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Tratamento de água, diversos autores - sem revisão final

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  1. 1. TRATAMENTO DE ÁGUA DE ABASTECIMENTO Aula 3 - Etapas do Tratamento e Tecnologias
  2. 2. Introdução A água destinada ao consumo humano deve preencher condições mínimas para que possa ser ingerida ou utilizada para fins higiênicos, tais como estar isenta de microorganismos patogênicos e, com relação à substancias orgânicas ou inorgânicas, os teores das mesmas não deverão ser prejudiciais ao ser humano.
  3. 3. Tecnologias de Tratamento As tecnologias de tratamento de água evoluíram consideravelmente, podendo-se dizer que qualquer água pode ser tratada e destinada ao consumo.  Condições socioeconômicas da comunidade;  Localização;  Capacidade da estação;  Padrões de portabilidade  Etc.
  4. 4. Sistemas de Tratamento de Água Potável A estrutura a ser utilizada e as operações e processos dependem do tipo de manancial:  Manancial de água subterrânea: Baixa turbidez, presença de gases, substâncias orgânicas e íons dissolvidos.  Água Superficial (rios, lagos e represas): Maior concentração de sólidos em suspensão; Baixa concentração de gases dissolvidos.  Água Salobra ou Salina Elevada concentração de sais dissolvidos.
  5. 5. Tecnologias de tratamento A produção de água que atenda consistentemente o Padrão de Potabilidade requer, na maioria dos casos, a filtração, pois somente nessa etapa é que são removidas, quase que em sua totalidade, as partículas coloidais, suspensas e microorganismos em geral, de forma que a desinfecção final seja efetiva.
  6. 6. Tratamento Convencional Envolve a combinação das seguintes operações e processos unitários:  Aeração;  Coagulação e floculação;  Sedimentação ou decantação;  Filtração;  Desinfecção;  Fluoretação;  Controle de Carbonatos.
  7. 7. Variantes do Sistema Convencional Completo Somente desinfecção: O manancial de água disponível é de boa qualidade, não exigindo tratamento adicional; Utilizado como sistema alternativo, de baixo consumo.  Filtração direta: Não é utilizado o decantador; Águas com baixa concentração de sólidos em suspensão;  Coagulação em linha: O floculador e o decantador não são utilizados; Águas com baixa concentração de sólidos em suspensão; Geralmente utiliza-se um auxiliar de filtração. 
  8. 8. Di Bernardo,1993 Classificação das tecnologias de tratamento de água destinada ao consumo humano.
  9. 9. Limitações dos Sistemas Convencionais Limitação dos Sistemas Convencionais para Garantir a Qualidade da Água para Consumo Atualmente, mais de 62 milhões de substâncias orgânicas e inorgânicas catalogadas; Quase 42 milhões dessas substâncias estão disponíveis comercialmente; Muitos produtos utilizados no nosso dia-a-dia contém os mais variados tipos de compostos químicos;
  10. 10. Sistemas Avançados de Tratamento de Água Referem-se às técnicas de tratamento utilizadas para remoção de contaminantes que não são afetados pelo sistema convencional; Carvão ativado remoção de compostos orgânicos, metais e alguns gases; Separação por membranas remoção de substâncias que se encontram na forma coloidal ou dissolvidas na água; Troca iônica remoção de íons específicos, que se encontram dissolvidos na água.
  11. 11. Tecnologias de Tratamento com Coagulação Química Qualquer que seja a tecnologia empregada, a coagulação química desempenha papel importantíssimo, pois dela depende a eficiência das operações subseqüentes, com destaque a filtração, embora a floculação e a decantação também seja muito influenciadas pela coagulação. A operação de um sistema de tratamento com coagulação química deve ser realizada por pessoal qualificado, pois há necessidade de ensaios em laboratório que permita conhecer o mecanismo de coagulação apropriado a cada tecnologia de tratamento.
