Prof. Sandro-Saneamento- Água

APOSTILA

TRATAMENTO DE ÁGUA

Sandro Filippo

2004

Saneamento Básico - Tratamento de Água _________________________________________________________________________________

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TRATAMENTO DE ÁGUA - SUMÁRIO

§ INTRODUÇÃO.

§ UNIDADES CONSTITUINTES DE UM SISTEMA DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA.

§ QUALIDADE E POTABILIDADE DAS ÁGUAS

Ø Padrões de Qualidade das Águas

Ø Padrões de lançamento no corpo receptor e de qualidade do corpo receptor

Ø Padrões de Potabilidade (Portaria 1.469 de 29 Dezembro de 2000)

Ø Parâmetros Usuais de Controle da Água

§ FASES DE TRATAMENTO NUMA ETA CONVENCIONAL

Ø Mistura Rápida e Floculação

Ø Decantação

Ø Filtração

Ø Tratamento Químico da Água

§ TESTE SIMULADO

§ QUESTÕES COMENTADAS DO ÚLTIMO CONCURSO DA P.F.

ANEXO I – EFEITOS DOS PROCESSOS DE TRATAMENTO DE ÁGUA

ANEXO II - PORTARIA 1.469 DE 29 DEZEMBRO de 2000 (PADRÕES DE POTABILIDADE)


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TRATAMENTO DE ÁGUA

1. Introdução

O tratamento de água tem por objetivo condicionar as características da água bruta, isto é, da água como encontrada na natureza, a fim de atender à qualidade necessária a um determinado uso. A água a ser utilizada para o abastecimento público deve ter sua qualidade ajustada de forma a :

§ Atender aos padrões de qualidade exigidos pelo Ministério da Saúde e aceitos internacionalmente;

§ Prevenir o aparecimento de doenças de veiculação hídrica, protegendo a saúde da população;

§ Tornar a água adequada a serviços domésticos;

§ Prevenir o aparecimento da cárie dentária nas crianças, através da fluoretação;

§ Proteger o sistema de abastecimento de água, principalmente tubulações e órgãos acessórios da rede de distribuição, dos efeitos danosos da corrosão e da deposição de partículas no interior das tubulações.

O tratamento de água pode ser parcial ou completo, de acordo com a análise prévia de suas características físicas, químicas e biológicas. O tratamento coletivo é efetuado na Estação de Tratamento de Água (ETA), onde passa por diversos processos de depuração.

2 – Unidades Constituintes de um Sistema de Abastecimento

de Água

Um sistemas de abastecimento de água é composto pelas seguintes unidades :

1) Manancial : é a fonte de onde se retira a água;

2) Captação : conjunto de equipamentos e instalações utilizado para a tomada d’água do manancial;

3) Adução : conjunto de condutos destinados ao transporte de água do manancial (água bruta) ou da água tratada;

4) Tratamento : instalações que visam a melhoria das características qualitativas da água captada a fim de que se torne própria para o consumo. É feita na chamada Estação de Tratamento de Água (ETA);

5) Reservação : armazenamento a água para atender a diversos propósitos como a variação de consumo, o fornecimento de água nos casos de interrupção da adução e manutenção da pressão mínima na rede de distribuição;

6) Rede de distribuição : condução da água para os edifícios e demais pontos de consumo, por meio de vias instaladas nas vias públicas;


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7) Estações elevatórias ou de recalque ou de bombeamento : instalações de bombeamento destinadas a transportar a água a pontos mais distantes ou mais elevados, ou para aumentar a vazão de linhas adutoras.

3. Qualidade e Potabilidade das Águas

A água pura, no sentido rigoroso do termo, na existe na natureza, pois, sendo a água um ótimo solvente, nunca é encontrada em estado de absoluta pureza. A água apresenta uma série de impurezas que imprimem suas características físicas, químicas e biológicas, cuja qualidade depende dessas características.

As características da água fornecida ao consumidor, vão influenciar no tipo e no grau de tratamento que a mesma deve sofrer, dependendo este tratamento também, do uso que será feito da água. Como exemplo pode-se citar o fato de que para o uso doméstico a água deve ser desprovida de gosto, porém para resfriamento de caldeiras esta característica não tem importância.

Logo, a qualidade e a quantidade da água requeridas em função de seu uso, irão influenciar na escolha do manancial de captação e no processo de tratamento. Deve-se lembrar também o aspecto econômico-financeiro, visto que em muitos casos, a qualidade da água de um manancial pode ser tão crítica que em função do volume de água que se deseja captar, seja inviável economicamente seu tratamento.

Padrões de Qualidade das Águas

Os requisitos de qualidade de uma água são função de seus usos previstos, conforme mencionado anteriormente. Porém além dos requisitos de qualidade, que traduzem de uma forma generalizada e conceitual a qualidade desejada para a água, há uma necessidade de se estabelecer também padrões de qualidade fixados por dispositivos legais.

Existem três tipos de padrão de interesse direto no que se refere à qualidade da água :

padrões de lançamento no corpo receptor e padrões de qualidade do corpo receptor (Resolução n. 20 do CONAMA de 18/06/86);

padrões de qualidade para determinado uso imediato (ex: padrões de potabilidade da Portaria 36/GM de 19/01/1990 e Portaria 1469 de 29/12/2000)

Padrões de lançamento no corpo receptor e de qualidade do corpo receptor

O real objetivo dos padrões de lançamento no corpo receptor e de qualidade do corpo receptor é a preservação e/ou melhoria das condições de qualidade no corpo d’água, ou seja, manter o mesmo em condições adequadas para que possa ser utilizado de maneira racional e econômica. Em resumo, estes padrões estão ligados a qualidade


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do corpo d’água receptor enquanto que os padrões de potabilidade estão relacionados com a qualidade da água que é fornecida para consumo.

O principal documento legal que define os padrões de lançamento no corpo receptor e de qualidade do mesmo é a Resolução n. 20 do Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA) de 18/06/86.

Esta resolução dividiu as águas do território nacional em águas doces, salobras e salinas. Em função dos usos previstos foram criadas 9 classes. As classes relativas à água doce estão divididas em classe Especial, para usos mais nobres, e Classes 1,2,3,4 em ordem decrescente de requisitos de qualidade e de nobreza de uso, conforme a Tabela 1.

Para cada classe foram criados padrões de qualidade e de lançamento para o corpo receptor, ou seja, um corpo receptor de acordo com a classe a qual pertence apresenta limites máximos para as impurezas nele contidas bem como para as impurezas dos efluentes ou resíduos nele lançados, conforme o exemplo da Tabela 2 a seguir. Em princípio, um efluente deve satisfazer, tanto ao padrão de lançamento, quanto ao padrão de qualidade do corpo receptor seguindo a sua classe. No entanto, o padrão de lançamento pode ser excedido, com permissão do órgão ambiental, caso os padrões de qualidade do corpo receptor sejam resguardados, como demonstrado por estudos de impacto ambiental.

Tabela 1 - Classificação das águas doces em função dos usos preponderantes

(Resolução CONAMA n. 20, 18/06/86) Classe Uso

Especial 1 2 3 4

Abastecimento Doméstico x x

após tratamento

simples

x após

tratamento convencional

x após

tratamento convencional

Preservação do equilíbrio natural das comunidades aquáticas

x

Recreação de contato primário x x Proteção das comunidades aquáticas x x

Irrigação x x

x

Criação de espécies (aquicultura) x x Dessedentação de animais x Navegação x Harmonia paisagística x Usos menos exigentes x

Tabela 2 - Padrões de qualidade e de lançamento para os corpos d’água (água doce)

(alguns valores de acordo com a Resolução CONAMA n. 20/86) Padrão para Corpo d’água

Classe Parâmetro Unidade 1 2 3 4

Padrão de Lançamento

Cor uH 30 75 75 - - Turbidez uT 40 100 100 - - Sabor e odor - VA VA VA - -


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pH - 6 a 9 6 a 9 6 a 9 6 a 9 5 a 9 Oxigênio Dissolvido mg/l 6 5 4 2 - Chumbo mgPb/l 0,03 0,03 0,05 - 0,5 Ferro Solúvel mgFe/l 0,3 0,3 5,0 - 15,0 Coliformes fecais org/100ml 200 1.000 4.000 - -

VA : virtualmente ausente

Padrões de Potabilidade

São as quantidades limites que, com relação aos diversos elementos, podem ser toleradas nas águas de abastecimento ou também “o conjunto de valores máximos permissíveis, das características das águas destinadas ao consumo humano.” Os padrões de potabilidade são fixados, em geral, por decretos, regulamentos ou especificações. São definidos no Brasil pelo Ministério da Saúde, através da recente Portaria 1469 de 29 de Dezembro de 2000. Essa portaria estabelece os procedimentos e responsabilidades relativos ao controle e vigilância da qualidade da água para consumo humano e seu padrão de potabilidade, substituindo a antiga portaria 36/90.

