ http://www.everystockphoto.com/ Ficha catalográfica elaborada por Luciana Effting CRB 14/937 – SENAI/SC Florianópolis D192o Dantas, Clauber Dalmas Operações unitárias / Clauber Dalmas Dantas. Brasília: SENAI/DN, 2010. 79 p. : il. color ; 30 cm. Inclui bibliografias. 1. Operações unitárias (Engenharia química). 2. Águas residuais - Purificação. 3. Resíduos industriais. 4. Esgotos. I. SENAI. Departamento Nacional. II. Título. CDU 628.3 Sumário Apresentação do curso .................................................................................. 07 Plano de estudos ............................................................................................. 09 Unidade 1: Noções de Hidráulica e Hidrostática .................................. 11 Unidade 2: Sistema de Abastecimento .................................................... 21 Unidade 3: Estação de Tratamento de Água .......................................... 33 Unidade 4: O Sistema de Tratamento de Esgoto .................................. 45 Unidade 5: Estações de Tratamento de Esgoto (ETE) .......................... 55 Palavaras do autor .......................................................................................... 73 Conhecendo o autor ...................................................................................... 75 Referências ........................................................................................................ 77 7 Operações Unitárias Apresentação do Curso Prezado aluno, seja bem-vindo ao curso Operações Unitárias. Este curso foi elaborado com o intuito de apre- sentar os principais aspectos da natureza das operações envolvidas no tratamento de água para abastecimento público e do tratamento de esgoto sanitário. Abordaremos, de modo gradual, as prin- cipais etapas nesses tratamentos e, de acordo com elas, a melhoria da qualidade de vida da população. Primeiramente, discutiremos os principais conceitos envolvidos nas propriedades de todos os líquidos e no seu transporte, uma ciência denominada hidráu- lica. Os principais conhecimentos básicos envolvidos no transporte de líquidos estão divididos em três partes: a hidráulica, o tratamento da água de abas- tecimento e a importância das operações de trata- mento de esgoto. Este curso está dividido em três grandes partes: no- ções básicas de transporte de líquidos; tratamento de água para abastecimento público e tratamento de esgoto sanitário. A primeira parte, dividida em duas aulas, compre- ende a Unidade 1, que apresentará uma breve apre- sentação de conceitos já abordados no seu Ensino Médio sobre densidade, pressão e vazão. 8 Operadores de Estação de Tratamento de Água e Efluentes Após essa breve revisão, estudaremos sobre o sistema de tratamen- to de água que compreende as Unidades 2 e 3. A Unidade 2 descreve de que forma a água é captada e transportada para que seja feito seu tratamento. Devido à sua importância, na Unidade 3, veremos a estação de tratamento de água (ETA). Ao final do curso, vamos verificar que o sistema de tratamento de es- goto tem uma abordagem similar aos outros assuntos abordados: com uma breve introdução, na Unidade 4, sobre a importância da captação e tratamento de esgoto, e a Unidade 5 será dedicada ao ponto princi- pal desse sistema, a estação de tratamento de esgoto (ETE). Fique atento(a) e bom estudo! 9 Operações Unitárias Plano de Estudos Carga horária: 30 horas Ementa Noções de hidráulica e hidrostática; pressão e vazão; sistema de abastecimento; formas de captação de água; abastecimento público de água; avaliação do sistema de bombeamento; operações típicas em uma ETA; sistema de tratamento de esgoto; organismos patógenos; sistema coletor de esgoto; estações de tratamento de esgoto (ETE); níveis de tratamento; processos de tratamento preliminar; processos de tratamento primário; tipos de tratamento secundário. Objetivos Objetivo Geral � Este curso tem como objetivo verificar conceitos importantes no que tange aos sistemas de trata- mento de água de abastecimento e de tratamento de esgoto público e compreender as etapas es- senciais para a eficiência desses sistemas em um âmbito global. Objetivos Específicos � Analisar os principais aspectos de hidráulica e hidrostática, calcular densidade, pressão e vazão e lembrar de seus conceitos. � Compreender a importância do tratamento de água para a saúde da população, conhecer a origem da água e como é captada até a estação 10 Operadores de Estação de Tratamento de Água e Efluentes de tratamento de água (ETA). Além disso, ter noções do sistema de bombea- mento e quais são os principais tipos de bombas utilizadas. � Identificar as principais operações típicas em uma estação de tratamento de água e compreender os fundamentos das operações de separação utiliza- dos. � Avaliar a importância do sistema de tratamento de esgoto para a saúde da população e ao meio ambiente, conhecer os principais organismos patóge- nos aos seres humanos que podem estar presentes em um esgoto sanitário não tratado e os principais componentes no sistema de captação de esgoto até a estação de tratamento de esgoto. � Compreender os princípios físicos, químicos e biológicos envolvidos em uma estação de tratamento de esgoto sanitário usual e identificar as principais etapas em uma estação de tratamento de esgoto. 11 Operações Unitárias 1Noções de Hidráulica e Hidrostática Objetivos do Curso Ao final desta unidade, você terá subsídios para: � compreender os principais aspectos sobre hidráulica e hidrostática; � lembrar os conceitos de densidade, pressão e vazão; � calcular densidade, pressão e vazão. Aula Aula 1 – O que é hidráulica? Aula 2 – Densidade 12 Operadores de Estação de Tratamento de Água e Efluentes Para Iniciar É necessário compreender que os sistemas de tratamento de água de abastecimento e de esgoto sanitário envolvem operações simples, como decantação, filtração, mistura etc. De todo modo, como poderá ser visto, todos eles envolvem etapas nas quais a água encontra-se emestado líquido; portanto, é essencial compreender as forças e grande- zas físicas que atuam no seu armazenamento e seu transporte. Aula 1: O que é hidráulica? O termo hidráulico, com origem grega hydro, significa “água”. Tem o objetivo de estudar as leis e os comportamentos da água ou outro fluido, podendo estar nos estados: físico, líquido ou gasoso. Para melhor compreensão, ela é subdivi- dida em duas partes: Atenção Hidrostática: estudo dos fluidos quando estão parados. Hidrodinâmica: estudo dos fluidos quando estão em movimento. Para melhor compreensão do conteúdo das próximas unidades, descreveremos conceitos importantes para o entendimento das operações em uma unidade de saneamento. 13Unidade 1 Operações Unitárias Aula 2: Densidade É a razão entre a massa de um corpo com o seu volume e é dado pela seguinte equação: d = m V Onde d é a densidade, m é a massa do corpo e V o seu volume. Quando falamos que um líquido, por exemplo, a água, possui densidade igual a 1 g/cm3 ou a 1 g/ml, significa que, a cada volume de 1 ml de água, ele possui massa de 1 g. Seguindo o mesmo raciocínio, a densidade do ouro é de 13,8 g/cm3, então, 1 ml de ouro possui massa de 13,8 g. A densidade dos gases é mais baixa que de outros estados. A densidade dos líquidos, por exemplo, geralmente estão em torno de 1 g/cm3 e os materiais mais densos são os sólidos. Alguns sólidos, como chumbo e ouro, possuem densidades de 10 a 20 vezes superior aos líquidos. Aula 3 : Pressão Pressão é a força aplicada em uma determinada área de uma superfície. O que, expressando matematicamente, temos: p= F A Onde F é a força aplicada em uma superfície de área A. 14 Operadores de Estação de Tratamento de Água e Efluentes Para facilitar o entendimento, imaginemos uma barra de ferro com dimensões e massa conforme a figura a seguir. Ao colocá-la em pé, posição A, teremos um valor de pressão maior do que se utilizarmos a mesma barra “deitada” na mesa, posição B. A pressão depende da área da face que faz contato com a superfície da mesa. Figura 1 ‒ A pressão exercida de uma barra de ferro sobre a superfície de mesa sob diferentes posições Qual será a pressão que a mesa sofre com a barra metálica nas duas posições? A diferença pode ser encontrada por meio do cálculo da área da face que está em contato com a superfície da mesa. Pressão exercida em A Conforme a figura a cima, temos de calcular a área de um quadrado cujos lados medem 2 cm, logo: Aquadrado = l 2 = (2cm)2 = 4 cm2 15Unidade 1 Operações Unitárias Levando em consideração que qualquer corpo é atraído pela gravidade da Terra e que dá origem a uma força chamada peso temos que: p= F A p= 0,708KGf ___________________ 4m2 Pressão exercida em A Conforme a figura ao lado, temos de calcular a área de um quadrado cujos lados medem 2 cm, logo: Aquadrado = l2 = (2 cm)2 = 4 cm2 Levando em consideração que qualquer corpo é atraído pela gravidade da Terra e que dá origem a uma força chamada peso temos que: 24 708,0 cm kg p A Fp f= = 20,177 cm kg p f= Pressão exercida em B Na posição B, temos de calcular a face de um retângulo com as medidas mostradas ao lado: Aretângulo = 15 cm × 2 cm = 30 cm2 Observe que, como a massa da barra não é alterada, a força do seu peso permanece com o mesmo valor: 2 f cm30 kg708,0 p A Fp = = 2 f cm kg 0,0236p = Compare as pressões calculadas, apenas a mudança da posição alterou significativamente o valor da pressão. 2 cm15 cm 2 cm 2 cm Pressão exercida em B Na posição B, temos de calcular a face de um retângulo com as medidas mos- tradas a baixo: Pressão exercida em A Conforme a figura ao lado, temos de calcular a área de um quadrado cujos lados medem 2 cm, logo: Aquadrado = l2 = (2 cm)2 = 4 cm2 Levando em consideração que qualquer corpo é atraído pela gravidade da Terra e que dá origem a uma força chamada peso temos que: 24 708,0 cm kg p A Fp f= = 20,177 cm kg p f= Pressão exercida em B Na posição B, temos de calcular a face de um retângulo com as medidas mostradas ao lado: Aretângulo = 15 cm × 2 cm = 30 cm2 Observe que, como a massa da barra não é alterada, a força do seu peso permanece com o mesmo valor: 2 f cm30 kg708,0 p A Fp = = 2 f cm kg 0,0236p = Compare as pressões calculadas, apenas a mudança da posição alterou significativamente o valor da pressão. 2 cm15 cm 2 cm 2 cm Observe que, como a massa da barra não é alterada, a força do seu peso per- manece com o mesmo valor: Pressão exercida em A Conforme a figura ao lado, temos de calcular a área de um quadrado cujos lados medem 2 cm, logo: Aquadrado = l2 = (2 cm)2 = 4 cm2 Levando em consideração que qualquer corpo é atraído pela gravidade da Terra e que dá origem a uma força chamada peso temos que: 24 708,0 cm kg p A Fp f= = 20,177 cm kg p f= Pressão exercida em B Na posição B, temos de calcular a face de um retângulo com as medidas mostradas ao lado: Aretângulo = 15 cm × 2 cm = 30 cm2 Observe que, como a massa da barra não é alterada, a força do seu peso permanece com o mesmo valor: 2 f cm30 kg708,0 p A Fp = = 2 f cm kg 0,0236p = Compare as pressões calculadas, apenas a mudança da posição alterou significativamente o valor da pressão. 2 cm15 cm 2 cm 2 cm Compare as pressões calculadas, apenas a mudança da posição alterou signifi- cativamente o valor da pressão. 