  12. 12. Tecnologias de Tratamento com Coagulação Química Exemplos de coagulantes primários – sulfato de alumínio, cloreto férrico ou sulfato ferroso. A escolha do coagulante mais indicado dependerá de vários fatores, porém a disponibilidade do produto no mercado a custo acessível, a alcalinidade e o pH da água bruta serão determinantes.
  13. 13. Formas clássicas de Tratamento de Água – Estação Clássica A estação clássica de tratamento de água A estação clássica efetua o tratamento convencional em compartimentos separados uns dos outros. Existem portanto, os misturadores rápidos, os floculadores, os decantadores, os filtros e o tanque de contato (onde a adequada desinfecção é assegurada) 
  14. 14. Formas clássicas de Tratamento de Água – Desinfecção simples Desinfecção simples e Correção do pH Águas de nascentes e de poços rasos e profundos, cujas as águas apresentam dentro dos padrões de potabilidade necessita, apenas de adição de um agente desinfetante. Porém em alguns casos será necessário um tratamento prévio dependendo do uso e da própria qualidade da água (natureza das rochas ou por contaminação). 
  15. 15. Formas clássicas de Tratamento de Água - Filtração Filtração Os filtros podem ser classificados em: lentos ou rápidos, conforme a vazão tratada por unidade de área do filtro. Nos primeiros, destinados a águas de baixa turbidez, o processo de filtração é predominantemente biológico, enquanto que nos filtros rápidos o processo é físico e químico. 
  16. 16. Formas clássicas de Tratamento de Água - Filtração O tratamento químico prévio da água a ser filtrada, dispensável nos filtros lentos (que, só se aplica a mananciais cuja água seja de boa qualidade), é fundamental nos filtros rápidos. Em vista da dificuldade cada vez maior de se encontrar mananciais adequados aos filtros lentos, e à área relativamente grande que essas unidade devem ter (a superfície filtrante é quarenta a cento e vinte vezes superior à dos filtros rápidos), a filtração lenta vem se tornando cada vez mais rara, enquanto que os filtros rápidos constituem a opção mais utilizada nas estações convencionais de tratamento.
  17. 17. Filtração A água filtrada, numa operação bem conduzida, é límpida. A remoção de bactérias neste estágio já é, no mínimo, igual a 90% . Fator influente na velocidade de filtração, é a granulometria da areia. De acordo com essa granulometria, a filtração pode ser lenta ou rápida.
  18. 18. Filtração lenta filtração lenta É um método de tratamento da água, adotado principalmente para comunidades de pequeno porte, cujas águas dos mananciais apresentam baixos teores de turbidez e cor (menor que 50UT). O processo consiste em fazer a água passar através de um meio granular com a finalidade de remover impurezas físicas, químicas e biológicas. 
  19. 19. Filtração lenta • mecanismos que atuam na filtração: - Ação mecânica de coar: retenção das partículas maiores nos interstícios existentes entre os grãos de areia: ➢ sedimentação: reposição de partículas sobre a superfície dos grãos de areia; ➢ ação Biológica: feita por 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.
  20. 20. Filtração lenta - sistema de drenagem: Situado no fundo do filtro tem por objetivo coletar e conduzir para fora do filtro a água filtrada. Corte do filtro lento detalhado
  21. 21. Filtração lenta • aspectos operacionais Com o prosseguimento da filtração, a camada superior da areia vai se sujando cada vez mais, diminuindo, em conseqüência, a vazão da água filtrada. Quando esta vazão cai consideravelmente, deve-se proceder à limpeza do filtro. Faz-se a limpeza do filtro, removendo-se uma camada de dois a três centímetros da areia. Quando a camada de areia nos filtros atingir 0,70m de altura, recoloca-se a areia retirada, depois de totalmente lavada
  22. 22. Filtração lenta
  23. 23. Filtros lentos • vantagens dos filtros lentos: - operação simples; - custos operacionais baixos; - boa eficiência na remoção de microorganismos patogênicos; - boa eficiência na remoção de turbidez. • desvantagens dos filtros lentos: - ocupam grandes áreas; - necessidade periódica de remoção e lavagem da areia; - possibilidade de degradação do manancial com o tempo, alterando as características físico-químicas iniciais da água (aumento excessivo da turbidez).