Definições Importantes da Portaria 1469 de 29 Dezembro de 2000

Água Potável – água para consumo humano cujos parâmetros microbiológicos, físicos, químicos e radioativos atendam a padrão de potabilidade e que não ofereça risco a saúde. Controle da qualidade da água para consumo humano – conjunto de atividades, exercidas de forma contínua pelos responsáveis pela operação de sistema ou solução alternativa de abastecimento de água, destinadas a verificar se a água fornecida à população é potável, assegurando a manutenção desta condição. Vigilância da qualidade da água para consumo humano – conjunto de ações adotadas continuamente pela autoridade de saúde pública para verificar se a água consumida pela população atende à Norma de Qualidade da Água e para avaliar os riscos que os sistemas e as soluções alternativas de abastecimento de água representam para a saúde humana.

A seguir são apresentados alguns padrões de potabilidade relativo aos aspectos físicos, organolépticos (percebidas pelos sentidos humanos), químicos e biológicos.

Tabela 3 - Padrão de potabilidade da água para consumo humano

(alguns valores de acordo com a Portaria 1469 de 29/12/2000 do Ministério da Saúde)

Parâmetro Unidade Valor máximo permissível (VMP)

Características Organolépticas Cor aparente uH (unid. Hazen) 15


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Odor - Não objetável Sabor - Não objetável

Turbidez uT (unid.Turbidez) 1 a 2 (em 95% das amostras)

Componentes que afetam a qualidade organoléptica Alumínio mg/l 0,2

Cloretos mg/l 250

Cobre mg/l 2,0 Dureza total mg/l CaCO3 500

Ferro total mg/l 0,3

Manganês mg/l 0,1 Sólidos totais dissolvidos mg/l 1000

Componentes inorgânicos que afetam a saúde Arsênio mg/l 0,01 Chumbo mg/l 0,01

Cianetos mg/l 0,07

Mercúrio mg/l 0,001 Cromo mg/l 0,05

Componentes orgânicos que afetam a saúde Aldrim e Dieldrin g/l 0,03

Benzeno g/l 5

Clordano g/l 0,2

Lindano g/l 2

DDT g/l 2

Características microbiológicas Coliformes fecais (Escherichia Coli – preferível) org/100 ml ausentes

Coliformes totais org/100 ml diversas combinações dependendo do ponto de coleta e do número de

amostras analisadas

Para substâncias químicas, a nova portaria estabelece também o teste para verificação das Cianotoxinas produzidas pelas Cianobactérias (ALGAS AZUIS):

CIANOBACTÉRIAS: microorganismos também denominados como cianofíceas (ALGAS AZUIS), capazes de ocorrer em qualquer manancial superficial especialmente naqueles com elevados níveis de nutrientes (nitrogênio e fósforo), podendo produzir toxinas com efeitos adversos à saúde;

CIANOTOXINAS: toxinas produzidas por Cianobactérias que apresentam efeitos adversos por ingestão oral, incluindo a microcistina. Valor Máximo Permitido: 1,0

G/ L de Microcistina.

Parâmetros Usuais de Controle da Água

Os parâmetros mais usuais, que permitem inferir a qualidade da água, bem como seus significados, são os seguintes :


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Cor :

Responsável pela coloração da água;

Originada pela existência de substâncias dissolvidas, que na grande maioria dos casos, são de natureza orgânica (folhas e matéria turfosa);

Unidade de medida : uH (Unidade Hazen – escala de platina-cobalto);

De origem natural não provoca risco à saúde, porém de origem industrial pode apresentar toxicidade.

Deve-se distinguir a cor aparente da cor real. A cor aparente corresponde à aquela apresentada pela água devido também a presença de turbidez, ou seja, devido também as partículas em suspensão. A cor real é aquela produzida somente pelas partículas em dissolvidas. Por isto, é importante indagar se o teor de cor traduzido no laudo de análise refere-se à cor aparente ou real.

Turbidez :

Representa o grau de interferência com a passagem da luz através da água, conferindo uma aparência turva à mesma;

Originada principalmente devido a existência de sólidos em suspensão e de organismos microscópicos;

Unidades de medidas : uT (Unidade de Turbidez ), Unidade Jackson, e Unidade Nefelométrica de Turbidez (UNT)

Pode estar associada a compostos tóxicos e organismos patogênicos.

Sabor e odor :

São consideradas em conjunto, pois o sabor é a interação entre o gosto (salgado, doce, azedo e amargo) e o odor (sensação olfativa);

Originado por sólidos em suspensão, sólidos dissolvidos e gases dissolvidos;

É difícil a adoção de medidas de odor e sabor. As águas quanto ao sabor e odor devem ser inobjetáveis, ou seja, deve haver ausência de sabor e odor;

Não representa risco à saúde, porém questiona-se a confiabilidade da água.

pH :

Indica o potencial de íons hidrogênio H+. A faixa de pH vai de 0 a 14. Indica a condição de acidez, neutralidade ou alcalinidade da água.

pH baixo : corrosividade e agressividade nas águas de abastecimento;

pH alto : possibilidade de incrustações nas águas de abastecimento;

O padrão de potabilidade estabelece a faixa de 6,5 a 8,5 para o pH. A nova portaria de potabilidade estabelece que, no sistema de distribuição, o pH da água seja mantido entre 6,0 e 9,5.


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Alcalinidade :

§ É uma medição da capacidade da água de neutralizar os ácidos;

É devida a presença de bicarbonatos, carbonatos e hidróxidos, quase sempre alcalinos ou alcalinos terrosos (sódio, potássio, cálcio, magnésio, etc). A distribuição entre as três formas na água é função do pH.

Não tem significado sanitário para a água potável, mas em elevadas concentrações confere um gosto amargo para a água;

Causado pela dissolução de rochas minerais, reação do CO2 com a água e efluentes industriais;

Unidade : mg/l de CaCO3;

Acidez ou Agressividade:

§ Característica causada principalmente pela presença em solução, de oxigênio, gás carbônico e gás sulfídrico;

Responsável pela corrosão de tubulações e materiais;

Unidade : mg/l de CaCO3.

Dureza:

Característica conferida á água pela presença de sais alcalinos-terrosos (cálcio, magnésio, etc.) e alguns metais de menor intensidade;

É caracterizada pela extinção da espuma formada pelo sabão, o que dificulta o banho e a lavagem de utensílios domésticos e roupas, criando problemas higiênicos;

Originado pela dissolução de rochas minerais (calcáreas, gipsita e dolomita) e efluentes industriais;

As águas duras, principalmente em temperaturas elevadas, podem incrustar as tubulações, devido as precipitação de cátion Ca2+ e Mg2+ que reagem com os ânions na água, formando os precipitados;

Unidade : mg/l de CaCO3.

Ferro e Manganês :

Na ausência de oxigênio dissolvido (ex : água subterrânea) o ferro e o manganês se apresentam na forma solúvel (Fe2+ e Mn2+). Quando expostas ao ar atmosférico o ferro e o manganês voltam a se oxidar às suas formas insolúveis (Fe3+ e Mn4+), o que pode causar cor na água, além de manchar roupas durante a lavagem;

Pouco significado sanitário, possível coloração, sabor e odor;

Usualmente encontrado nas águas naturais;


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Unidade : mg/l.

Iodo e Flúor :

São substâncias que presentes na água dentro de determinados limites de concentração, apresentam benefícios para a saúde humana;

Os iodetos são necessária para a prevenção do bócio endêmico;

Os fluoretos são necessários para a prevenção da cárie dentária, porém em concentração excessiva podem causar a fluorose dental das crianças;

No Brasil, a fluoretação da água em tratamento de água é obrigatória, de acordo com a Lei Federal n. 6050, de 1974.

Unidade : mg/l.

Cloro residual :

O cloro é adicionado a água em tratamento com a finalidade primordial de desinfetá-la, isto é, matar os microorganismos patogênicos que eventualmente escapem dos processos anteriores da estação de tratamento de água.

Ao se clorar a água com a finalidade de desinfetá-la, normalmente adiciona-se um excesso de cloro, responsável pelo surgimento do denominado cloro residual. Esse cloro garante à água distribuída um desejável efeito residual.

A Portaria 1469 de 29/12/2000 do Ministério da Saúde recomenda que o teor máximo de cloro residual livre, em qualquer ponto do sistema de abastecimento, seja de 2,0 mg/l.

Oxigênio Dissolvido :

O oxigênio dissolvido (OD) é de essencial importância para os organismos aeróbios (que vivem na presença de oxigênio). Durante a estabilização da matéria orgânica, as bactérias fazem uso do oxigênio nos seus processos respiratórios, podendo vir a causar uma redução da sua concentração no meio. Dependendo da magnitude deste fenômeno, podem vir a morrer diversos seres aquáticos, inclusive os peixes. Caso o oxigênio seja totalmente consumido, tem-se as condições anaeróbias (ausência de oxigênio), com geração de maus odores;

O oxigênio dissolvido é o principal parâmetro de caracterização dos efeitos da poluição das águas por despejos de matéria orgânica;

Unidade : mg/l.