16 Operadores de Estação de Tratamento de Água e Efluentes Outra analogia interessante é uma observação muito simples: o peso do seu próprio corpo em um colchão, quando você está deitado e em pé. Quando você deita, todo o peso do seu corpo fica em contato com a superfície do colchão. Quando você fica em pé, nota-se que, na área da “sola” do pé, o colchão afunda uma determinada profundidade, por causa da pressão. Pergunta Por que estudar pressão? Normalmente não percebemos, mas há várias forças atuando sobre o nosso corpo e sobre os demais objetos que nos rodeiam. A matéria, em qualquer estado físico que se apresente, ou seja, sólido, líquido ou gasoso, sofre a influ- ência dessas forças naturais. A pressão atmosférica Mesmo que não consigamos enxergar os gases na atmosfera, temos consciência de que ele existe quando sentimos, por exemplo, a sensação do vento no rosto. Assim como foi descrito no exemplo da pressão da barra de ferro, os gases também sofrem o efeito da atração da gravidade do planeta. Uma descrição da atmosfera é a camada de gases que envolvem o planeta devi- do à atração da gravidade. Levando em consideração que os gases que consti- tuem o ar são atraídos pela gravidade, eles também possuem peso. O valor da pressão, exercida pela atmosfera em nossos corpos e nos objetos que nos rodeiam, depende da temperatura e da altitude (altura em relação ao nível do mar), sendo que o maior valor possível de pressão atmosférica é no nível do mar. Conforme a elevação da altitude, a camada de gases que forma nossa atmosfe- ra torna-se mais rarefeita, diminuindo a sua densidade e, consequentemente, a sua pressão. Afinal, que valor é esse? Esse valor depende da unidade de medida de pressão que estamos nos referen- ciando. Há várias unidades de medida, as mais comuns no nosso dia a dia são atmosfera (atm), milímetros de mercúrio (mmHg) e kgf/cm 2, porém, há várias outras utilizadas nos meios científico e industrial, como: psi, pascal, quilopascal, lbf/pol 2 etc. 17Unidade 1 Operações Unitárias Cada pessoa tem em média uma superfície corporal de aproximadamente 1 m2 quando adulto (WIKIPÉDIA, 2010) e, ao nível do mar, a pressão atmosférica tem valor de 1 atm (ou 101.325 Pa). A pessoa não sente a pressão devido à presen- ça do ar que está contido no corpo e ao equilíbrio entre a pressão que atua de fora para dentro e de dentro para fora do corpo. Ao subir uma montanha, a pressão atmosférica diminui e o ar torna-se mais rarefeito. Pergunta Como pode ser medida a pressão atmosférica? Pressão absolutae pressão manométrica A pressão absoluta é a pressão total exercida em uma superfície, incluindo a pressão atmosférica, quando for o caso. É importante salientar que pode ser positiva ou nula (zero), mas nunca negativa. Em muitas situações, estamos interessados apenas na diferença entre a pressão interna de um reservatório e a externa (o ar, que está na pressão atmosférica do local), como, por exemplo, calibrar a pressão de um pneu de automóvel. Essa diferença é o que vemos na leitura no calibrador de pneus do posto de gasoli- na. Chamamos essa diferença de pressão manométrica, Pmanom, e o equipamen- to que executa essa leitura é chamado de manômetro. Pmanom = Pint - Pabs Onde, pmanom é a pressão manométrica no reservatório; pint é a pressão absoluta no interior do reservatório e pabs é a pressão absoluta do ambiente externo ao reservatório. A pressão manométrica pode ser negativa, positiva ou nula. Será negativa quando a pressão interna de um reservatório for menor que a pressão absoluta do ambiente externo. Um exemplo é retirar ar de um recipiente formando um vácuo parcial ou quando sugamos um canudinho de refrigerante. 18 Operadores de Estação de Tratamento de Água e Efluentes Pergunta Por que uma bola de isopor flutua na água enquanto que uma bola de ferro afunda? Por que um navio flutua no mar? Como funciona o canudo de refrigerante? Aula 4: Vazão Em algumas situações é importante conhecer o volume de água que passa em uma tubulação, por exemplo, em um determinado tempo. Quando fazemos isso, estamos medindo a vazão. Vazão (Q) é o volume de um fluido que passa em uma determinada área, ou seja, a vazão é a rapidez com a qual um volume se escoa. Na forma matemática, temos: Aula 4 – Vazão Em algumas situações é importante conhecer o volume de água que passa em uma tubulação, por exemplo, em um determinado tempo. Quando fazemos isso, estamos medindo a vazão. Vazão (Q) é o volume de um fluido que passa em uma determinada área, ou seja, a vazão é a rapidez com a qual um volume se escoa. Na forma matemática, temos: tempo VolumeVazão = equação 1 Em muitos casos, é necessário medir a vazão rapidamente. Um método interessante, de baixo custo e fácil de fazer, é utilizando-se um balde. Se você souber o volume desse balde, deve recolher a água cronometrando o tempo gasto para encher o recipiente. Por exemplo, se um barril de 200 litros demora 80 segundos para ser preenchido, a vazão será: sl5ou segundo litros5 segundos40 litros200Vazão == Atividades de Aprendizagem Você chegou ao final da primeira unidade! Caso tenha ficado com dúvidas, retorne ao conteúdo e entre em contato com seu tutor, pois isso poderá ajudá-lo. Agora, acesse o AVA e realize as atividades para testar seus conhecimentos! Relembrando Lembre-se: a pressão é uma força que atua em uma determinada área, enquanto que a vazão é a quantidade de um líquido ou de um gás que passa em um determinado tempo em uma determinada área, seja no interior de um tubo ou outro local. Em muitos casos, é necessário medir a vazão rapidamente. Um método interes- sante, de baixo custo e fácil de fazer, é utilizando-se um balde. Se você souber o volume desse balde, deve recolher a água cronometrando o tempo gasto para encher o recipiente. Por exemplo, se um barril de 200 litros demora 80 segun- dos para ser preenchido, a vazão será: Aula 4 – Vazão Em algumas situações é importante conhecer o volume de água que passa em uma tubulação, por exemplo, em um determinado tempo. Quando fazemos isso, estamos medindo a vazão. Vazão (Q) é o volume de um fluido que passa em uma determinada área, ou seja, a vazão é a rapidez com a qual um volume se escoa. Na forma matemática, temos: tempo VolumeVazão = equação 1 Em muitos casos, é necessário medir a vazão rapidamente. Um método interessante, de baixo custo e fácil de fazer, é utilizando-se um balde. Se você souber o volume desse balde, deve recolher a água cronometrando o tempo gasto para encher o recipiente. Por exemplo, se um barril de 200 litros demora 80 segundos para ser preenchido, a vazão será: sl5ou segundo litros5 segundos40 litros200Vazão == Atividades de Aprendizagem Você chegou ao final da primeira unidade! Caso tenha ficado com dúvidas, retorne ao conteúdo e entre em contato com seu tutor, pois isso poderá ajudá-lo. Agora, acesse o AVA e realize as atividades para testar seus conhecimentos! Relembrando Lembre-se: a pressão é uma força que atua em uma determinada área, enquanto que a vazão é a quantidade de um líquido ou de um gás que passa em um determinado tempo em uma determinada área, seja no interior de um tubo ou outro local. 19Unidade 1 Operações Unitárias Colocando em Prática Você chegou ao final da primeira unidade! Caso tenha ficado com dú- vidas, retorne ao conteúdo e entre em contato com seu tutor, pois isso poderá ajudá-lo. Agora, acesse o AVA e realize as atividades para testar seus conhecimentos! Relembrando Lembre-se: a pressão é uma força que atua em uma determinada área, enquanto que a vazão é a quantidade de um líquido ou de um gás que passa em um determinado tempo em uma determinada área, seja no interior de um tubo ou outro local. Saiba Mais Outros importantes conceitos de pressão são a pressão atmosférica, a pressão manométrica e a pressão absoluta, que podem ser encontrados no link: <http://pt.wikipedia.org/wiki/pressão_atmosférica>. Alongue-se Você finalizou os estudos da primeira unidade deste curso. Antes de retomar os estudos, descanse um pouco, vá até a cozinha e tome um copo de água, um café, converse um pouco. Mas não alongue muito sua conversa, pois ainda temos muitos assuntos pela frente. 21 Operações Unitárias 2Sistema de Abastecimento Objetivos do Curso Ao final desta unidade, você vai estar apto(a) a: � compreender a importância do tratamento de água para a saúde da população; � conhecer a origem da água e como é cap- tada até a estação de tratamento de água (ETA); � ter noções do sistema de bombeamento e quais são os principais tipos de bombas utilizados. Aula Aula 1: Introdução Aula 2: Formas de captação de água Aula 3: Abastecimento público de água Aula 4: Avaliação do sistema de bombeamento 22 Operadores de Estação de Tratamento de Água e Efluentes Para Iniciar Chegamos à nova etapa de nosso aprendizado, na qual teceremos co- mentários sobre a importância do tratamento da água que abastece a população e os benefícios que ela ocasiona. A seguir, discutiremos quais são as fontes e as formas de captação de água até sua chegada à estação de tratamento de água (ETA) e a evo- lução do sistema de bombeamento, sua origem e as principais bombas utilizadas atualmente. Aula 1: Introdução A água é uma substância essencial para o desenvolvimento e a sustentação de todos os tipos de vida conhecidos. A “água pura”, no sentido rigoroso da palavra, não existe na natureza, mas, em estado líquido, é um ótimo solvente a várias substâncias. Por isso ela é conside- rada o solvente universal. As impurezas presentes na água, tanto dissolvidas como em suspensão, é que vão determinar a sua qualidade, a sua possibilidade de consumo humano, ou seja, a potabilidade. As características físicas, químicas e biológicas é que determinarão a sua po- tabilidade. Essas características são determinadas por análises laboratoriais de amostras coletadas e também pela inspeção em campo. As principais características físicas que devem ser observadas para o consumo humano são: cor, turbidez, sabor, odor e temperatura. As principais característi- cas químicas são a dureza, salinidade, alcalinidade e corrosividade. Atenção Água potável é a água que pode ser consumida pelo homem ou pelos animais sem perigo de adquirir doenças por contaminação. 