  24. 24. Filtros rápidos Filtros rápidos São unidades destinadas a remover partículas em suspensão, em caso de a água a tratar ser submetida a processo de coagulação, seguido ou não de decantação, ou quando comprovado que as partículas capazes de provocar turbidez indesejada possam ser removidas pelo filtro, sem necessidade de coagulação. Os filtros podem ser de camada filtrante simples ou dupla, de fluxo ascendente ou descendente, sendo os de fluxo ascendente sempre de camada simples. 
  25. 25. Formas clássicas de Tratamento de Água - Decantação Decantação Para reduzir o conteúdo de partículas em suspensão na água e deixá-la decantar durante certo tempo durante o qual tais partículas sedimentam-se no interior do recipiente. A decantação pode ser simples, para a remoção de sólidos grosseiros, ou precedida de tratamento químico, para remover partículas mais finas que levariam muito tempo para sedimentarem. 
  26. 26. Formas clássicas de Tratamento de Água - Decantação A decantação quase sempre precede a filtração rápida, salvo no caso de águas brutas de baixa turbidez, onde é possível efetuar a filtração direta. Em alguns casos a decantação é feita apenas nas épocas do ano em que a qualidade da água se torna pior; nas outras épocas do ano efetua-se a filtração direta.
  27. 27. Formas clássicas de Tratamento de Água – Coagulação e Floculação Coagulação e Floculação Nesta fase do tratamento, deseja-se tratar quimicamente a água, de modo que as partículas coloidais presentes sejam desestabilizadas e aglutinadas uma às outras. Em tais condições, elas sedimentarão mais rápido, facilitando a decantação, e serão mais facilmente retidas no filtros. A desestabilização química das partículas denomina-se coagulação, efetuada em unidade de mistura rápida. A aglutinação das partículas previamente desestabilizadas, efetuada em unidades de mistura lenta denomina-se floculação. 
  28. 28. Mistura rápida • tratamento utilizando coagulante - mistura rápida Geralmente é feita no medidor Parshall, ou também por um vertedor. Este ponto é muito bom para adição dos compostos químicos, em função da turbulência da água nesse local
  29. 29. Mistura lenta ou floculação • Mistura lenta ou floculação Os compostos químicos já completamente misturados anteriormente, vão reagir com a alcalinidade da água, ou se esta não é suficiente, com a cal adicionada, formando compostos que tenham propriedades de adsorção, isto é, aqueles cujas partículas sejam carregadas eletricamente na sua superfície, e que possam, assim, atrair cargas elétricas contrárias. Essas partículas são chamadas flocos e tem cargas elétricas superficiais positivas, enquanto que as impurezas presentes na água, como as matérias suspensas, as coloidais, alguns sais dissolvidos e bactérias, tem carga elétrica negativa, sendo, assim, retidas por aqueles flocos.
  30. 30. Mistura lenta ou floculação A água deve ter ao longo dos canais, uma velocidade bem dimensionada, pois se for abaixo de um mínimo (10cm/seg ), o floco depositará, e se for muito alta, poderá “quebrar” o floco, o que irá prejudicar bastante as condições nas fases subseqüentes (geralmente acima de 30cm/seg).
  31. 31. Decantação ou sedimentação • decantação ou sedimentação Os flocos do coagulante que já clarificaram a água pelos processos ocorridos no floculador, irão, nessa nova fase, ser removidos da água por sedimentação. Podem ser decantadores convencionais (baixa taxa) e decantadores com escoamento laminar (elementos tubulares ou de placas) denominados decantadores de alta taxa. O decantador convencional é um tanque de forma geralmente retangular ou circular, cujo fundo é muitas vezes inclinado para um ou mais pontos de descarga.