Micropoluentes inorgânicos :

Uma grande parte dos micropoluentes inorgânicos são tóxicos, entre eles os metais pesados como o arsênio, cádmio, cromo, chumbo, mercúrio e prata;


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Geralmente constituem o produto de lançamentos industriais poluidores ou de atividades humanas (garimpo por exemplo, no caso do mercúrio);

Unidade : ìg/l ou mg/l.

Coliformes Totais e Fecais :

§ De um modo geral, as análises bacteriológicas visam à determinação da presença de bactérias denominadas coliformes. Tais bactérias vivem no trato intestinal de animais de sangue quente, entre eles o homem, mas existem algumas espécies de vida livre, isto é, que podem viver no solo. Daí o fato de se efetuar análises para a determinação de coliformes totais e fecais.

§ A determinação da potencialidade de uma água transmitir doenças pode ser efetuada de forma indireta, através dos organismos indicadores de contaminação fecal, pertencentes ao grupo de coliformes. Tais organismos não são patogênicos, mas dão uma satisfatória indicação de quando uma água apresenta contaminação por fezes humanas ou de animais, e por conseguinte, a sua potencialidade para transmitir doenças, visto que podem veicular agentes patogênicos. A maioria das bactérias do grupo coliforme pertence aos gêneros Escherichia, Citrobacter, Klebsiella e Enterobacter, embora vários outros gêneros e espécies pertençam ao grupo.

§ As seguintes razões principais explicam o emprego do grupo coliforme como indicador de contaminação fecal :

Ø Apresentam-se em grande quantidade nas fezes humanas. Cerca de 1/3 a 1/5 do peso das fezes humanas é constituído por bactérias do grupo coliforme;

Ø sangue quente, fato este essencial, pois se existissem também nos intestinos de animais de sangue frio deixariam de ser bons indicadores de poluição;

Ø Os coliformes apresentam resistência aproximadamente similar à maioria das bactérias patogênicas intestinais, característica importante pois não seriam bons indicadores de contaminação fecal se morressem mais rapidamente que o agente patogênico.

§ A determinação do indicador de coliformes se faz por técnica bem estabelecida, que o expressa em número mais provável (NMP) de coliformes por 100 ml de amostra de água (técnica dos tubos múltiplos). Modernamente passou-se para a técnica das membranas filtrantes, em que a amostra é filtrada, a vácuo, numa membrana contendo o meio de cultura apropriado, e na qual desenvolver-se-ão as colônias de organismos coliformes, cuja contagem permitirá determinar o número desses organismos.

§ Além do indicador de contaminação fecal, são realizados exames hidrobiológicos para determinação de microorganismos como algas, bactérias, protozoários, vermes, larvas de inseto e etc.

Denominação das águas em função das impurezas


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De acordo com a presença de certas impurezas nas águas, ou seja, em função da presença de determinados microorganismos e de substâncias em suspensão, em solução e em estado coloidal, a água recebe certas designações conforme a seguir :

Dura ou salobre : é a água que possui teor acentuado de certos sais que a tornam desagradável para a bebida, inconveniente para a limpeza corporal e lavagem de roupas e imprópria para o cozimento de legumes. Os sais causadores da dureza são geralmente os bicarbonatos, sulfatos, cloretos e nitratos de cálcio e magnésio. Possui um sabor característico;

Salgada ou salina : é a água que, além de sais causadores de dureza, possui elevado teor de cloreto de sódio, como a água do mar;

Mineral : é a água que provém do interior da crosta terrestre, contendo substâncias em solução que lhe dão valor terapêutico, tais como cloretos, brometos, iodetos, sulfatos e os sais neutros de magnésio, potássio e sódio;

Termal : é a água mineral originada de camadas profundas da crosta terrestre e que atinge a superfície com temperatura elevada;

Radiativa : é toda água mineral ou termal possuidora naturalmente de radioatividade;

Doce : á a água de gosto agradável e que, por exclusão, não é dura, salgada, mineral, termal ou radiativa;

Poluída : é toda água de características alteradas devido à presença indesejável de substâncias estranhas e/ou pequenos organismos que a tornam imprópria para consumo;

Contaminada : é a água poluída por germes patogênicos;

Colorida : água que deixa de ser límpida devido à presença de substâncias geralmente dissolvidas ou em estado coloidal. A cor da água normalmente é produzida por substâncias orgânicas, como os corantes vegetais (ex: boa parte dos rios da Amazônia);

Turva : é a água que não é límpida em decorrência, sobretudo, da presença de substâncias em suspensão. A turbidez é geralmente causada pela areia, silte e argilas (partículas em suspensão e coloidais);

Ácida : toda água que possui teor acentuado de gás carbônico ou ácidos minerais. Seu pH (potencial de hidrogênio) é inferior a 7. É denominada de agressiva ou corrosiva por ser capaz de provocar a corrosão de metais;

Alcalina : é a água que contém quantidade elevada de bicarbonatos de cálcio e magnésio ou carbonatos ou hidróxidos de sódio, potássio, cálcio e magnésio. Seu pH é superior a 7. Toda água dura é alcalina porém a reciproca não é verdadeira;

Bruta : é o termo empregado para caracterizar á água antes de sofrer qualquer tipo de tratamento;


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Tratada : é a água que foi submetida a um ou mais processos de remoção de impurezas e/ou de correção de impropriedades;

Potável : é a água inofensiva à saúde, agradável aos sentidos e adequada aos usos domésticos (água própria para o consumo humano).

4. Fases de Tratamento numa ETA Convencional

A principal Norma de Referência para as unidades constituintes de uma Estação de Tratamento de Água é a NBR 12216 / 92 (NB-592) da ABNT.

De um modo geral, o tratamento da água em uma ETA convencional, passa pelas seguintes fases, que serão detalhadas mais adiante :

§ Mistura Rápida e Coagulação;

§ Floculação;

§ Decantação;

§ Filtração;

§ Desinfecção.

Além destas fases principais, tem-se ainda a Fluoretação e a Correção de pH, que fazem parte do Tratamento Químico da Água, assim como a Desinfecção. O preparo para dosagem e aplicação dos produtos químicos é realizado no que se denomina de Casa de Química de uma estação de tratamento.

A Fluoretação deve, também, ser realizada sempre. Isto porque, além de ser a maneira mais segura de garantir grande redução na incidência da cárie dentária em crianças de idade escolar, a fluoretação das águas é determinada por lei federal.

A Correção de pH da água tratada, também algumas vezes esquecida, deve ser sempre realizada, com o objetivo de reduzir a agressividade ou incrustabilidade do produto final. Protege, dessa forma, as redes distribuidoras e as instalações hidráulicas prediais.

4.1 - Mistura Rápida e Floculação

Mistura Rápida é a operação destinada a dispersar produtos químicos na água a ser tratada, em particular no processo de coagulação, ou seja, tem por finalidade promover a dispersão homogênea do coagulante na massa fluida, e pode ser realizada por :

§ Ressaltos Hidráulicos de canal retangular com mudança de declividade (CALHA PARSHALL);

§ Mecanizada : por agitadores do tipo hélices, palhetas e turbinas de fluxo axial ou radial;


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§ Vertedores retangulares ou triangulares.

A Floculação, que tem por finalidade a formação dos flocos mediante a introdução de energia na massa fluida (agitação) capaz de favorecer o contato entre os colóides desestabilizados na coagulação, também pode ser :

§ Mecânica : através de paletas paralelas ou perpendiculares ao eixo ou turbinas;

§ Hidráulica : através de floculadores de chicanas horizontais ou verticais.

Os principais parâmetros para dimensionamento de Câmaras ou Unidades de Mistura Rápida e de Floculadores são o Gradiente de Velocidade (G) e o Tempo de Detenção ou de Mistura (T), que serão explicados a seguir :

§ Gradiente de Velocidade (G) : é a diferença dV entre as velocidades V1 e V2 de duas partículas P1 e P2, distanciadas por dy, segundo uma perpendicular à direção do escoamento do líquido. Tem o mesmo valor para qualquer sistema de unidades (s-1). Exprime o grau de agitação entre as partículas necessárias para cada fase do tratamento.

§ Tempo de Mistura ou Detenção (T) : tempo que uma partícula da massa fluida permanece dentro da câmara de mistura rápida ou dentro dos floculadores, ou seja, intervalo de tempo entre a entrada e a saída de uma partícula da massa fluida nestas fases do tratamento.