23Unidade 2 Operações Unitárias Portanto, a água consumida pelo ser humano deve obedecer a vários critérios de qualidade. Estes, por serem de fundamental importância para a qualidade de vida, são definidospor meio de leis e normas, nacionais e internacionais. No Brasil, a Resolução no 20, de 1986, do Conselho Nacional do Meio Ambiente (Conama), estabelece a classificação das águas próprias para consumo humano. De acordo com a resolução, quatro das cinco classes de água doce, apresenta- das a seguir, incluem entre seus usos preponderantes a destinação para abaste- cimento público considerando o tipo de tratamento requerido. � Classe Especial: águas destinadas ao abastecimento doméstico sem prévia ou simples desinfecção; � Classe 1: águas destinadas ao abastecimento doméstico após tratamento simplificado; � Classes 2 e 3: águas destinadas ao abastecimento doméstico após tratamen- to convencional. A classificação se dá por limites de parâmetro físicos, químicos, biológicos e radiológicos e a obediência a esses critérios determina que seleção da tecnolo- gia de tratamento deve ser adotada. Outro fator considerado para a seleção da tecnologia de tratamento é a própria característica da comunidade a ser benefi- ciada. A implantação de um sistema de abastecimentos público pode influenciar na melhoria da saúde da população, pois: � erradica doenças vinculadas com a má qualidade da água; � diminui o índice de mortalidade, sobretudo a infantil; � melhora as condições de higiene pessoal e do ambiente; � aumenta a média de vida da população; 24 Operadores de Estação de Tratamento de Água e Efluentes Aula 2: Formas de captação de água Dependendo do manancial a ser aproveitado, podem ser utilizadas as seguintes formas de captação (FUNDAÇÃO NACIONAL DE SAÚDE, 2006, p. 58): � superfície de coleta (água de chuva); � caixa de tomada (nascente de encosta); � galeria filtrante (fundo de vales); � poço escavado (lençol freático); � poço tubular profundo (lençol subterrâneo); � tomada direta de rios, lagos e açudes (mananciais de superfície). Figura 2 − Formas de captação Fonte: Fundação Nacional de Saúde (2006) Operações Unitárias 25Unidade 2 A primeira forma de captação de água descrita é a água de chuva que pode ser armazenada em de- pósitos chamados cisternas. São muito utilizadas em regiões com chuvas frequentes (alta pluviosi- dade) e para utilização individual, com a finalidade de abastecer um domicílio com água, desse modo não é meio de captação adequado para uma rede pública como um município. Conforme a Resolução conjunta IBAMA/SEMA/IAP publicada no Diário Oficial da União (BRASIL, 2007, p. 54): Água de encosta – são águas provenientes das precipitações pluviométricas incidentes sobre as florestas situadas a montante e que são liberadas de forma gradual formando estas lagoas ou pequenos reservatórios de encosta. A captação de águas de encosta é realizada em caixa de tomada com paredes impermeabilizadas para evitar a contaminação de águas de chuvas. Os poços escavados, também conhecidos como poços rasos ou freáticos, possuem um diâmetro de no mínimo 90 centímetros e são utilizados para o abastecimento individual ou coletivo para peque- nas comunidades. Os poços escavados utilizam água do lençol freático entre 10 e 20 metros de profundidade. Os poços tubulares profundos captam água do aquífero e também são denominados poços artesianos com diâmetro que podem variar de 150 a 200 milímetros com profundidade entre 60 e 300 metros (FUNDAÇÃO NACIONAL DE SAÚDE, 2006). LEnçOL FREáTIcO: Reservatório de água subterrânea decorrente da infiltração da água da chuva no solo. AqUíFERO: É uma formação geoló- gica de rochas porosas e permeáveis, onde há armazenamento de água subterrânea em grande quantidade e com va- zão elevadas, que pode ser explorado para uso humano. 26 Operadores de Estação de Tratamento de Água e Efluentes Nota Um aquífero é uma formação geológica de rochas porosas e permeá- veis onde há armazenamento de água subterrânea em grande quanti- dade e com vazão elevadas, que pode ser explorado para uso humano. E em alguns casos, a pressão da água é superior à atmosférica, poden- do “jorrar” na superfície. A quantidade de água que pode ser explorada em um poço tubular profundo depende das características geológicas do local. A captação de águas superficiais, como de rios ou lagoas, depende da observa- ção de uma série de fatores (FUNDAÇÃO NACIONAL DE SAÚDE, 2006): � dados hidrológicos da bacia hidrográfica; � nível de água nos períodos de estiagem e enchente; � características de potabilidade da água; � monitoramento da bacia hidrográfica para evitar fontes poluidoras; � distâncias dos pontos da retirada da água do manancial; � tratamento e abastecimento de água. Aula 3: Abastecimento público de água Segundo a Empresa de Saneamento do Estado de Mato Grosso do Sul (Sanesul, 2010): Um Sistema de Abastecimento de Água caracteriza-se pela retirada da água da natureza, adequação de sua qualidade, transporte até os aglomerados humanos e fornecimento à população em quantidade compatível com suas necessidades. Um sistema de abastecimento de água pode ser concebido para atender a pequenos povoados ou a grandes cidades, variando nas características e no porte de suas instalações. 27Unidade 2 Operações Unitárias O sistema de abastecimento de água, conforme Tsutiya (2004), pode ser dividi- do nas seguintes partes: � Manancial: local de onde é retirada a água bruta (água sem tratamento) po- dendo ser água superficial ou subterrânea. � Captação: sistema de equipamentos para a retirada da água do manancial para o sistema de abastecimento. � Estação elevatória: sistema utilizado para transferir a água às unidades se- guintes. � Adutora: conjunto de tubos utilizados para transporte da água ao longo do sistema de distribuição da água. � Estação de tratamento da água: sistema de equipamentos para tratar a água para adequar-se ao uso. � Reservação: reservatório de água tratada destinada a atender às variações de consumo da população ao longo do dia e precaver a continuidade do abastecimento no caso de paralisação da produção de água. � Rede de distribuição: sistema de tubulação e demais equipamentos destina- dos ao transporte da água aos consumidores. Figura 3 ‒ Unidades de um sistema de abastecimento de água Fonte: Fundação Nacional de Saúde (2006) 28 Operadores de Estação de Tratamento de Água e Efluentes Aula 4: Evolução do sistema de bombeamento O início de abastecimento em cidades com elevado número populacional em que se faz necessário construir sistemas de abastecimento de água, como foi registrado em Ausburgo, na Baviera, atual Alemanha, no qual eram utilizadas parafusos de Arquimedes para elevação das águas dos mananciais aos reserva- tórios. Figura 4 − Desenho de um parafuso de arquimedes Fonte: Educational Technology Clearinghouse (2009) O parafuso de Arquimedes é um dispositivo engenhoso que consiste de uma rosca, tal como utilizado em moedores de carne, dentro de um tubo, sendo que uma das extremidades fica submersa na água do rio ou do lago (manancial) e a outra extremidade é elevada ao local onde será o reservatório e com do giro da rosca a água é transportada ao longo do eixo até chegar à outra extremidade. Esse sistema também é utilizado na elevação de grãos. Atualmente, sua maior aplicação é em sistema de tratamento de esgoto, mas inicialmente foram utilizadas na irrigação e drenagem (RODRIGUES et al., 2001). 29Unidade 2 Operações Unitárias Porém, esse sistema é pouco utilizado no Brasil devido a suas restrições, que são (RODRIGUES et al., 2001, p. 2): � alto custo de manutenção; � baixa altura manométrica; � grande dificuldade de manutenção corretiva; � armazenamento de gases no interior do fuso; � perda de vazão elevada; � dificuldade em obtenção de peças de reposição. Conforme supracitado, para ter abastecimento em mananciais de origem sub- terrânea e/ou altas elevações, é necessário sistemas que utilizam bombas hidráulicas. Bombas Uma definição simples de bomba é um dispositivo que transforma a energia cinética, ouseja, a energia de um movimento, em energia mecânica útil para transferência de fluidos de uma localização à outra. Essa energia cinética pode ser gerada por um motor elétrico que está acoplado à bomba. Com a evolução dos sistemas elétricos e do motor elétrico, as bombas centrífu- gas passaram a dar preferência aos sistemas de abastecimento de água (TSUTIYA, 2004). 30 Operadores de Estação de Tratamento de Água e Efluentes Tipos de bombas Figura 5 ‒ Diagrama dos tipos de bombas hidráulicas Fonte: NIELIK, (1999, p. 14) Devido ao maior rendimento, ao menor custo de instalação, à operação e à manutenção, as bombas do tipo centrífugas são as mais utilizadas. Levando em consideração a importância das bombas para a instauração do abastecimento de água pública e do tratamento de esgoto, veremos de forma simples e clara as bombas centrífugas com as suas principais características. 31Unidade 2 Operações Unitárias Bombas centrífugas O princípio de funcionamento de uma bomba centrífuga está relacionado com a criação de duas zonas com pressão diferentes: de baixa pressão (sucção) e de alta pressão (recalque). Para que isso aconteça, é necessária a transformação da energia elétrica (se o motor ao qual está acoplado for elétrico) em energia cinética (como descrito anteriormente). Ao acionar o motor elétrico, o rotor (ou impulsionador) gira, deslocando e arrastando a parte do líquido que se encontra na proximidade das palhetas (ou pás) do rotor do centro para a periferia devido à força centrífuga. Existem três partes essenciais em uma bomba centrífuga: � Carcaça (ou corpo): essa parte envolve o rotor e acondiciona o fluido e o direciona para a saída da bomba (flange de recalque); � Rotor (ou impelidor): é um disco provido de pás (ou palhetas) que gira em uma velocidade adequada para impulsionar o fluido para a saída da bomba e é atuado por meio de um eixo acoplado a um motor elétrico; � Eixo de acionamento: transmite a força do motor elétrico ao rotor provocan- do o seu giro; Figura 6 − Principais partes de uma bomba centrífuga Fonte: Adaptado de Wikipédia (2010) 32 Operadores de Estação de Tratamento de Água e Efluentes Colocando em Prática Você finalizou a segunda unidade deste curso. Qualquer dúvida, retome as aulas desta unidade. Para prosseguir, realize as atividades disponí- veis no AVA. Relembrando Aqui, abordamos de forma breve e superficial as principais caracterís- ticas no processo de bombeamento das águas dos mananciais até a chegada na estação de tratamento de água (ETA). Vale ressaltar que em alguns lugares é utilizada a bomba de parafuso no bombeamento de esgoto para as estações de tratamento de esgoto (ETE). Saiba mais Para ler mais sobre o conteúdo estudado, acesse o link <http:// pt.wikipedia.org/wiki/Bomba_centrífuga>. Qualquer dúvida, retome as aulas desta unidade. Alongue-se Você concluiu a segunda unidade deste curso. Antes de retomar os es- tudos, coloque uma roupa bem confortável e dê uma caminhada. Este é um bom momento, pois ainda temos muitos assuntos a serem vistos. Depois, descanse um pouco e retome os estudos. 