  32. 32. Aeração A aeração é também usada para a melhoria da qualidade biológica da água e como parte de tratamentos mais completos. Para as pequenas instalações, a aeração pode ser feita no próprio reservatório de água; basta que este seja bem ventilado e que, ao passar para o reservatório, a água seja forçada a uma queda livre.
  33. 33. Métodos de aeração A aeração pode ser obtida, provocando a queda da água sobre bandejas ou tabuleiros, nas quais exista cascalho ou pedra britada. A água sai de uma fonte no topo do conjunto de bandejas e as atravessa sucessivamente até ser recolhida na mais baixa. Pode dar-se ainda pelo sistema de cascatas, fazendo a água tombar sucessivamente sobre diversos degraus. Pode ser obtida, levando-a a sair de bocais sob a forma de jato, recebendo oxigênio quando em contato com o ar.
  34. 34. Aeração E finalmente, a aeração também pode ser feita pelos aeradores por borbulhamento que consistem, geralmente, de tanques retangulares, nos quais se instalam tubos perfurados, placas ou tubos porosos difusores que servem para distribuir ar em forma de pequenas bolhas. Essas bolhas tendem a flutuar e escapar pela superfície da água.
  35. 35. Aerador de cascata
  36. 36. Estações compactas São unidades pré-fabricadas, que reúnem todas as etapas necessárias ao processo de limpeza da água. Normalmente são transportadas e montadas na localidade de implantação do sistema. É necessário a construção de uma Casa de Química. • vantagens da instalação de estações compactas: - redução nos prazos de implantação do sistema; - possibilidade de deslocamento da Estação para atender a outros sistemas.
  37. 37. Exemplo - Qualidade de águas para determinados processos industriais Industria de Refrigerantes Muitas industrias de refrigerantes empregam água potável (de abastecimento público) para produzir suas bebidas, embora raramente essas águas apresentam condições idéias para essa finalidade. A maioria das vezes elas precisam de um tratamento especial, como remoção de cloro, ajuste de alcalinidade, remoção de matéria em suspensão e redução da dureza total. 
  38. 38. Exemplo - Qualidade de águas para determinados processos industriais Além de obedecer ao padrão de potabilidade a água precisa apresentar alcalinidade entre 50 a 100ppm como (Carbonato de Cálcio) CaCO3. A alcalinidade é limitada a essa faixa de valores para evitar reação com ácido cítrico e a conseqüente degradação do gosto da bebida. A água de dureza zero é ideal para lavagem das garrafas afim de manter em excelente estado de limpeza e aparência.
  39. 39. Fluxograma de tratamento de água para a industria de refrigerantes Água Bruta Coagulação, Cloração, Abrandamento Sedimentação Filtração Filtro de Carvão Ativado Abrandamento por troca iônica Remoção de Fe, Mn Para lavagem de garrafas Para processo Industrial
  40. 40. Exemplo - Qualidade de águas para determinados processos industriais Água para a Industria de Polpa e papel Em geral a qualidade das águas para a indústria de papel varia de acordo com a qualidade do produto requerido, podendo utilizar desde água comum, tipo potável, até água desmineralizada. A industria de papelão para caixas de embalagens, papel de embrulho, etc., pode empregar água com certa turbidez, como, por exemplo 35ppm (Sílica) (SiO2), cor de 15 unidades Hazen, dureza de 150ppm (Carbonato de Cálcio) (CaCO3) ferro e manganês de 1,0 ppm e sólidos totais de até 300ppm. 
  41. 41. Exemplo - Qualidade de águas para determinados processos industriais Papeis de qualidade superior no entanto exigem água melhor, como por exemplo, água de turbidez até 5ppm, cor 5 unidades Hazen, dureza 50ppm, ferro 0,1 ppm, manganês 0,005 ppm e sólidos totais até 200 ppm. Papeis para a industria eletrônica, cigarros e material fotográfico exigem água desmineralizada para o seu processo de fabricação.