Recomendações da Norma NBR 12.216/92 (NB-592/89)

Início G elevado (Máx 70 s -1)

Final G reduzido (Mín 10 s -1)

Início Muitas partículas desestabilizadas a

serem reunidas.

Final Flocos menos numerosos e mais

volumosos.

dy

V1

v2

dV

P1

P2


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Não sendo possível a realização de ensaios com a água a ser tratada, a NBR 12.216/92 recomenda para G e T, os seguintes valores :

Para Misturas Rápidas :

G entre 700 e 1.100 s-1

Tempo de Mistura (T) de 1 s (no Máximo 5 s).

Para Floculadores :

G entre 70 s-1 (primeiro compartimento) e 10 s-1 (último compartimento).

Floculadores Hidráulicos : Tempo de detenção total (T) entre 20 e 30 min.

Floculadores Mecânicos : Tempo de detenção total (T) entre 30 e 40 min.

A norma ainda recomenda que deve ser previsto dispositivo que possa alterar o gradiente de velocidade aplicado, ajustando-o às características da água e permitindo variar de pelo menos 20 % a mais e a menos do fixado para o compartimento.

Misturador Mecânico

Fórmula Geral do Gradiente de Velocidade (G) para Misturadores Mecânicos :

VPG.

Exemplo de Cálculo :

Um dispositivo de mistura rápida, instalado em uma estação de tratamento de água que trata uma vazão de 100 l/s, permite conter 500 litros de água e é equipado com um misturador mecanizado que dissipa, na água contida em seu interior, a potência de 0,5 KW. Qual o valor do gradiente de velocidade (G) correspondente ? Atende aos valores preconizados por norma ?

Solução : W500kW50P , 3m50litros500V , sm

N10

23

13

s10005010

500VP

G,..

(entre 700 e 1.100 s-1) Logo atende a norma

!!!

Misturador Hidráulico – Calha PARSHALL

P / V : Potência introduzida no líquido por unidade de Volume ( kgf.m/s / m3 );

: viscosidade absoluta ou dinâmica do líquido

= 10-4 kgf .s / m2 ( água a 20º C)


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O dispositivo hidráulico mais utilizado no Brasil, para promoção da mistura rápida é a Calha PARSHALL. Hidraulicamente o medidor PARSHALL é definido como um medidor de vazão de regime crítico.

A largura da garganta W do medidor é a grandeza que o define. A lâmina d’água a montante do Parshall é alta, e em conseqüência, a velocidade média de escoamento é baixa e o regime de escoamento é subcrítico. A jusante da garganta a lâmina d’água é baixa, e em conseqüência, a velocidade média de escoamento é alta e o regime de escoamento é supercrítico.

Para que efetuar a mistura rápida com mais eficiência o floculante deve ser aplicado na garganta do medidor (figura a seguir), isto porque, sendo o local o de seção mais estreita, e sendo aí a lâmina d’água bastante pequena, é possível fazer com que o floculante aplicado nesse local se disperse em praticamente todo o volume de água em tratamento que a atravessa. Para isso deve-se assegurar um ressalto hidráulico diretamente a jusante da garganta, de preferência no trecho divergente do Parshall.

As dimensões padronizadas dos Medidores Parshall podem ser vistas a seguir :


17

A tabela a seguir apresenta as vazões em função da altura (h) lida nos medidores, em função de suas dimensões (W) :

Gradientes de Velocidade e Tempos de Detenção em Medidores Parshall :


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Existem ábacos que permitem determinar os gradientes de velocidade nos Medidores Parshall em função de suas dimensão W e da vazão Q que o atravessa.

A partir destes ábacos podem ser extraídas fórmulas, conforme a seguir, somente válida para valores de W menores ou iguais a 0,30 m.

21

700

W

Q1000G

,

,.

onde :

G = gradiente de velocidade (s-1)

Q = vazão, expressa, em (m3/s);

W = garganta do medidor (m).

Com relação ao tempo de detenção, verifica-se que ele é muito pequeno, freqüentemente inferior a 1 segundo. Assim sendo, não é necessário preocupar-se com esse parâmetro, pois os medidores Parshall atendem à NBR 12.216/92.

Exemplo de Cálculo : Calcule o Gradiente de Velocidade para um Medidor Parshall de W = 1’ (30,5 cm) e altura medida (h) de 15 cm no ponto de medição de vazão.

Solução :

Para W = 1’ e h = 15 cm tem-se : Q = 38,4 l/s

Logo : 21

700

W

Q1000G

,

,. 1

21

700s421

3050

03801000G

,

,

,

,.


19

n

b

r1

r2

l l 3

l 2

l 1

n

b

Floculadores Mecânicos

Agitadores do Tipo Paletas – Gradiente de Velocidade :

1) Paletas paralelas ao eixo

VrrlbnC

158G3

23

13

d

.

...).(...

2) Paletas perpendiculares ao eixo

VllbnC

79G4

24

13

d

.

...).(..

onde :

Cd = coeficiente de arrasto, que depende da relação l/b das paletas. Para Re > 1000 tem-se : Cd = 1,16 (l/b=1), Cd = 1,20 (l/b=5), Cd = 1,50 (l/b=20) e Cd = 1,90 (l/b= ).

n = velocidade de rotação das paletas em rps (rotações por segundo);

r, l e b= são os elementos geométricos do agitador, instalados em uma câmara de volume V.

Floculadores Hidráulicos Constituem o tipo mais numeroso de floculadores especialmente no caso de pequenas e médias estações de tratamento de água. Antes o cálculo era feito por intermédio de velocidades máximas e mínimas, porém hoje o dimensionamento é feito através do cálculo dos gradientes de velocidade e dos tempos de detenção em seus diversos compartimentos de acordo com a NBR 12.216/92. Nestas câmaras a turbulência da água é obtida as custas de perda de carga acentuada, o que pode ser constatado pela diferença de cotas entre o nível d’água de montante e de jusante. O tipo mais empregado no Brasil é o FLOCULADOR DE CHICANAS que podem ser HORIZONTAIS ou VERTICAIS. O floculador de chicanas verticais


20

é mais comum em estações de pequena capacidade. O floculador de chicanas horizontais é mais empregado para o tratamento de vazões mais elevadas.

Recomendações da norma NBR 12.216/92 para floculadores hidráulicos do tipo chicanas :

Velocidade dentro dos canais : mínima de 0,10 m/s (para evitar decantação dos flocos no floculador) e máxima de 0,30 m/s (para evitar a quebra dos flocos formados). espaçamento mínimo entre chicanas deve ser de 0,60 m, caso não seja dotado de dispositivo de fácil remoção (na prática adotam-se espaçamentos menores do que este pois os dispositivos são removíveis para limpeza e variação do gradiente hidráulico).

FLOCULADOR DE CHICANAS VERTICAIS

FLOCULADOR DE CHICANAS HORIZONTAIS


21

O espaçamento entre a extremidade da chicana e a parede do canal, ou seja a passagem livre entre 2 chicanas consecutivas, deve ser igual a 1,5 vezes o espaçamento entre as chicanas. Isto vale analogamente para os dois tipo de chicanas, conforme figura a seguir :

Fórmula do GRADIENTE DE VELOCIDADE (G) para Floculadores Hidráulicos :

thg

G..

h = hf (perdas localizadas nas voltas de 180o) + h’f (perda distribuída nos canais)

g2v

3h2

f . (perda de carga localizada para uma volta)

34

22

fR

vLh

..'

Logo 34

222

R

vL

g2v

31nh.

..

).(

onde :

n = número de canais do floculador;

(n –1) = número de voltas (180o) no floculador

v = velocidade de escoamento nos canais do floculador;

R = raio hidráulico da seção do canal;

L = comprimento total dos canais do floculador (percurso médio da água);

1,5 e

e e

g : aceleração da gravidade (m/s2);

h : soma das perdas de carga ao longo do floculador (m)

: viscosidade cinemática do líquido (m2/s)

( = 10-6 m2/s - água a 20º C)

t : tempo de detenção no floculador (s)


22

= coeficiente que depende da rugosidade das paredes do canal (Fórmula Manning)


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4.2 Decantação

Classificação dos Decantadores :

Decantadores Clássicos

(baixa taxa de aplicação superficial)

Decantadores Tubulares (alta taxa de aplicação superficial)

Módulos Tubulares


24

De um modo geral, dois tipos de decantadores são utilizados no Brasil para tratamento de água : os decantadores clássicos e os decantadores tubulares.

Decantador Clássico

O tipo mais utilizado é o de seção retangular, em planta, conforme figura anterior. Entretanto algumas estações de tratamento de água possuem decantadores de seção circular, também em planta. Embora menos utilizado, este último tipo permite, em determinadas situações, que se crie um manto de lodo em seu interior, capaz de melhorar muito a qualidade da água decantada. São dotados na zona de entrada de uma cortina distribuidora (parede perfurada), que tem por objetivo uniformizar o fluxo da água em tratamento que entra no decantador. O principal fator para o adequado desempenho dos decantadores clássicos é a Taxa de Escoamento Superficial (Tes), dada pela fórmula :

ses A

QT onde :

Tes = taxa de escoamento superficial (m3/m2.dia);

Q = vazão que o decantador recebe (m3/dia);

As = área em planta do decantador, contada a partir da cortina distribuidora de água floculada (m2).