33 Operações Unitárias 3Estação de Tratamento de Água Objetivos do Curso Ao final desta unidade, você vai estar apto a: � identificar as principais operações típicas em uma estação de tratamento de água; � compreender os fundamentos das operações de separação utilizados. Aula Aula 1 – Introdução Aula 2 – As operações típicas em uma ETA (parte I) Aula 3 – As operações típicas em uma ETA (parte II) 34 Operadores de Estação de Tratamento de Água e Efluentes Para Iniciar Finalmente, discutiremos o assunto principal acerca do sistema de tra- tamento de água de abastecimento: a estação de tratamento de água (ETA). Focaremos em entender as principais operações e sua impor- tância para o processo todo. Para isso, vamos conhecer os processos típicos em uma estação comum. Aula 1: Introdução Conforme o que foi estudado nas unidades anteriores, para fornecer água potá- vel à população, a água passa por várias etapas e uma das principais é a esta- ção de tratamento de água, onde a água captada do manancial (lembre-se, que pode ser retiradas de rios, poços artesianos, lagos e barragens) é transferida para sofrer vários procedimentos até tornar-se potável, ou seja, que possa ser consumida sem riscos à saúde. Além da questão da potabilidade, esse tratamento pode ter também a finalida- de, conforme CASAN (2010): estética (correção de cor, turbidez, odor e sabor que são desagradáveis para o consumo) e econômica (redução de corrosivida- de, dureza, cor, turbidez, ferro, manganês, odor, sabor etc.). Portanto, todos os processos mencionados e descritos têm por objetivo: � remoção de partículas de impurezas grosseiras em flutuação ou em suspen- são é feita por meio de grades, crivos e telas; � remoção de partículas finas em suspensão ou em solução e de gases dissol- vidos; � retirada de micro-organismos prejudiciais à saúde humana por meio da desinfecção (remoção seletiva) e esterilização (destruição total da atividade microbiana); � correção do sabor e odor por meio de tratamentos químicos ou carvão ati- vado. Operações Unitárias 35Unidade 3 Nem toda água requer tratamento para abasteci- mento público. O critério para saber se ela vai pas- sar por um tratamento depende de sua qualidade ao comparar com padrões de potabilidade. Esse tratamento é realizado em diversas opera- ções, utilizando-se de processos físicos, físico-quí- micos e bioquímicos para a remoção ou redução da concentração de contaminantes que podem ser atingidos em várias etapas. As operações em uma estação de tratamento de água (ETA) típica são: � aeração; � mistura; � coagulação; � floculação; � sedimentação ou decantação; � filtração; � desinfecção ou esterilização; � carvão ativado. A instalação de uma ETA, para ser viável economi- camente, deve ter: eficiência; investimento reduzi- do na construção, na operação e na sua manuten- ção; ser de fácil manutenção e operação, e ter boa durabilidade. A seguir, vamos descrever com mais detalhes essas principais operações. ETA: Estação de tratamento de água. 36 Operadores de Estação de Tratamento de Água e Efluentes Aula 2: As operações típicas em uma ETA (parte I) Aeração A aeração, ou arejamento, é a troca de gases entre a água e o ar por meio de forte agitação. Seu objetivo principal é a remoção de gases dissolvidos (entre eles está o gás sulfídrico, H2S), compostos orgânicos voláteis e bactérias que oxidam facilmente. Essa operação é realizada pelo seguinte objetivo: � remoção de gases dissolvidos em excesso nas águas e também de substân- cias voláteis (gás carbônico que torna a água ácida; ácido sulfúrico que pre- judica a estética da água; outras substâncias voláteis que dão cor e sabor; e excesso de cloro e metano, que também dão cor e sabor); � adição de gases nas águas, como o oxigênio, para provocar a oxidação de compostos ferrosos e manganosos auxiliando em sua remoção e operações posteriores. A aeração é empregada em águas de mananciais que possuem carência ou ex- cesso de gases e/ou substâncias voláteis como águas subterrâneas (de poços); águas profundas de grandes represas e águas captadas em galerias de infiltra- ção que consiste em um sistema de drenagem subsuperficial das águas cons- tituído de vários drenos que encaminham a água a um coletor central, normal- mente um poço, para a sua captação. Mistura É muito importante para o bom desempenho das outras operações subsequen- tes a decantação, coagulação e filtração. Essa operação consiste em misturar rapidamente um coagulante ou outro reagente químico na água de forma ho- mogênea e rápida antes que as reações químicas se completem. Operações Unitárias 37Unidade 3 A mistura geralmente é executada por agitação intensa por intermédio de um sistema mecânico (utilizando agitadores) ou por sistema hidráuli- co, sendo a calha Parshall mais empregada, poismistura a água e os produtos químicos e permite medir a vazão. Como regra geral, a unidade (ou câmaras) de mis- tura rápida deve ficar o mais próximo possível dos tanques de floculação. coagulação Na água retirada dos mananciais, além de partí- culas em suspensão (sujeira, terra etc.), existem impurezas que se encontram em suspensão fina, estado coloidal ou suspensão (bactérias, protozoá- rios e plâncton). As partículas coloidais têm aspecto gelatinoso e são extremamente pequenas e permanecem em suspensão sendo muito difícil separar da água por sedimentação ou filtração que são operações rela- tivamente simples e baratas. Para que haja a separação das partículas coloidais, é necessário a operação de coagulação, que consiste na adição de sulfato de alumínio (ou outro coagulante, como cloreto férrico) em con- centração e pH adequado. Após essa adição, ocorrem vários fenômenos físico-químicos entre as partículas coloidais e o coagulante formando um precipitado, sólido formado na reação química, resultando em aglomerados gelatinosos que se reúnem produzindo os flocos (floculação). Nota O pH, segundo Wikipédia (2010), é o sím- bolo da grandeza físico-química “poten- cial hidrogeniônico”. Essa grandeza indica a acidez, a neutralidade ou a alcalinidade. PH: Potencial Hidrogeniônico. 38 Operadores de Estação de Tratamento de Água e Efluentes O coagulante mais utilizado é o sulfato de alumínio, Al2(SO4)3 dissolvido em água, que é adicionado na entrada da água bruta na estação, onde se tem a mistura rápida. Para que o pH seja corrigido, de acordo com análises laborato- riais, pode ser adicionada cal à água, podendo também ser utilizada cal virgem, cal hidratada, barrilha, bicarbonato de sódio. A reação entre o coagulante e a alcalinidade é rápida, ocorrendo em poucos se- gundos. Além do sulfato de alumínio, outros coagulantes são utilizados, como sulfato ferroso, sulfato ferroso clorado, sulfato férrico, cloreto férrico etc. O sulfato de alumínio é dissolvido em água e armazenado em tanques para ser aplicado por dosadores instalados nos misturadores rápidos (calha Parshall). Aula 3: As operações típicas em uma ETA (parte II) Floculação Após a coagulação, as partículas coloidais ficam prontas para serem agrupadas pela força mecânica dos floculadores. A floculação é um processo de separação por meios mecânicos, que visa a aglutinar partículas minúsculas coaguladas em agitação prolongada. Os floculadores possuem um motor elétrico que se mantém em movimen- to contínuo e em turbulência relativamente suave para que, enquanto a água passa pelos floculadores, as partículas de contaminantes possam colidir com as partículas sólidas suspensas e, aderindo umas as outras, aumentem de tamanho e densidade, o que facilita a sua remoção por decantação. O equipamento de floculação consiste em câmaras de floculação que são providas, cada uma, geralmente de doze floculadores dispostos em três fileiras perpendiculares, no sentido do escoamento. Assim, a água passa por três zonas de turbulência (alta, média e baixa), que decrescem no sentido do fluxo. 39Unidade 3 Operações Unitárias Atenção A floculação e decantação são as operações que mais requerem a aten- ção em uma ETA, pois a sua falha pode acarretar a falta de qualidade da água. Sedimentação ou decantação Depois da formação dos flocos, ocorre a sedimentação ou decantação, que é um dos processos mais comuns encontrados em uma ETA. Seu princípio de funcionamento baseia-se basicamente na separação de sólidos que não foram dissolvidos na água. Reflita Ao pegar um copo com água barrenta proveniente da chuva, observe que seu aspecto é turvo e com algumas partículas, ou seja, sólidos não dissolvidos que se encontram em suspensão. Ao deixar o copo várias horas em repouso, você vai notar que a água estará menos turva, ou seja, mais límpida, e que haverá a deposição de sólidos no fundo do copo devido à ação da gravidade que separa os sólidos não dissolvidos da água. A decantação é uma operação de preparo para a filtração. Quanto melhor for a decantação, melhor será a filtração. Há vários tipos de decantadores que podem ser classificados pelos seguintes critérios: a Escoamento da água: � decantadores de escoamento horizontal; � decantadores de escoamento vertical. b condições de funcionamento: � decantadores do tipo clássico, ou convencional, que recebem a água já floculada e nos quais se processa apenas a sedimentação; � decantadores com contato de sólidos, do tipo dinâmico compacto ou acelerado. São unidades mecanizadas que promovem simultaneamente a agitação, a floculação e a decantação. Há muitos tipos patenteados. � decantadores com escoamento laminar (tubulares ou de placas): são do tipo mais recente de maior eficiência. 40 Operadores de Estação de Tratamento de Água e Efluentes Filtração A filtração é um processo físico que consiste na passagem da água em um meio poroso que tenha um diâmetro adequado para a finalidade de reter partículas sólidas que estão em suspensão com a água. Os filtros podem ser rápidos ou lentos, dependendo da velocidade de filtração. Filtração lenta É quando a velocidade com a qual a água atravessa o leito filtrante é baixa. É muito usada ainda, principalmente em pequenas cidades, para o tratamento das águas de abastecimento. No filtro lento, as taxas de filtração estão entre 3 a 9 m3/m2.dia. Na camada superficial é que ocorre a filtração. Na camada da superfície do leito do filtro pode haver a formação de uma camada biológica gelatinosa, constituída por micro-organismos, como bactérias, algas e plânctons, que executam uma fun- ção bactericida. Figura 7 ‒ Desenho do corte do filtro lento detalhado O filtro lento, conforme demonstrado na Figura 7, é formado basicamente de um tanque com uma camada de areia fina, com espessura de 90 cm a 1,2 m sobre uma camada de cascalho, esta com espessura de 0,2 a 0,45 m. Em geral, em cima da camada, há um sistema de drenagem para recolhimento da água filtrada. 41Unidade 3 Operações Unitárias Filtração rápida É quando a velocidade com a qual a água atravessa o leito filtrante é elevada. A filtração rápida é mais utilizada do que a filtração lenta e é um ponto crítico na estação de tratamento que exige uma cuidadosa operação. São vantagens da filtração lenta: � não utiliza produtos químicos nem energia elétrica; � pode-se obter água de características menos corrosiva; � os equipamentos e aparelhos empregados são mais simples; � exige operação mais simples. Suas desvantagens: � grande área para a construção das instalações; � pouca eficiência para a redução de cor; � baixa flexibilidade para adaptação às demandas de emergência; � tem de utilizar águas com pouca turbidez (até 50 ppm), porque opera com taxas de filtração muito baixas. Além da classificação entre filtração lenta e rápida, podemos destacar: � Filtração ascendente: comum no leito de areia, é uma tentativa de tornar mais econômico o tratamento da água pela filtração rápida. É utilizada para a clorificação de águas de pouca turbidez e baixo conteúdo mineral. Tem o fluxo no sentido inverso (de baixo para cima), sendo lavado periodicamente de maneira usual, isto é, com uma corrente de água, de baixo para cima, de velocidade adequada. � Filtração direta: para tratamento de certas águas que apresentam condições favoráveis, pode-se dispensar a decantação, procedendo-se diretamente à filtração rápida. Para usar a filtração rápida, a turbidez não pode ser elevada e a cor deve ser relativamente baixa: com a turbidez inferior a 40 ppm e cor que permita dosagens baixas de coagulante. Após a mistura rápida, pode-se proceder à coagulação em floculadores para então passar para a filtração. Desinfecção ou esterilização Não atua na remoção de patógenos, ou seja, micro-organismos nocivos à saúde humana. Apenas alguns agentes desinfetantes podem ser usados nas águas de abastecimento. A sua escolha deve ser determinadaobservando-se os seguintes critérios: 42 Operadores de Estação de Tratamento de Água e Efluentes � destruir, de forma eficiente, os micro-organismos patógenos presentes na água; � não constituírem por si nem virem a formar-se com impurezas presentes na água que possam ser prejudiciais à saúde humana; � manter seu poder de desinfecção após sua mistura com a água de abasteci- mento (ação residual); � não alterar as propriedades de potabilidade da água, como cor, sabor, odor etc.; � não ter perigo no seu manuseio, possuir fácil aplicação, ser seguro e econô- mico. Esse tratamento se dá pela adição de substâncias oxidantes fortes. Os mais utilizados são: � cloro e seus compostos (hipoclorito de sódio, hipoclorito de cálcio ou di- óxido de cloro): de acordo com Ferreira Filho, Hespanhol e Piveli, (2003), é o processo de desinfecção mais utilizado nas estações de tratamentos de águas de abastecimento brasileiras; � ozônio (O3): por ser um agente oxidante muito forte, destrói toda a matéria orgânica quando aplicado em dosagem suficiente, porém, sua aplicação é difícil. Por isso, a escolha dele como agente desinfetante acontece somente quando a aplicação de cloro acarreta problemas de odor e sabor; � luz ultravioleta: não utilizado em tratamento de águas de abastecimentos público, sendo utilizado em instalações domiciliares ou industriais, consiste na exposição de um filme de água à luz ultravioleta produzida por lâmpadas especiais. A dosagem de cloro, a cloração, como afirma Sabesp (2008), pode ter outros benefícios: � auxiliar na redução da cor no processo de coagulação; � reduzir gosto e odor da água; � reduzir o potencial para criação de condições sépticas do lodo depositado; � reduzir e controlar o crescimento de matérias orgânicas no meio filtrante e nas paredes dos decantadores. Por essas razões, o residual de cloro é mantido ao longo do processo. A pós- cloração tem a finalidade de proteger a água contra possíveis contaminações no sistema de distribuição. Por isso, o cloro residual livre na água tratada é mantido em torno de 1,5 ppm (mg/l). 43Unidade 3 Operações Unitárias Quando é utilizado gás cloro, conforme Sabesp (2008), ele é fornecido na forma de cloro líquido, que é transportado por caminhões-tanque com capacidade para 18 toneladas. O cloro líquido passa para o estado gasoso por meio dos evaporadores instalados na casa de química, para ser dosado por cloradores de controle automático. O gás cloro é misturado à água tratada e aplicado nos diversos pontos do processo sob forma de ácido hipocloroso. Após a cloração temos a fluoretação, na qual o flúor é aplicado na água para prevenir a cárie dentária. Finalmente, após todas essas operações, é realizada a medição dessa água. Caso seja necessário corrigir o pH, é aplicada uma quantidade de cal hidratada ou carbonato de sódio. Esse procedimento é realizado para corrigir o pH da água e preservar a rede de encanamentos de distribuição. carvão ativado A pré-cloração em excesso e o carvão ativado, de acordo com Marchetto e Fer- reira Filho (2005), são usados para remover os compostos que produzem odores e gosto. Colocando em Prática Você chegou ao final de mais uma unidade. Acesse o AVA e realize a atividade relacionada aos temas estudados. Caso você tenha alguma dúvida, entre em contato com seu tutor. Relembrando As operações típicas em uma estação de tratamento de água de abas- tecimento são baseadas, principalmente, em processos de baixo custo de operação e manutenção com o objetivo de retirar as impurezas (tanto em suspensão como dissolvidas) presentes nas águas captadas de mananciais, tornando-a potável, ou seja, própria para consumo. Há diversas variações das etapas aqui descritas, mas a escolha das etapas do processo de tratamento de água vai depender dos seguintes fatores: qualidade da água bruta, tipo de manancial, custo de operação e custo de manutenção. 44 Operadores de Estação de Tratamento de Água e Efluentes Saiba Mais Para complementar seus estudos, não deixe de visitar o site da Sanesul, no link: <http://www.sanesul.ms.gov.br/default.aspx?tabid=200>. Alongue-se Você terminou a primeira parte do curso! Antes de continuar seus es- tudos na segunda parte, sobre o sistema de tratamento de esgoto, dê uma caminhada, nem que seja para ir à padaria. Tome seu café e volte aos estudos. 45 Operações Unitárias 4 O Sistema de Tratamento de Esgoto Objetivos do Curso Ao final desta unidade, você terá subsídios para: � compreender a importância do sistema de tra- tamento de esgoto para a saúde da população e ao meio ambiente; � conhecer os principais organismos patógenos aos seres humanos que podem estar presentes em um esgoto sanitário não tratado; � conhecer os principais componentes no sistema de captação de esgoto até a estação de trata- mento de esgoto. Aula Aula 1 – Introdução Aula 2 – Os organismos patógenos Aula 3 – O sistema coletor de esgoto 46 Operadores de Estação de Tratamento de Água e Efluentes Para Iniciar Iniciamos agora a última parte, o sistema de tratamento de esgoto, e adotamos uma forma de abordagem similar ao que fizemos no sistema de tratamento de água de abastecimento. Nesta unidade, daremos en- foque à importância e às principais partes de um sistema de tratamen- to de esgoto. Na unidade seguinte, abordaremos com mais detalhes e discussão a estação de tratamento de esgoto. Aula 1: Introdução De uma maneira sucinta, esgoto sanitário são os “resíduos líquidos gerados da utilização doméstica ou industrial da água de abastecimento” (DA-RIN et al., 2008, p. 21). Também podendo ser chamados “águas servidas”, “águas residuá- rias”, “despejos líquidos”, “esgotos”, ou “efluentes líquidos”. Além do abastecimento de água potável à população, o saneamento básico tem outra função essencial, a coleta do esgoto para o tratamento. Os objetivos são semelhantes ao do abastecimento público: melhoria das condições de saúde para a população, evitando a contaminação e proliferação de doenças, e a pre- servação do meio ambiente. Em situações precárias de saneamento, principalmente quando o ser humano é exposto ao esgoto, há grande possibilidade de evolução de uma doença trans- missível. Tal exposição, de acordo com Gonçalves (2003), pode acarretar que a população seja contaminada por bactérias, vírus entéricos (aqueles que se multiplicam no trato gastrointestinal dos seres humanos) e parasitas intestinais (protozoários e helmintos) presentes no esgoto sanitário. Conforme Gonçalves (2003, p. 2-3) descreve, a transmissão de doenças pelo esgoto pode ser favorecida pelos seguintes fatores: � carga alta excretada no esgoto; � baixa dose para infecção do patógeno; � baixa imunidade da população; � sobrevivência do patógeno por um longo período no meio ambiente; 47Unidade 4 Operações Unitárias � inexistência de período de latência do patógeno no meio ambiente; � permanência do patógeno no organismo de animais; � inexistência de hospedeiros intermediários, isto é, o patógeno pode atacar o homem sem a necessidade de se incubar em outro hospedeiro animal; � resistência do patógeno aos processos de água e esgotos; � múltiplos modos de transmissão (ingestão, contato com a pele ou pela res- piração). O objetivo do tratamento de esgoto é a retirada de poluentes da água que po- dem ser nocivos à saúde humana pelos processos biológicos, químicos ou por meio de simples operações físicas. A construção de um sistema de coleta e tratamento de esgoto em uma popula- ção tem como objetivo: � retirada de esgoto da comunidade, evitando problemas de saúde; � tratamento e disposição adequada dos esgotos tratados para preservação do meio ambiente. São benefícios gerados pela coleta e tratamento de esgoto: � conservação do meio ambiente e seus recursos naturais; � melhoria das condições de higiene da comunidade; � retirada de focos de contaminação de diversas doenças transmissíveis. A legislação brasileiraComo é possível notar, o tratamento de água de abastecimento público e de es- goto sanitário é do interesse coletivo – mais do que isso, de toda a nação. Para assegurar a qualidade, são legisladas várias leis. O órgão público que regulamenta, em nível nacional, a qualidade da água para consumo humano e para o descarte de esgoto, é o Conselho Nacional do Meio Ambiente (Conama), que estabeleceu no artigo 21 na Resolução Conama no 20, de 18 de junho de 1986, as regras de lançamentos efluentes em corpos de água ou de esgotos: Artigo 21 – Os efluentes de qualquer fonte poluidora poderão ser lançados, direta ou indiretamente, nos corpos de água desde que obedeçam às seguintes condições: 48 Operadores de Estação de Tratamento de Água e Efluentes � pH entre 5 e 9; � temperatura: inferior a 40°C, sendo que a elevação de temperatura do corpo receptor não deverá exceder a 3°C; � materiais sedimentáveis: até 1 ml/l em teste de 1 hora em cone Imhoff. Para o lançamento em lagos e lagoas, em que velocidade de circulação seja praticamente nula, os materiais sedimentáveis deverão estar virtualmente ausentes; � regime de lançamento com vazão máxima de até 1,5 vezes a vazão média do período de atividade diária do agente poluidor; � óleos e graxas: � óleos minerais até 20 mg/l; � óleos vegetais e gorduras animais até 50 mg/l. � ausência de materiais flutuantes; � valores máximos admissíveis das seguintes substâncias: Quadro 1 − Valores máximos admissíveis das substâncias relacionadas para lançamento de esgoto Amônia 5 mg/l N Arsênio total 0,5 mg/l As Bário 5 mg/l Ba Boro 5 mg/l B Cádmio 0,2 mg/l Cd Cianetos 0,2 mg/l CN Chumbo 0,5 mg/l Pb Cobre 1 mg/l Cu Cromo hexavelente 0,5 mg/l Cr Cromo trivalente 2 mg/l Cr Estanho 4 mg/l Sn Índice de fenóis 0,5 mg/l C6H5OH Ferro solúvel 15 mg/l Fe Fluoretos 10 mg/l F Manganês solúvel 1 mg/l Mn Mercúrio 0,01 mg/l Hg Níquel 2 mg/l Ni Prata 0,1 mg/l Ag 49Unidade 4 Operações Unitárias Selênio 0,05 mg/l Se Sulfetos 1 mg/l S Sulfito 1 mg/l S03 Zinco 5 mg/l Zn Compostos organofosforados e carbonatos totais 1 mg/l em Paration Sulfeto de carbono 1 mg/l Tricloroeteno 1 mg/l Clorofórmio 1 mg/l Tetracloreto de carbono 1 mg/l Dicloroeteno 1 mg/l Compostos organoclorados não listados anteriormente (pestici- das, solventes etc.) 0,05 mg/l Outras substâncias em concen- trações que poderiam ser pre- judiciais, de acordo com limites a serem fixados pelo Conama. Fonte: BRASIL. Resolução no 20, de 18 de junho de 1986, Brasília, 18 de junho de 1986; � tratamento especial se provier de hospitais e outros estabelecimentos nos quais haja despejos infectados com micro-organismos patogênicos. O lançamento de esgoto, advindo tanto da população como das indústrias, deve seguir essas normas. Aula 2: Os organismos patógenos Conforme visto na aula passada, há várias classes de micro-organismos que podem causar problemas de saúde ao homem. Nesta aula, vamos descrever os principais patógenos presentes no esgoto sanitário. 