Se a taxa de escoamento superficial for inferior à velocidade de sedimentação dos flocos que se deseja remover, então ele terá desempenho satisfatório. De acordo com a NBR 12.216/92, a taxa limite de escoamento superficial depende da capacidade da estação de tratamento de água, conforme a tabela a seguir :

Para assegurar o adequado desempenho do decantador, não é suficiente observar apenas a taxa de escoamento superficial, mas também a velocidade de escoamento horizontal em seu interior, para evitar que sejam arrastados os


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flocos sedimentados. A velocidade máxima de escoamento horizontal segundo a NBR 12.216/92 não deve ser superior aos valor resultante das expressões :

218RNmáxv para fluxo laminar, com número de Reynolds NR menor que

2000.

sv18máxv . para fluxo turbulento, com número de Reynolds NR maior que

15.000.

onde : vs é a velocidade de sedimentação dos flocos fornecida pela tabela anterior.

Outro detalhe fixado pela norma diz respeito a vazão máxima das calhas coletoras de água decantada, que não deve ser superior a 1,8 l/s por metro de borda vertente.

Decantador Tubular

Nos decantadores tubulares, a água floculada é introduzida sob (por baixo) das placas. Ao escoar entre elas, ocorre a sedimentação dos flocos. A água decantada sai pela parte de cima do decantador, após haver escoado entre as placas paralelas, e é coletada por calhas coletoras. Em algumas situações, em que se faz necessário ampliar a capacidade de tratamento de ETAs, cujos decantadores são clássicos, e em que não há interesse, ou possibilidade, de se construir novos decantadores desse tipo, eles podem ser convertidos para decantadores tubulares. Com isto é possível, muitas vezes, dobrar a vazão tratada pelo decantador, ou até mesmo mais do que isto.

O adequado funcionamento dos módulos tubulares depende, entre outros fatores :

- Do ângulo de inclinação dos módulos em relação à horizontal. Embora, do ponto de vista teórico, o melhor ângulo seja o de 2 graus e 54 minutos, do ponto de vista prático ele não funciona, pois seria difícil efetuar a limpeza dos flocos que ficariam retidos em seu interior. Por este motivo, utiliza-se um ângulo superior a 50 graus (quase sempre 60 graus, por facilidades construtivas). Com esse ângulo, a maioria dos flocos sedimentados consegue, por seu peso próprio, despregar-se das placas e cair para o poço de lodo, localizado no fundo do decantador.

- Da combinação dos fatores da velocidade de escoamento, do espaçamento entre os dutos ou placas e do comprimento dos dutos.


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4.3 Filtração

Filtração pode ser definida como a passagem da água por um leito de material granular, através do qual ocorre a separação das partículas presentes na água. Os filtros são classificados, de acordo com a velocidade de filtração e de acordo com o sentido do fluxo da água que passam por eles.

Classificação dos Filtros

Filtração de Fluxo Descendente :

q de baixa taxa de filtração (filtros lentos);

q de alta taxa de filtração (filtros rápidos) :

de camada simples (areia);

de camadas múltiplas : dupla (areia e antracito) ou mais.

Filtração de Fluxo Ascendente (sempre com camada simples):

q de baixa taxa de filtração (filtros lentos ascendentes);

q de alta taxa de filtração (filtros rápidos ascendentes ou filtros russos).

Leito Filtrante

É onde ocorre a filtração propriamente dita da água em tratamento.

Filtro de Fluxo Descendente Filtro de Fluxo Ascendente


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Materiais Empregados :

Filtro Lento : areia;

Filtro Rápido : antracito e areia (estratificada : os grãos maiores ficam em baixo, logo o tamanho dos grãos vai decrescendo de baixo para cima no interior do leito filtrante).

Areia : pode ser obtida em rios ou lagos, devendo ser limpa, sem barro ou matéria orgânica. A norma NBR 12216/92 fixa as condições e características granulométricas para as areias como leito filtrante :

q Areia para Filtros Lentos : Tamanho efetivo de 0,25 a 0,35 mm / Coeficiente de Uniformidade menor que 3,0 / Espessura Mínima da Camada de 0,90 m;

q Areia para Filtros Rápidos de Fluxo Descendente de Camada Simples : Tamanho efetivo de 0,45 a 0,55 mm / Coeficiente de Uniformidade entre 1,4 e 1,6 / Espessura Mínima da Camada de 0,45 m;

q Areia para Filtros Rápidos de Fluxo Descendente de Camada Dupla : Tamanho efetivo de 0,45 a 0,45 mm / Coeficiente de Uniformidade entre 1,4 e 1,6 / Espessura Mínima da Camada de 0,25 m;

q Areia para Filtros Rápidos de Fluxo Ascendente : Tamanho efetivo de 0,70 a 0,80 mm / Coeficiente de Uniformidade menor ou igual a 2,0 / Espessura Mínima da Camada de 2,00 m;

Antracito : é um carvão mineral de cor negra. Sua massa específica e da oredem de 1,4 a 1,6 g/cm3, isto é inferior à da areia. Isto faz com que ele possa ser utilizado em filtros rápidos de camada dupla sobre a areia, sem se misturar com ela. Sendo o antracito mais leve e sendo a granulometria da areia e do antracito adequadamente especificados, todas as vezes que o filtro for lavado, o antracito subirá mais do que a areia. pode ser obtida em rios ou lagos, devendo ser limpa, sem barro ou matéria orgânica. Terminada a lavagem a areia ficará por baixo e o antracito por cima.

Camada Suporte

Localizada abaixo do leito filtrante sendo normalmente constituída de seixos rolados ou pedras, colocadas em camadas sucessivas umas sobre as outras, de forma a possibilitar a transição entre o tamanho dos grãos do leito filtrante e o tamanho dos orifícios fundo falso do filtro por onde a água filtrada passa.


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Taxas de Filtração

Corresponde a Vazão Diária Filtrada por Área de Filtro (em planta) expressa normalmente em m3/m2.dia. As disposições da Norma NBR 12216/92 são :

Filtros Lentos - A taxa de filtração pode ser determinada por experiências em filtros pilotos, em períodos superiores ao necessário para ocorrência de todas as variações de qualidade da água. Não sendo possível realizar essas experiências a taxa de filtração não deve ser superior a 6 m3/m2.dia. Os filtros lentos pela baixa taxa de filtração necessitam de grandes áreas para tratamento de grandes vazões. Nestes filtros ocorre a ação biológica, feita através de uma camada gelatinosa (Schumtzdecke) formada pelo desenvolvimento de certas variedades de bactérias, que envolvem os grãos de areia na superfície do leito, que por adsorção retém microorganismos e partículas finamente divididas. Logo os filtros lentos possuem excelentes índices de remoção de microorganismos patogênicos.

Filtros Rápidos - Não sendo possível proceder a experiências piloto as taxas máximas recomendadas são as seguintes : filtros com camada simples - 180 m3/m2.dia; filtros com camada dupla - 360 m3/m2.dia. A taxa máxima em filtros de fluxo ascendente é de 120 m3/m2.dia. Alguns estudos dizem que pode chegar à 300 m3/m2.dia..

Exemplo : Uma estação de tratamento de água tem 4 filtros rápidos, de leito filtrante simples de areia, com as seguintes dimensões em planta : Comprimento de 2,50 m e Largura de 1,00 m. Deseja-se ampliar sua capacidade que passará para 40 l/s. Se os


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leitos filtrantes alterados para o tipo camada dupla com areia e antracito, os filtros assim reformados terão condições de suportar a nova vazão ?

Solução :

Nova vazão em m3/dia = 40 x 86400/1000 = 3.546 m3/dia (Q)

Área filtrante dos 4 filtros = 4 x 2,50 x 1,00 = 10 m2 (A)

Taxa de filtração = Q/A = 3.456/10 = 345,6 m3/m2.dia

345,6 m3/m2.dia < taxa máxima = 360 m3/m2.dia

Assim eles podem suportar a nova vazão de acordo com a norma.

Fundos Falsos de Filtros

Lavagem de Filtros

Há duas condições para se determinar a hora da lavagem de um filtro, existindo também, dois critérios para a escolha do filtro a ser lavado :

Bocais

Tubulações Perfuradas

Blocos


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q Quando o nível d’água atingir um certo limite (aumento da perda de carga do leito filtrante ), lava-se o filtro que estiver operando a mais tempo;

q Se houver controle de turbidez no efluente de cada filtro, lava-se o filtro que apresenta pior resultado.