50 Operadores de Estação de Tratamento de Água e Efluentes Bactérias Estão em maior quantidade no esgoto sanitário do que os outros organismos. De acordo com Gonçalves (2003), são seres do reino monera, de apenas uma única célula (unicelulares), invisíveis a olho nu, não têm núcleo definido (proca- rióticos) e reproduzem-se por divisão de sua única célula. Quanto à sua nu- trição, as bactérias obtêm seu alimento de matéria orgânica morta, animal ou vegetal; portanto, o esgoto sanitário é um meio propício a esse tipo de bactéria, que são chamadas de saprófitos. Há também espécies de bactérias que produ- zem o seu próprio alimento, da mesma maneira que os vegetais superiores: por fotossíntese. Atenção Outro detalhe importante é que há espécies de bactérias que necessi- tam do oxigênio para a sua sobrevivência (bactérias aeróbicas), portan- to, a ausência de oxigênio pode matá-las e há também bactérias que não necessitam de oxigênio para a sua sobrevivência (bactérias anaeró- bicas) podendo mesmo sobreviver no sedimento (fundo) de ambientes aquáticos. Uma grande parte da população de bactérias presente no esgoto sanitário está presente no trato gastrointestinal dos seres humanos (ex.: E. coli, Klebsiella spp. e Enterobacter spp.), sendo que não causam nenhum mal à saúde. Dentre essas bactérias que habitam o trato gastrointestinal humano e no esgo- to sanitário, destaca-se o grupo das bactérias coliformes fecais (ou também de- nominadas coliformes termotolerantes) que, devido às suas características, foi escolhido como organismo indicador de contaminação de águas de um modo global. Normalmente, esses organismos indicadores não são causadores de do- enças, porém, estão associados à provável presença de organismos patogênicos de origem fecal na água (GONÇALVES, 2003). Além das bactérias não patogê- nicas, oriundas do trato intestinal de humanos e animais, os esgotos sanitários também contêm bactérias patogênicas que causam doenças gastrointestinais em humanos, como febre tifoide, cólera, diarreia e disenteria (ex.: Salmonella spp. e Shigella spp.). Geralmente, são os organismos patogênicos mais sensíveis à ação de desinfe- tantes físicos e químicos. 51Unidade 4 Operações Unitárias Vírus São pequenos agentes infecciosos constituídos de uma ou várias moléculas de material genético revestidos por um envoltório proteico formado por uma ou várias proteínas, o qual pode ainda ser revestido por um complexo envelope contendo lipídios que necessitam da célula de outros organismos para a sua reprodução. Os vírus são os menores patógenos conhecidos. Os vírus de maior interesse, com relação ao esgoto, são os chamados vírus entéricos, ou seja, vírus que sobrevivem e reproduzem-se no trato gastrointes- tinal humano. Apresentam sobrevivência similar ou um pouco superior as das bactérias no meio ambiente (GONÇALVES, 2003), sendo mais resistentes aos processos de tratamentos dos esgotos. Os vírus entéricos podem causar vários tipos de doenças que não são restritos ao aparelho digestivo, destacando-se as seguintes doenças: hepatite infecciosa (vírus da hepatite A), as gastroenterites (enterovírus e parvovírus) e as diarreias (rotavírus e adenovírus). Protozoários Os protozoários são micro-organismos unicelulares classificados no reino pro- tista, possuem núcleo celular (eucariontes) e alimentam-se de matéria orgânica morta, animal ou vegetal. Os protozoários patogênicos aos seres humanos presentes nos esgotos sanitá- rios mais comuns são: Entamoeba histolytica, Giardia lamblia e Balantidium coli (GONÇALVES, 2003). Os protozoários, relacionados aos esgotos sanitários, têm duas fases de vida: um estágio de alimentação e reprodução no trato intestinal do hospedeiro e um estágio inativo, ocorrendo a formação de uma cápsula protetora (cisto), que são excretados do organismo hospedeiro para um novo processo de infecção. Os cistos são resistentes no meio ambiente, são mais resistentes do que as bacté- rias e os vírus à ação de desinfetantes utilizados no tratamento de água e esgo- tos. Contudo, o seu tamanho, de 4 mm a 60 mm, e a sua densidade favorecem a sua remoção por separação física com a sedimentação e a filtração. 52 Operadores de Estação de Tratamento de Água e Efluentes Helmintos ou vermes parasitários Os helmintos, ou vermes parasitários, são pertencentes ao reino animal e mui- tos são parasitas dos seres humanos. Os esgotos possuem ovos e larvas que são visíveis apenas ao microscópio, mas não são classificados como micro-organis- mos por serem seres de tamanhos maiores. Seus ovos são resistentes no meio ambiente e aos tratamentos de desinfetantes usuais, sendo que os processos mais eficazes para a sua remoção nos esgotos são por processos de separação físicos como a filtração e a sedimentação, devido ao tamanho e à densidade de seus ovos e larvas. A contaminação pelos seres humanos pode ser pela inges- tão de ovos ou larvas, por exemplo, Ascaris lumbricoides, oupor penetração de larvas pela pele, por exemplo, Ancylostoma duodenale. Aula 3: O sistema coletor de esgotos Após a utilização da água de abastecimento à população, é necessário coletar o esgoto em sistemas adequados. As principais partes de um sistema coletor de esgotos são: � Ramal predial: compreende as tubulações no interior das residências onde será captada a água servida em pias, vasos sanitários, chuveiros etc. � Coletor secundário: é a canalização que encaminhará o esgoto captado de vários ramais prediais para os troncos coletores ou principais, possuindo um diâmetro maior. � Interceptores: são as tubulações nos fundos de vales que margeiam cursos de água. Eles transportam o esgoto para as sub-bacias, evitando que eles sejam despejados nos cursos de água e possuem um diâmetro, geralmente, superior aos coletores secundários. � Emissário: é a tubulação que encaminha todo o esgoto à estação de trata- mento de esgoto (ETE) e/ou, quando houver, o lançamento em um determi- nado local. Operações Unitárias 53Unidade 4 � Elevatória: quando houver a necessidade de elevar o esgoto a alturas maiores, é necessário o seu bombeamento para um nível com altu- ra maior e, a partir desse novo nível, o esgoto pode ser transportado novamente por gravi- dade. As unidades que realizam esse bombea- mento são denominadas unidades elevatórias e as tubulações entre a unidade de bombeamen- to até no novo nível de altura são chamadas linhas de recalque. � Estação de tratamento de esgoto (ETE): sua finalidade já foi descrita anteriormente, é o local onde o esgoto finalmente será tratado para ser descartado adequadamente. � Disposição final: após tratado, o esgoto está adequado para seu descarte sem prejudicar a população e o meio ambiente, sendo ge- ralmente lançado em corpos de água ou, em alguns casos, no solo. Nesses dois casos, é necessário levar em conta se ainda existe a presença de patógenos e/ou materiais pesados, como chumbo, níquel etc. � Poços de visita: são instalações complementa- res destinadas à inspeção e limpeza nas diver- sas etapas desse processo. Colocando em Prática Vocêv finalizou a penúltima unidade, falta pouco para concluirmos este curso! Ago- ra, acesso o AVA e realize as atividades para testar seus conhecimentos. ETE: Estação de tratamento de esgoto. 54 Operadores de Estação de Tratamento de Água e Efluentes Relembrando Um fator essencial para o desenvolvimento da qualidade de vida de uma população é o tratamento de esgoto, que são gerados pela utiliza- ção doméstica ou industrial, água de abastecimento visando à melhoria da saúde humana, evitar a contaminação e a proliferação de doenças e a preservação do meio ambiente. O sistema de tratamento de esgoto não compreende apenas a estação de tratamento de esgoto. É necessário um processo para recolher o esgoto em cada domicílio e encaminhá-lo para o seu tratamento. Os equipamentos e as características de cada sistema de esgoto depen- dem de fatores variados, como a quantidade de sólidos presentes e o relevo geográfico do município atendido. Saiba Mais Para saber mais sobre as principais doenças que podem ser transmi- tidas por águas contaminadas ou poluídas, acesse os links: <http:// www.brasilescola.com/geografia/tratamento-de-agua-e-esgoto.htm> e <http://www.tratamentodeagua.com.br>. Alongue-se Você vai passar agora para a última unidade deste curso. Antes disso, vista uma roupa confortável e relaxe um pouco assistindo a um bom filme. Quando você estiver mais descansado, retome os estudos na última unidade. 55 Operações Unitárias 5Estações de Tratamento de Esgoto (ETE) Objetivos do Curso Ao final desta unidade, você terá subsídios para: � compreender os princípios físicos, químicos e biológicos envolvidos em uma estação de tratamento de esgoto sanitário usual. � identificar as principais etapas em uma esta- ção de tratamento de esgoto. Aula Aula 1 – Níveis de tratamento Aula 2 – Processos de tratamento preliminar Aula 3 – Processos de tratamento primário Aula 4 – Tipos de tratamento secundário (parte I) Aula 5 – Tipos de tratamento secundário (parte II) 56 Operadores de Estação de Tratamento de Água e Efluentes Para Iniciar Estamos na reta final deste curso; enfim, vamos concluir os assuntos acerca da estação de tratamento de esgoto (ETE). Como foi visto na unidade anterior, é essencial a verificação do tratamento adequado do esgoto antes do seu lançamento, pois ele pode afetar a saúde humana e o meio ambiente. Aula 1: Níveis de tratamento Como visto na unidade anterior, o tratamento do esgoto sanitário é essencial para a melhoria da qualidade de vida de uma população. A devolução do esgo- to ao meio ambiente deve ter um tratamento seguido do lançamento adequado no corpo receptor que pode ser um rio, uma lagoa ou o oceano. Nota Outro fato que merece a atenção é que há localidades em a água das chuvas (esgoto pluvial) é misturado ao esgoto sanitário, pois utiliza o mesmo sistema. Os processos de um tratamento de esgoto sanitário geralmente são formados por uma série de operações simples, mas que podem diferenciar-se muito de- pendendo do volume de esgoto a ser tratado e a sua composição. De acordo com Gonçalves (2003), esses processos são usualmente classificados pelos seguintes níveis: � Preliminar: seu objetivo é a remoção de sólidos grosseiros (sacolas plásti- cas, pedras, areia etc.) por mecanismos físicos simples como gradeamento, peneiramento e sedimentação; 57Unidade 5 Operações Unitárias � Primário: seu objetivo é a retirada de sólidos sedimentáveis baseados em processos físico-químicos, não grosseiros, que são mais pesados que a parte líquida, como a areia pela sedimentação, indo para o fundo dos decantado- res, formando o lodo primário bruto que é retirado do fundo por raspadores mecanizados, tubulações ou bombas. Esses sólidos sedimentados no fundo dos decantadores podem promover a ação dos seres vivos que não necessi- tam do oxigênio, os micro-organismos anaeróbicos. Atenção O lodo primário, como descrito anteriormente, é o material sólido sedi- mentável presente no esgoto sanitário. � Secundário: seu objetivo é a remoção da matéria orgânica e nutrientes (fós- foro e nitrogênio). Nesse momento, são utilizados principalmente mecanis- mos biológicos para atingir esse objetivo. � Terciário: destina-se à eventual retirada de poluentes específicos ou a remo- ção complementar não suficientemente removido no processo secundário. A remoção dos organismos patogênicos pode ocorrer no nível secundário ou terciário, dependendo da escolha do sistema adotado. Aula 2: Processos do tratamento preliminar Conforme visto na aula anterior, a principal função do tratamento preliminar é a retirada de sólidos grosseiros. Veremos agora suas principais etapas: 58 Operadores de Estação de Tratamento de Água e Efluentes Gradeamento É o primeiro processo em uma estação de tratamento de esgoto (ETE). Consiste em uma tela com grades de aço ou de ferro, com um determinado espaçamen- to visando à retirada de sólidos grosseiros, porém, esse espaçamento entre as barras deve ser adequadamente projetado para evitar grandes perdas de car- gas. Nota De um modo simples, perda de carga é a perda de energia do movi- mento de um líquido devido a obstáculos que dificultam o seu livre movimento. Os tipos mais comuns retidos pelas grades são: pedaços de papel, pedaços de pano, pedaços de plástico, pedaços de madeira, pedaços de algodão, fraldas descartáveis, absorventes higiênicos, pequenos animais mortos, cabelo etc. Os destinos para esses materiais podem ser incineração, aterramento em valas ou aterros sanitários. Com o passar do tempo, essas grades estarão com vários materiais sólidos, que devem ser retirados com o uso de rastelos ou por meios mecânicos. Para grades de barras manuais, recomenda-se espaçamento normalmente de 25 mm e, para grades de barras mecanizadas, normalmente são usadas grades finas comespaçamento entre 10 mm e 20 mm. caixa de areia ou desarenação Logo após o gradeamento, o esgoto passa por um compartimento chamado de tanque de areia, com o objetivo de iniciar a sedimentação de partículas em suspensão que estão insolúveis e com densidade elevada. Os sólidos sedimentáveis são, geralmente, constituídos de materiais minerais como areia, pedriscos, silte e cascalho. De todo modo, a matéria orgânica, que possui um tempo de sedimentação bem maior, permanece em suspensão, se- guindo para as unidades seguintes. 59Unidade 5 Operações Unitárias O principal objetivo da etapa é a retirada da areia para evitar a corrosão por abrasão de tubulações e equipamentos e a obstrução destes. Outro fato impor- tante é que o lodo que se formará nas futuras etapas não terá na sua composi- ção a areia, o que facilitará seu manuseio e transporte. O material sólido retirado é armazenado para o seu descarte adequado. Aula 3: Processos de tratamento primário Como visto na Aula 1 desta unidade, o tratamento primário é constituído unica- mente por processos físico-químicos. Nessa etapa, ocorre inicialmente a medi- ção de vazão e a mistura de produtos químicos, caso necessário, e os processos separação dos sólidos insolúveis em suspensão por meio de processos simples como floculação ou filtração, que veremos com maiores detalhes a seguir. Medidor de vazão (calha Parshall) Como qualquer processo ou operação, para verificar a eficiência no tratamento de esgoto são necessárias várias medições e, entre elas, a que tem fundamental importância é a medição da vazão do esgoto que chega à ETE. Como vimos na parte de tratamento da água de abastecimento, a medição de vazão é realizada pela calha Parshall, que é usada também no sistema de trata- mento de esgoto. Assim como ocorre no tratamento de água de abastecimento, outra função ine- rente à calha Parshall é a mistura, que é importante no tratamento de esgoto, pois: � homogeneíza os líquidos para melhorar o grau de uniformidade do esgoto; � para aproveitar a etapa anterior, em que a homogeneização ocorre pela mo- vimentação intensa, também é o momento propício para a adição de produ- tos químicos, caso necessário; 60 Operadores de Estação de Tratamento de Água e Efluentes � caso ocorra na mistura uma movimentação intensa, além da homogeneiza- ção da mistura, pode favorecer o processo de suspensão dos sólidos em um líquido (isso é importante, caso a próxima etapa seja a de flotação, que é utilizada em alguns tratamentos de esgoto). Floculação ou coagulação A finalidade dessa etapa e o princípio de funcionamento são semelhantes ao que vimos no tratamento de água de abastecimento. O processo de coagu- lação, ou floculação, consiste na adição de produtos químicos, chamados de floculantes, que promovem a aglutinação e o agrupamento das partículas de materiais sólidos insolúveis com o consequente aumento da densidade favore- cendo o aumento da velocidade de decantação desses materiais. Aula 4: Tipos de tratamento secundário (parte I) Nessa etapa do processo ocorre a destruição dos micro-organismos patógenos utilizando processos biológicos por meio da atividade de alguns micro-organis- mos presentes no esgoto sanitário e no lodo formado pela sedimentação. Esses processos biológicos podem ser de dois tipos: aeróbicos e anaeróbicos. Atenção Micro-organismos aeróbicos são aqueles que necessitam de oxigênio para sua sobrevivência, já os micro-organismos anaeróbicos são os que não necessitam de oxigênio. Para o tratamento de esgoto sanitário, o tipo de processo biológico mais uti- lizado como tratamento secundário é o anaeróbico (veja Figura 8), devido aos seguintes motivos: é mais rápido e evita a formação de mau cheiro (formação de ácido sulfídrico, metano, mercaptanas etc.). 61Unidade 5 Operações Unitárias Dica Devemos lembrar a função do tratamento secundário, que é, basica- mente, destruir os micro-organismos patógenos e reduzir o material orgânico que não é possível nos processos anteriores. Figura 8 ‒ Diagrama esquemático de tratamento de esgoto por um processo de lodo ativado conven- cional Fonte: Von Sperling ( 2005, p. 301) Como veremos a seguir, todos os sistemas de tratamento de esgotos geram subprodutos que serão estudados no final desta unidade. Processos anaeróbicos para tratamento secundário Conforme descrito anteriormente, essa parte do tratamento é conseguido gra- ças aos micro-organismos anaeróbicos. Portanto, os equipamentos para essa etapa são fechados, dos quais destacamos: 62 Operadores de Estação de Tratamento de Água e Efluentes Tanque séptico Consiste basicamente em um tanque fechado (para favorecer a deficiência de oxigênio) em que o esgoto escoa pela parte superior em uma extre- midade e sai na outra extremidade, também do lado superior. Geralmente, esse tanque possui duas câmeras. Na ausência de oxigênio, os micro-organismos anaeróbicos produzem, como resultado de seu metabolismo, o biogás (mistura de gás metano e gás carbônico). Sua eficiência na remoção do material orgânico é de 40 a 70% de Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO), mas depende muito da geometria do tanque, capacidade, vazão de esgoto, temperatura etc. (NATURALTEC, 2010). Esse processo não possui alta eficiência, mas produz um esgoto que pode ser encaminhado para um tratamento complementar que continue a remoção da matéria orgânica ainda contida no es- goto. Vários processos ocorrem simultaneamente no tanque séptico: decantação, flotação, desagre- gação e digestão parcial dos sólidos sedimentáveis (lodo). Há a formação de uma crosta constituída pelo material flotante (escuma, ou espuma, material que flutua na superfície do esgoto líquido). Esse material flutuante é composto de óleos, graxas, plástico, papel, resíduos de alimentos etc. (ANDRE- OLI, 2006). Essa escuma é retirada por intermédio de raspagem e bombeada para outros métodos de tratamento/disposição como aterro sanitário, digestor anaeróbico etc. De todos esses processos, o principal fenômeno que ocorre sobre o esgoto é de ação física, por meio da decantação. Suas vantagens são: � construção e operação simples; � baixo custo; DBO: Demanda Bioquímica de Oxigênio. 63Unidade 5 Operações Unitárias � não requerer a presença de um operador; � resistir à variação brusca de vazão de esgoto; � não necessitar da inoculação de lodo ativado (com micro-organismos anae- róbicos); � não perder eficiência a longo prazo, com o envelhecimento do lodo. Ao longo do tempo, ocorre o acúmulo de lodo no fundo e é necessária a sua remoção periódica. Filtro anaeróbio O filtro anaeróbico consiste em um tanque com leito de pedras ou outro ma- terial em que os micro-organismos anaeróbicos fiquem aderidos nos espaços ou vazios entre o material, formando o chamado biofilme, pelo qual o esgoto escoa. O esgoto, ao passar por esse biofilme, sofre vários fenômenos: retenção pelo contato com o biofilme, sedimentação forçada de sólidos de pequenas dimen- sões, partículas finas e coloidais e ação metabólica dos micro-organismos do biofilme sobre a matéria dissolvida (NATURALTEC, 2010). Os filtros anaeróbios podem ser de fluxo ascendente ou descendente. Nos filtros de fluxo ascendente, o leito é submerso e, no fluxo descendente, podem trabalhar submersos ou não. É aconselhada a sua utilização em esgotos com contaminantes que sejam solú- veis, uma vez que uma grande quantidade de sólidos insolúveis acarretaria no seu entupimento. Como resultado, o esgoto tratado é clarificado, com baixa concentração de matéria orgânica. Além disso, possui vantagens, como não consumir energia, remover matéria orgânica dissolvida, ter baixa produção de lodo, a água tratada prestar-se para disposição no solo, resistir bem às variações de vazão afluente, ter construção e operação são simples, não necessitar de lodo inoculador nem recirculação de lodo. Entre as desvantagens, citam-se a produção de um efluente rico em sais mine- rais e risco deentupimento. 64 Operadores de Estação de Tratamento de Água e Efluentes Figura 9 ‒ Filtro anaeróbico de esgoto ascendente Reator UASB O reator UASB, ou, em português, Reator Anaeróbio de Fluxo Ascendente (RAFA), é um tanque em que, em condições de deficiência de oxigênio, o esgoto entra pela parte inferior. Dica Para os químicos, reator é o local onde ocorre qualquer reação química controlada. Nesse caso, o agente da reação química são os micro-orga- nismos anaeróbicos. Os micro-organismos crescem dispersos no meio líquido. Na parte superior desse reator, há um separador trifásico na forma de cone ou de pirâmide, com a função de permitir: a saída do esgoto clarificado; a coleta do biogás gerado no processo e a retenção dos sólidos dentro do reator. Dica Não importa o tipo de processo anaeróbico que estamos falando, há a formação de biogás em qualquer um deles. 65Unidade 5 Operações Unitárias Esses sólidos retidos constituem o lodo, que permanece no reator por um tem- po suficientemente elevado para que a matéria orgânica seja degradada. O lodo retirado periodicamente do sistema já se encontra estabilizado, necessitando apenas de secagem e disposição final. Porém, esse tratamento tem de possuir um ótimo dimensionamento e uma vazão de esgoto bem controlada. Caso contrário, podem ocorrer os seguintes problemas: � perda excessiva de lodo do reator devido ao arraste do lodo com o efluente; � redução do tempo de retenção do lodo com a consequente diminuição do grau de estabilização dos sólidos; � possibilidade de falha do sistema, uma vez que o tempo de permanência do lodo no sistema pode ser inferior ao seu tempo de crescimento. Aula 5: Tipos de tratamento secundário (parte II) Processo secundário por lagoas de estabilização Os próximos processos referem-se a tratamentos biológicos que utilizam os micro-organismos aeróbicos ou anaeróbicos para destruição de micro-orga- nismos patógenos e diminuição de materiais orgânicos dissolvidos pela oxida- ção bacteriológica (oxidação aeróbia ou fermentação anaeróbia) e/ou redução fotossintética das algas. As lagoas de estabilização são consideradas como uma das técnicas mais sim- ples de tratamento de esgotos. Dependendo da área disponível, topografia do terreno e grau de eficiência desejado, podem ser empregados os seguintes tipos de sistemas de lagoas de estabilização a seguir. 