Os filtros rápidos são lavados a contracorrente (por inversão de fluxo) com uma vazão capaz de assegurar uma expansão adequada do meio filtrante. Na prática consideram expansões entre 25 e 50 % como satisfatórias, sendo 40 % um valor comum. A lavagem pode ser realizada através de um reservatório ou com auxílio de bombas que garantam a velocidade ascencional de lavagem para expansão do leito filtrante, conforme a seguir.


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Ainda existem os Sistemas de Lavagem Auxiliares que melhoram o desempenho da operação de lavagem do filtro, permitindo entre outros benefícios, economizar água gasta na operação de lavagem. Atuam na superfície e interior do leito filtrante a ser expandido, conforme figura a seguir. O segundo caso apresentado se aplica mais à pequenos filtros.

Calhas Coletoras das Águas de Lavagem

Devem ser projetadas sobre o leito filtrante de forma a assegurar a coleta da água de lavagem no leito filtrante de modo mais uniforme possível. A altura do fundo da calha em relação ao topo filtrante é muito importante. O ideal é colocá-la um pouco acima da altura atingida pelo topo do leito filtrante expandido, algo em torno de 15 cm.

15 cm


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Filtros Rápidos – Principais Parâmetros de Projeto Recomendados

Os principais parâmetros de projeto para filtros rápidos podem ser visualizados no quadro a seguir, de acordo com recomendações da Norma NBR12216/92 e de Azevedo Netto :

FILTROS

ASCENDENTES DESCENDENTES PARÂMETROS

NBR 12216 Azevedo Netto NBR 12216 Azevedo Netto

Camada filtrante (areia) 200 cm 150 cm Mín. 45cm 60 cm

Tamanho efetivo (TE)

(mm)

Mín. 0,70

Máx. 0,80

Mín. 0,75

Máx. 0,85

Mín. 0,45

Máx. 0,55

40cm-mín. 0,45 e máx. 0,55

20cm-mín. 0,80 e máx. 1,20

Coeficiente

uniformidade

Menor ou

igual a 2

Menor ou

igual a 2

Mín. 1,40

Máx. 1,60

40cm-menor que 1,7

Camada suporte Maior 40 cm 35 cm Maior 25 cm

35 cm

Taxa filtração (m3/m2.dia)

120 Mín. 120 Máx 180 Mín. 120


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(m3/m2.dia) Máx. 150 (simples) Máx. 150

Tempo de lavagem 15 min _ 10 min _

Velocidade de lavagem

(cm/min) Mín 80

Mín. 70

Máx. 80 Mín 60

Mín. 70

Máx. 80

Fontes: Azevedo Netto e NBR 12216/92

4.4 Tratamento Químico da Água

Para Coagulação

As partículas que desejamos remover da água em tratamento apresentam cargas elétricas negativas. Quando neutralizamos as partículas, através da correta adição de floculante, praticamente zeramos seu potencial zeta.

A determinação da dosagem correta do floculante é feita através da realização de ensaios de jarros - Jar Test.

Existem basicamente duas formas de desestabilizar as partículas presentes na água bruta, sob forma de suspensão ou solução coloidal : a desestabilização por adsorção e a desestabilização por varredura.

Na desestabilização por adsorção - que ocorre em faixas estreitas do pH da água floculada e na qual, como sabemos, é importante misturar energicamente o floculante à água bruta e efetuar essa mistura em tempo muito curto – as partículas presentes na água bruta adsorvem, em suas superfícies, íons metálicos, de carga positiva, capazes de neutralizá-las.

Na desestabilização por varredura, a desestabilização das partículas é feita pelo hidróxido metálico, que é o composto que se forma quando adicionamos o floculante à água bruta. Este composto forma pequenas partículas, sob forma de gel, que chocam-se com as partículas que desejamos remover da água em tratamento, e as adsorvem.

O produto químico mais empregado na coagulação é o Sulfato de Alumínio - Al2(SO4)3. Além deste, podem ser empregados :

§ Sulfato Ferroso;

§ Sulfato Férrico;

§ Cloreto Férrico;

§ Aluminato de Sódio.

Existem ainda os produtos auxiliares da coagulação, tais como :

§ Bentonita;

§ Carbonato de cálcio;

§ Silicato de sódio;

§ Produtos orgânicos denominados Polieletrólitos; e

§ Gás carbônico.


34

O sulfato de alumínio quase sempre é fornecido sob a forma sólida (pequenos grãos em sacas de 50 kg), entretanto pode também ser fornecido sob a forma líquida.

O preparo da solução de sulfato de alumínio é realizado no interior de tanques apropriados, adequadamente revestidos (de forma a resistirem à agressividade da solução preparada), usualmente com concentrações entre 2 % e 10 %.

Para Ajustagem de pH e Abrandamento

O produto químico mais empregado na ajustagem de pH e no abrandamento (redução da agressividade da água) é a Cal Hidratada. Além deste, podem ser empregados :

§ Carbonato de cálcio;

§ Carbonato de sódio (soda ou barrilha);

§ Hidróxido de sódio (soda cáustica);

§ Gás carbônico;

§ Ácido clorídrico; e

§ Ácido sulfúrico.

A Cal Hidratada - Ca(OH)2 - é o mais popular dos alcalinizantes utilizados nas estações de tratamento de água. É fornecida sob a forma de pó, em sacas contendo 20 kg do produto ou em containers plásticos de 300 kg ou 1500 kg. Porém, nas instalações de maior porte, a cal hidratada pode ser armazenada em silos. As sacas de cal devem ser estocadas sobre estrados de madeira para evitar que o contato com a umidade “empedre” o produto. A altura máxima da pilha de sacas deve ser de 1,80 m, no caso de armazenagem manual.

A dosagem da cal hidratada pode ser por via seca ou úmida. No caso de preparo por via úmida, normalmente prepara-se o denominado “leite de cal”, que é a suspensão do produto, em concentrações variando entre 2 % e 10 %.

Uma das formas utilizadas para prever se dada água é corrosiva, incrustante ou neutra é a determinação do Índice de Saturação de LANGELIER (Is), onde :

Is = pH real – pHs

pHs = pCa + pAlc + C

pCa = - log (Ca+2) onde Ca+2 é a concentração molar de íon cálcio.

pAlc = -log (HCO-3) onde HCO-3 é a concentração molar de íon bicarbonato.

C = índice que depende do teor de sólidos totais da água e de sua temperatura (obtido por ábaco específico)

Se Is < 0 = água é corrosiva. Se Is > 0 = água é incrustante.

Para Correção da Dureza A dureza da água é devida à presença de sais de cálcio e magnésio sob forma de

carbonatos, bicarbonatos e sulfatos. Para a remoção de dureza da água, usam-se os processos da cal-solda, dos

zeólitos e mais recentemente a osmose inversa. Os zeólitos têm a propriedade de trocar o sódio, que entra na sua composição, pelo cálcio ou magnésio dos sais presentes na


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água, acabando, assim com a dureza da mesma. Com a continuação do tratamento, os zeólitos esgotam sua capacidade de remoção de dureza.

Quando os zeólitos estiverem saturados, sua recuperação é feita com sal de cozinha (cloreto de sódio). A instalação da remoção de dureza é similar à de um filtro rápido de pressão (filtro rápido encerrado em um recipiente de aço, onde a água entra e sai sob pressão).

A osmose é um fenômeno natural físico-químico. Quando duas soluções, com diferentes concentrações, são colocadas em um mesmo recipiente separado por uma membrana semi-permeável, onde ocorre naturalmente a passagem do solvente da solução mais diluída para a solução mais concentrada, até que se encontre o equilíbrio. Neste ponto a coluna de solução mais concentrada estará acima da coluna da solução mais diluída. A esta diferença entre colunas de solução se denomina Pressão Osmótica. A Osmose Inversa é obtida através da aplicação mecânica de uma pressão superior à Pressão Osmótica do lado da solução mais concentrada.

Para Fluoretação

A fluoretação das águas como forma de prevenção da cárie é obrigatória no Brasil, de acordo com a Lei Federal n. 6050, de 24 de maio de 1974, que foi posteriormente regulamentada pelo Decreto Federal n. 76.872, de 22 de dezembro de 1975.

O composto de flúor é aplicado a meio caminho entre a entrada e a saída do tanque de contato após a introdução do desinfetante.

Os principais produtos empregados na fluoretação das águas são: o Fluorsilicato de Sódio, o Ácido Fluorsilícico e o Fluoreto de Sódio (Fluorita). Destes, o Fluorsilicato de Sódio é o mais empregado, sendo um produto fornecido sob a forma sólida, de baixa solubilidade em água. Corresponde a um pó branco, muito fino, que é fornecido embalado em sacas plásticas de 50 kg.