66 Operadores de Estação de Tratamento de Água e Efluentes Lagoa facultativa Nesse processo, o esgoto escoa de modo contínuo em uma extremidade da lagoa e sai, também continuamente, na extremidade oposta. Este percurso demora e vários processos ocorrem: � Parte da matéria orgânica em suspensão tende a sedimentar, vindo a consti- tuir o lodo de fundo, que sofre processo de decomposição por micro-orga- nismos anaeróbicos. � A matéria orgânica dissolvida e a matéria orgânica em suspensão de peque- nas dimensões não se sedimentam, permanecendo dispersas na massa líqui- da, onde sua decomposição se dá por bactérias facultativas (isto é, bactérias que têm a capacidade de sobreviver tanto na presença quanto na ausência de oxigênio). Lagoa anaeróbia Comparada à lagoa facultativa, a lagoa anaeróbica possui menor dimensão, mas maior profundidade, o que favorece a atividade de micro-organismos anaeróbi- cos e a fotossíntese praticamente não ocorre. As bactérias anaeróbias têm taxa metabólica e de reprodução mais lenta do que as bactérias aeróbias. Sendo assim, para um período de permanência de dois a cinco dias na lagoa, a decomposição da matéria orgânica é parcial. Lagoa aerada facultativa A principal diferença entre a lagoa aerada facultativa e uma lagoa facultativa convencional é que o oxigênio, em vez de ser produzido por fotossíntese reali- zada pelas algas, é fornecido por aeradores mecânicos. Estes se constituem de equipamentos providos de turbinas rotativas de eixo vertical, que causam um grande turbilhonamento na água devido à rotação em grande velocidade, que facilita a penetração e dissolução do oxigênio. Nesse processo, consegue-se um sistema predominantemente aeróbio e de dimensões reduzidas. A lagoa é denominada de facultativa pelo fato do nível de energia introduzido pelos aeradores ser suficiente apenas para a oxigena- ção, mas não para manter os sólidos em suspensão na massa líquida. Assim, os sólidos tendem a sedimentar e formar uma camada de lodo de fundo, a ser decomposta anaerobiamente (SPERLING, 1996). 67Unidade 5 Operações Unitárias A lagoa aerada pode ser utilizada quando se deseja um sistema predominan- temente aeróbio e a disponibilidade de área é insuficiente para a instalação de uma lagoa facultativa convencional. Devido à introdução de equipamentos eletromecânicos, a complexidade e manutenção operacional do sistema é au- mentada, além da necessidade de consumo de energia elétrica. A lagoa aerada pode também ser uma solução para lagoas facultativas que operam de forma saturada e não possuem área suficiente para sua expansão (SPERLING, 1996). Lagoa de maturação Esse processo possibilita um polimento, ou seja, um tratamento final no esgoto de qualquer um dos sistemas descritos anteriormente. Sua maior função é a remoção de organismos patogênicos, e não da remoção adicional de matéria orgânica. Diversos fatores contribuem para a remoção de patógenos, como temperatura, insolação, pH, escassez de alimento, organismos predadores, competição, compostos tóxicos etc. Para favorecer essas condições, é necessário que ocorra a diminuição da pro- fundidade da lagoa (SPERLING, 1996); portanto, elas são mais rasas e, conse- quentemente, requererem grande área de implantação. Tratamento e disposição do lodo Todos os sistemas de tratamento de esgotos geram subprodutos: escuma, ma- terial gradeado, areia, lodo primário e secundário. O material gradeado, a escuma e a areia devem seguir para disposição final em aterro sanitário. No entanto, os lodos primários e secundários necessitam de tratamento antes da disposição final. O tratamento do lodo tem basicamente dois objetivos: a redução de volume e a redução de teor de matéria orgânica. Para alcançar esses objetivos, o tratamen- to do lodo usualmente inclui uma ou mais das seguintes etapas (como visto na Figura 8): � adensamento (adensadores por gravidade, flotadores por ar dissolvido, cen- trífugas e prensas desaguadoras); � estabilização (digestão anaeróbio/aeróbia, tratamento químico por alcalini- zação, secagem térmica por peletização); 68 Operadores de Estação de Tratamento de Água e Efluentes � desidratação (leitos de secagem, centrífugas, prensas desaguadoras e filtros que prensam). Adensamento do lodo Durante o processo de tratamento de esgotos em uma estação convencional de nível secundário, o lodo gerado ainda possui uma quantidade muito grande de água, portanto, é necessário reduzir a quantidade de água nesses resíduos por meios físicos (ANDREOLI, 2006). Com isso, consegue-se reduzir a capaci- dade volumétrica das unidades subsequentes, como o tamanho das bombas, o volume dos digestores, a redução do uso de produtos químicos e a redução do consumo de energia no aquecimento dos digestores. Os tipos de adensamento mais comuns, segundo Andreoli (2006), são: gravida- de, flotação com ar dissolvido, centrífuga, adensador de esteira e tambor rotati- vo. O mais comum, o adensamento por gravidade, é realizado em tanques de sedi- mentação circulares, equipados com braços raspadores de lodos. O lodo entra pela parte superior no centro do tanque e passa pelos processos de sedimenta- ção e compactação, sendo retirado pelo fundo e encaminhado para a próxima etapa. O líquido sobrenadante é retirado da superfície por vertedouros periféri- cos e, como ainda possui uma significativa concentração de sólidos não dissol- vidos, esse líquido para o início do processo de tratamento dos esgotos. Figura 10 − Desenho esquemático de um adensador por gravidade Fonte: Adaptado em Andreoli (2006) 69Unidade 5 Operações UnitáriasEstabilização do lodo Após a etapa de adensamento, o lodo sofre mais um processo que é chamado de estabilização e seus objetivos são: reduzir a quantidade de patógenos, elimi- nar os maus odores e inibir, reduzir ou eliminar o potencial de putrefação. Os meios para se atingir a estabilização, de acordo com Andreoli (2006), são: � redução biológica do conteúdo de sólidos voláteis; � oxidação química da matéria orgânica; � adição de produtos químicos no lodo, de modo a impedir a sobrevivência dos micro-organismos; � aplicação de calor para desinfetar ou esterilizar o lodo. As tecnologias mais empregadas são: � Estabilização com cal, elevando o pH acima de 12 para não permitir a so- brevivência de micro-organismos, evitando a putrefação com a consequente emissão de odores desagradáveis. � Digestão anaeróbica, que é a preferida, devido ao seu baixo custo opera- cional produzindo, como produtos da estabilização, os gases carbônico e metano (que podem ser queimados para produção de energia). � Digestão aeróbica, que se restringe a estações de tratamento de pequeno porte, mas possui algumas características em comum com relação à diges- tão anaeróbica, como a simplicidade operacional, baixo custo de investi- mento, o lodo gerado possuir um odor menos ofensivo e o sobrenadante formado possuir baixa concentração de material orgânico. Porém, tem alto custo operacional e é necessária energia elétrica para aeração. Colocando em Prática Parabéns! Você finalizou a última unidade deste curso. Não deixe de consultar seu tutor caso tenha alguma dúvida. Depois, acesse o AVA e para realizar as atividades. 70 Operadores de Estação de Tratamento de Água e Efluentes Relembrando A estação de tratamento de esgoto (ETE), para esgoto sanitário, é es- sencial para promover a melhoria da qualidade de vida de uma popu- lação e esse processo compreende várias operações simples, mas que podem diferir muito, dependendo do volume do esgoto a ser tratado e a sua composição. Para entender melhor, separamos em partes: preliminar, primário, se- cundário e terciário (este, em apenas algumas situações, é utilizado em tratamento de esgoto sanitário com o objetivo de complementação às etapas). O tratamento preliminar consiste na separação de sólidos grosseiros que não estão dissolvidos (ex.: pedaços de plásticos, areia, fragmentos sólidos diversos etc.). O tratamento primário consiste na separação de sólidos que não são dissolvidos, mas que conseguiram passar pelo processo preliminar (um exemplo são os grãos de areia). O equipamento que executa essa operação, geralmente, é um tanque de sedimentação, que em muitos lugares é chamado de tanque de desafinação, ou, simplesmente, caixa de areia. O tratamento secundário possui uma função muito importante, a desinfecção, ou seja, a remoção ou pelo menos a diminuição de micro- organismos patógenos ao homem e ao meio ambiente. Saiba Mais Acesse o site a seguir, em que há mais detalhes sobre o sistema de tratamento de esgoto: � <http://www.sanepar.com.br/sanepar/CalandraKBX/calandra.nsf/0/2567 8F656EED3C2D832572A3006D5022?OpenDocument&pub=T&proj=Inte rnetSanepar&sec=Internet_ASanepar>. 71Unidade 5 Operações Unitárias Alongue-se Agora que você finalizou o curso, deixe os estudos um pouco de lado e leia um livro ou ouça música. Reserve um tempo para relaxar antes de realizar o desafio proposto ao final deste curso. Desafio Chegou o momento de você realizar o desafio! Lembre-se: esta questão vai garantir sua certificação no curso. Acesse o AVA, observe a questão 73 Operações Unitárias Palavaras do autor Prezado aluno, Parabéns por ter finalizado o curso Operações Uni- tárias! Neste curso, foram abordados conceitos importan- tes a respeito dos sistemas de tratamento de água de abastecimento e de tratamento de esgoto públi- co. Além disso, foi importante compreender que as etapas desses sistemas e seu inter-relacionamento são essenciais para a eficiência desses sistemas em um âmbito global. Boa sorte e bom aproveitamento do que foi estuda- do! 75 Operações Unitárias Clauber Dalmas Dantas é bacharel em Química, com atribuições tecnológicas pela Universidade Fe- deral de Mato Grosso do Sul, e concluiu o mestrado em Físico-química na mesma instituição. É também graduado em Programa Especial de Formação Pe- dagógica para Formadores de Educação Profissional pela UNISUL. Atualmente, é instrutor e coordena- dor técnico da área de Química, Açúcar e Álcool no SENAI/CETEC em Dourados/MS, e ministra vários cursos na área química nos cursos de Licenciatura em Química, Licenciatura em Biologia e Engenharia Física da Universidade Estadual de Mato Grosso do Sul. Conhecendo o autor 77 Operações Unitárias ANDREOLI, C. V. Alternativas de uso de resíduos do saneamento. Rio de Janeiro, RJ: ABES, 2006. BERNARDO, L. D.; BRANDÃO, C. C.; HELLER, L. Trata- mento de águas de abastecimento por filtração em múltiplas etapas. Brasília: FINEP, 1999. BRASIL, Resolução conjunta IBAMA/SEMA/IAP no 54, de 10 de dezembro de 2007. Diário Oficial [da] República Federativa do Brasil. CONAMA, Brasília, DF, 2007. Disponível em: <http://www.mma.gov.br/ port/conama/res/res86/res2086.html>. Acesso em: 15 jul. 2010. ______. Resolução no 20, de 18 de junho de 1986. Diário Oficial [da] República Federativa do Brasil. Brasília, DF, 2007. 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