As sacas do produto devem ser estocadas sobre estrados de madeira para evitar que o contato com a umidade “empedre” o produto. A altura máxima da pilha de sacas deve ser de 1,80 m. A dosagem do produto pode ser por via seca ou úmida.

Para Desinfecção

Grande parte dos microorganismos patogênicos, especialmente vírus e bactérias, que, porventura, estejam presentes na água bruta, é atraída pelos flocos. Por este motivo, quase todos eles são removidos da água em tratamento na decantação e na filtração. Entretanto alguns deles podem ainda estar presentes na água filtrada, logo, é necessário realizar a desinfecção. Os principais produtos empregados na desinfecção são :

§ Cloro;

§ Hipoclorito de Sódio;

§ Hipoclorito de Cálcio;

§ Dióxido de cloro;

§ Amônia anidra;

§ Hidróxido de amônia;


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§ Sulfato de amônia; e

§ Ozona.

Destes, os mais empregados são o cloro gasoso, o hipoclorito de sódio e o hipoclorito de cálcio. O cloro e seus derivados, possuem uma vantagem interessante que é o denominado efeito residual. Dessa forma, se a água tratada vier a contaminar-se no sistema distribuidor (redes e reservatórios), ou mesmo na instalação predial, o teor adicional de cloro presente na água tratada assegurará a destruição dos organismos patogênicos.

O cloro gasoso (mais empregado nas grandes e médias estações), é um gás amarelo-esverdeado, tóxico, de odor irritante e sufocante. Sozinho o mesmo não é corrosivo, porém ao entrar em contato com a água forma os ácidos clorídrico e hipocloroso, tornando-se então muito corrosivo para todos os metais comuns. Ele é embalado em cilindros de aço sob alta pressão, com capacidades para conter 45 kg (conhecido pelos operadores como “cilindro de 50 kg”), 70 kg e 900 kg (conhecido como “cilindro de 1 tonelada”). A armazenagem dos cilindros deve ser feita em local separado das demais unidades da casa de química, abrigados do calor e da incidência dos raios solares, em local ventilado e livres da ação da umidade.

Para que a desinfecção seja eficiente, a água deve permanecer em contato com o cloro durante algum tempo. Esse tempo de contato entre o cloro e a água filtrada é conseguido fazendo permanecer a água em tratamento no interior de um tanque, por isto denominado de tanque de contato.

O tempo que a água deve ficar em contato com o cloro depende de diversos fatores, entre os quais, são muito importantes : a forma química em que o cloro estiver presente na água e o pH da água.

De um modo geral, nas ETAs brasileiras, o cloro desinfetante está sob a forma de ácido hipocloroso e íon hipoclorito. O ácido hipocloroso é mais eficiente que o íon hipoclorito como agente bactericida. Em determinadas condições, o íon hipoclorito é apenas cerca de 2 % tão bactericida quanto o ácido hipocloroso.

Quanto mais baixo o pH, maior a concentração de ácido hipocloroso, que desinfeta melhor que o íon hipoclorito. Por este motivo, é melhor deixar corrigir o pH da água tratada a jusante do tanque de contato, após a desinfecção.

O cloro residual pode estar presente sob duas formas : livre e combinado. O cloro residual combinado, em que o cloro está presente combinado com a amônia ou outros compostos de nitrogênio apresenta menor eficiência para destruir os microorganismos patogênicos do que o cloro residual livre.

Além da cloração efetuada após a filtração, pode também ser realizada a pré-cloração, que é a adição de cloro à água bruta antes do tratamento propriamente dito. Em alguns casos a pré-cloração pode ser interessante pois propicia a oxidação do ferro e do manganês tornando-os insolúveis e passíveis de serem removidos através da mistura rápida, floculação, decantação e filtração.

Entretanto, a necessidade da pré-cloração precisa ser avaliada cuidadosamente, pois ele reage com alguns compostos orgânicos resultantes da decomposição dos vegetais. Esses compostos, especialmente os ácidos húmicos e fúlvicos, ao reagirem com o cloro, poderão formar os compostos denominados de trihalometanos, que suspeita-se que sejam cancerígenos.


37

A desinfecção pode ser realizada individualmente nas caixas d’água, cisternas e poços, quando se deseja eliminar possíveis microorganismos patogênicos decorrentes de eventuais contaminações após obras e serviços.

Os compostos desinfetantes apresentam a seguinte proporção de cloro ativo :

- hipoclorito de cálcio – Ca (OCl)2 (superior a 65% de Cl2);

- cloreto de cal – CaOCl (cerca de 30% de Cl2);

- hipoclorito de sódio – NaOCl (cerca de 10% a 15% de Cl2);

- água sanitária – solução aquosa a base de hipoclorito de cálcio ou de sódio (cerca de 2% a 2,5% de Cl2).

O tempo de contato influencia na quantidade e na dosagem de cloro usar:

- solução a 50mg/l de Cl2 – tempo de contato 12 horas;

- solução a 100mg/l de Cl2 – tempo de contato 4 horas;

- solução a 200mg/l de Cl2 – tempo de contato 2 horas.

O exemplo a seguir mostra como pode ser calculada a quantidade de desinfetante para o caso de um poço de água subterrânea.

Exemplo de Cálculo de Desinfecção para Poços

Após a construção de um poço para captação de água subterrânea, o mesmo deve ser desinfetado com a finalidade de eliminação de uma eventual contaminação decorrente das obras. Para a desinfecção de um poço que possui um volume de 4.500 litros de água, empregando uma concentração forte de 100 mg/l (100 ppm) de Cl2, qual deve ser a quantidade do composto cloreto de cal, em kg, necessária, sabendo-se que este composto apresenta cerca de 30 % de Cl2. Solução : Quantidade de Cl2 necessária : x = 4.500 l x 100 mg/l = 450.000 mg Quantidade de cloreto de cal necessária : 100 mg cloreto de cal ____________ 30 mg de Cl2

y ____________________________ 450.000 mg de Cl2

y = (450.000 mg Cl2 x 100 mg cloreto de cal) / 30 mg Cl2 = 1.500.000 mg y = 1,5 kg cloreto de cal


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SIMULADO - TRATAMENTO DE ÁGUA

Marque Verdadeiro (V) ou Falso (F) :

1. Água bruta é sinônimo de água agressiva. ( )

2. A cor de certa amostra, determinada sem remover previamente as partículas em suspensão presentes, é a cor aparente e, certamente, terá um valor superior ao de sua cor real. ( )

3. As águas duras são incrustantes, consomem muito sabão e, quase sempre, são também alcalinas. ( )

4. Os coliformes são organismos sempre patogênicos. ( )

5. O cloro residual garante que se a água distribuída vier a se contaminar na rede ou nos reservatórios, ela ainda será capaz de combater essa contaminação. ( )

6. A fluoretação das águas como forma de prevenção da cárie é opcional no Brasil.( )

7. Nas águas naturais, partículas em suspensão fazem surgir a turbidez e as partículas dissolvidas fazem surgir a cor real. ( )

8. Na floculação, as partículas desestabilizadas na mistura rápida são aglutinadas umas com as outras e com o floculante, formando os flocos. ( )

9. A pré-cloração pode propiciar a oxidação do ferro e do manganês tornando-os insolúveis e passíveis de serem removidos através da mistura rápida, floculação, decantação e filtração. ( )

10. A pré-cloração não apresenta nenhum inconveniente com relação a qualidade da água tratada para consumo humano. ( ).

11. Chamamos de água decantada a água da qual os flocos foram separados por sedimentação.( )

12. De acordo com a NB-592, dois parâmetros são muito importantes na mistura rápida: o gradiente de velocidade e o tempo de mistura. ( )

13. O gradiente de velocidade é maior na floculação do que na mistura rápida. ( )

14. As partículas que desejamos remover da água em tratamento apresentam cargas elétricas negativas. Quando neutralizamos as partículas, através da correta adição de floculante, praticamente zeramos seu potencial zeta. ( )

15. A determinação da dosagem correta do floculante é feita através da realização de ensaios de jarros - Jar Test. ( )

16. Na desestabilização por adsorção - que ocorre em faixas estreitas do pH da água floculada e na qual, como sabemos, é importante misturar energicamente o floculante à água bruta e efetuar essa mistura em tempo muito curto – as partículas presentes na água bruta adsorvem, em suas superfícies, íons metálicos, de carga positiva, capazes de neutralizá-las. ( )

17. Na desestabilização por varredura, a desestabilização das partículas é feita pelo hidróxido metálico, que é o composto que se forma quando adicionamos o floculante à água bruta. Este composto forma pequenas partículas, sob forma de gel,


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que chocam-se com as partículas que desejamos remover da água em tratamento, e as adsorvem. ( )

18. O medidor Parshall engloba somente a função de medidor de vazão em uma estação de tratamento de água. ( )

19. O gradiente de velocidade deve ser aumentado no floculador quanto mais próximo se estiver do decantador, ou seja, o gradiente de velocidade é crescente em um floculador de montante para jusante. ( )

20. De acordo com a NB-592, quando não puderem ser realizados experimentos, o gradiente de velocidade na mistura rápida deve estar entre 700 e 1100 s-1 e o tempo de mistura não superior a 5 s. ( )

21. De acordo com a NB-592, quando não puderem ser realizados experimentos, o gradiente de velocidade máximo no 1º compartimento de um floculador (montante) deverá ser de 70 s-1 e o valor mínimo, no último compartimento (jusante), deverá ser de 10 s-1. ( )

22. Nos floculadores hidráulicos, a agitação é conseguida introduzindo equipamentos mecânicos, capazes de manter a água em constante agitação. ( )

23. Os decantadores pode ser divididos no Brasil em clássicos (baixa taxa de escoamento superficial) e tubulares (alta taxa de escoamento superficial). ( )

24. O principal parâmetro para o adequado desempenho dos decantadores clássicos é a taxa de escoamento superficial. ( )

25. Projetos adequados podem, muitas vezes, aumentar e até mesmo dobrar a vazão tratada por decantadores clássicos, através de sua conversão para decantadores tubulares. ( )

26. Quando os filtros recebem água coagulada ou floculada, sem passar, por decantação, diz-se que a estação de tratamento é do tipo filtração direta. ( )

27. Os filtros lentos pela baixa taxa de filtração necessitam de menores áreas para tratamento de grandes vazões do que os filtros rápidos. ( )

28. De acordo com a NB-592, quando não puderem proceder a experiências piloto a taxa máxima de filtração recomendadas para os filtros lentos é de 16 m3/m2.dia. ( )

29. De acordo com a NB-592, quando não puderem proceder a experiências piloto as taxas máximas de filtração recomendadas para os filtros rápidos serão as seguintes: filtros com camada simples - 180 m3/m2.dia e filtros com camada dupla - 360 m3/m2.dia. ( )

30. Normalmente nas ETAs brasileiras, a lavagem dos filtros é efetuada introduzindo água tratada em contra-corrente no filtro a ser lavado, com velocidade suficiente para expandir o leito filtrante. Algumas vezes efetua-se também a lavagem auxiliar, com água ou ar. ( )

31. Basicamente, os materiais utilizados nos filtros das estações de tratamento de água são materiais granulares, especificados adequadamente, sendo normalmente utilizados, com essa finalidade, o antracito e a areia. ( )

32. Os filtros rápidos são mais eficientes do ponto de vista de remoção de microorganismos patogênicos do que os filtros lentos. ( )


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33. Filtros russos e clarificadores de contato são denominações também utilizadas para designar os filtros ascendentes, em cujo interior no meio granular, ocorrem simultaneamente, a floculação, a decantação e a filtração. ( )

34. O cloro é quase sempre o desinfetante utilizado no Brasil, embora outros métodos podem ser utilizados para a desinfecção, tais como : ozonização, raios ultra-violeta e compostos alternativos de cloro. ( )

35. Quanto mais baixo o pH, maior a concentração de ácido hipocloroso, que desinfeta melhor que o íon hipoclorito. ( )

36. A correção do pH permite eliminar características corrosivas ou incrustativas da água tratada. ( )

37. A correção do pH é efetuada antes da entrada da água no tanque de contato, ou seja, antes da cloração e da fluoretação. ( )

38. O cloro residual pode estar presente sob duas formas : livre e combinado. O cloro residual combinado, em que o cloro está presente combinado com a amônia ou outros compostos de nitrogênio apresenta maior eficiência para destruir os microorganismos patogênicos do que o cloro residual livre. ( )

39. O preparo da solução de sulfato de alumínio é realizado no interior de tanques apropriados, usualmente em concentrações variando entre 2 e 10 %.

40. A introdução de oxigênio na água (aeração) permite a oxidação de compostos ferrosos e manganosos e a sua conseqüentente redução e eliminação por precipitação de tais metais.

41. Certos produtos orgânicos denominados polieletrólitos podem ser utilizados como auxiliares da desinfecção da água. ( )

42. O carvão ativado pode ser utilizado para remoção de odor e sabor. ( )

43. Os padrões de potabilidade são fixados, em geral, por decretos, regulamentos ou especificações. São definidos no Brasil pelo Ministério da Saúde, através da recente Portaria 1469 de 29 de Dezembro de 2000. Essa portaria estabelece os procedimentos e responsabilidades relativos ao controle e vigilância da qualidade da água para consumo humano e seu padrão de potabilidade, substituindo a antiga portaria 36/90. ( )

44. O tempo de contato não influencia na eficiência da desinfecção. ( )

45. A decomposição da matéria orgânica contribui para o aumento da cor, do odor e do sabor da água. ( )

46. A portaria de potabilidade 1469 do Ministério da Saúde recomenda que a concentração mínima de cloro residual livre em qualquer ponto do sistema de abastecimento, seja de 2,0 mg/l. ( )

Respostas :

1. F 11. V 21. V 31. V 41. F

2. V 12. V 22. F 32. F 42. V

3. V 13. F 23. V 33. V 43. V

4. F 14. V 24. V 34. V 44. F


41

5. V 15. V 25. V 35. V 45. V

6. F 16. V 26. V 36. V 46. V

7. V 17. V 27. F 37. F

8. V 18. F 28. F 38. F

9. V 19. F 29. V 39. V

10. F 20. V 30. V 40. V


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QUESTÃO 42 – CONCURSO DA POLÍCIA FEDERAL – 2002

GABARITO COMENTADO

Área 7 – Engenharia Civil

Julgue os itens seguintes, relativos a tratamento de água : 1. O processo de tratamento de água por filtração física remove

totalmente as bactérias presentes na água, podendo-se, com isso, prescindir da cloração da água. ( E )

Errado. A filtração não remove 100 % dos microorganismos patogênicos. A que mais se aproxima desta eficiência é a filtração lenta que remove cerca de 98 a 99 % dos microorganismos patogênicos. Logo não se pode prescindir da cloração. A cloração deve sempre ser feita, pois é uma garantia contra contaminação eventual após o tratamento, ou seja, no sistema distribuidor.

2. A areia e a terra diatomácea são materiais que podem ser

utilizados em filtros para tratamento de água. ( C )

Certo. Existem também outros materiais como o Carvão Ativado, empregado para remoção de odor e sabor nas águas.

3. A coagulação é um processo químico de pré-tratamento da água

empregado para a remoção de substâncias no estado coloidal, produtoras de turbidez, e de materiais finamente divididos em suspensão, que resultam da decomposição de vegetais ou de despejos industriais traçadores. ( C )

Certo.

4. A floculação é um tratamento em que a adição de substâncias

químicas à água provoca a retenção de sólidos em suspensão em filtros lentos. ( E )

Errado. A floculação consiste na formação de flocos mais pesados, devido à aproximação entre as partículas em suspensão desestabilizadas, para posterior sedimentação em equipamentos denominados de decantadores, que precedem a filtração rápida. A coagulação química e a floculação não são empregadas quando o processo de filtração é lento, pois colmataria rapidamente os filtros, dentre outras razões.


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5. As características químicas e a temperatura da água não influenciam a eficiência do processo de tratamento da água por desinfecção. ( E )

Errado. As características químicas, principalmente o pH da água, influenciam no processo de desinfecção. Para valores mais baixos de pH, a eficiência da cloração é maior, pois a produção de ácido hipocloroso é maior, sendo este mais desinfetante que o íon hipoclorito. Quanto maior é a temperatura maior é a dissociação do ácido hipocloroso em íon hipoclorito reduzindo a eficiência da cloração.


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FASES DO TRATAMENTO DE ÁGUA CONVENCIONAL


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TIPOS BÁSICOS DE ETA


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MISTURA RÁPIDA – COAGULAÇÃO (DESESTABILIZAÇÃO)


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EFEITOS DOS PROCESSOS DE TRATAMENTO DE ÁGUA

EFEITOS DOS PROCESSOS DE TRATAMENTO ( 1 ) Um pouco irregularmente. ( 8 ) Pela remoção de CO2. ( 2 ) Tratamento com cal em excesso. ( 9 ) Com a adição de Oxigênio. ( 3 ) Porém sujam-se ou entopem muito depressa. ( 10 ) A coagulação com Sulfato de Alumínio liberta CO2. ( 4 ) Exceção para os sabores devidos a clorofenóis ( 11 ) Após aeração. ( 5 ) Supercloração seguida de descloração. ( 12 ) Aeração seguida de uma unidade separadora ( p/ deposição ) ( 6 ) Cloração normal. ( 13 ) Pode Ferro e ter efeito sobre a cor. ( 7 ) Converte a dureza de carbonato em dureza de sulfato. ( 14 ) Redução da dureza pelo processo da precipitação química.

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