  42. 42. Exemplo - Qualidade de águas para determinados processos industriais São necessárias águas com baixas concentrações de ferro e manganês para a maioria das industrias de papel, pois estes metais tendem a produzir manchas nos papeis manufaturados. Cumpre referir que a celulose retém com facilidade o ferro presente em soluções muito diluídas. A água de lavagem de polpa deve ter dureza zero para evitar a precipitação de sais de cálcio e magnésio que interferem no seu branqueamento.
  43. 43. Fluxograma de tratamento de água para a industria de polpa e papel. Água Bruta Coagulação Sedimentação Filtração Desmineralização Remoção Fe, Mn, Ca, Mg Para o processo Industrial e Lavagem da Polpa Papéis Especiais
  44. 44. Maquete Virtual  http://www.finep.gov.br/prosab/prosab_edital5_a gua/index.html
  45. 45. Tratamento Convencional O tratamento convencional (ou de ciclo completo) é uma das tecnologias mais utilizadas no Brasil. Inicialmente a água bruta recebe coagulante, na unidade de mistura rápida, passando em seguida pelas unidades de floculação, de decantação, e de filtração. Assim como nas demais tecnologias de tratamento de água, a fluoretação e a desinfecção da água são obrigatórios antes da sua distribuição para o consumo humano.
  46. 46. Filtração Direta Ascendente A filtração Direta Ascendente é utilizada no tratamento de água que apresentam concentração relativamente baixa de impurezas. Inicialmente a água bruta passa pela unidade de mistura rápida para receber o coagulante. Após a coagulação, á água é encaminhada ao fundo dos filtros, por onde seguem em sentido ascensional, passando pelo pedregulho e pela areia, sendo coletada na parte superior da sua unidade de filtração.
  47. 47. Filtração Direta Descendente A Filtração Direta Descendente é utilizada no tratamento de águas que apresentam concentração relativamente baixa de impurezas. A primeira unidade de tratamento é a mistura rápida, onde a água recebe o coagulante. Em seguida, a água coagulada é encaminhada para a entrada dos filtros, por onde escoa em sentido descendente, passando pela areia e pela a camada de suporte e sendo recolhida no fundo do filtro.
  48. 48. Filtração Direta Descendente (com Floculação) A filtração Direta Descendente (com Floculação) é utilizada no tratamento de águas que apresentam concentrações relativamente baixas de impurezas, mas as impurezas precisam ter seu tamanho aumentado antes de a água ser enviada para os filtros. A primeira unidade de tratamento é a mistura rápida, onde a água recebe coagulante, depois a água passa pelos floculadores, sendo em seguida encaminhada para a entrada dos filtros, por onde escoa no sentindo descendente.
  49. 49. Dupla Filtração A Dupla Filtração é utilizada no tratamento de águas que apresentam características intermediárias às que podem ser tratadas por filtração direta ascendente ou descendente inicialmente a água bruta é coagulada na unidade de mistura rápida, de onde segue para o fundo do primeiro filtro, escoando no sentido ascensional. A água coletada na calha superior da primeira unidade de filtração é encaminhada para o filtro de escoamento descendente. A existência de dois filtros em série aumenta a segurança sanitária da água produzida. O filtro ascendente pode ser constituído de área grossa ou de pedregulhos.
  50. 50. Flotação A Flotação é ainda pouco utilizada nas ETAs brasileiras, mas seu emprego tem aumentando, especialmente no tratamento de águas com elevada concentração de algas. Inicialmente a água bruta recebe o coagulante, na unidade de mistura rápida, passando em seguida pelas unidades de floculação, de flotação e de filtração. Na flotação as impurezas são acumuladas na superfície da água, ao contrário do que ocorre na decantação.
  51. 51. Separação em Membranas O tratamento de água utilizando a Separação por Membranas é relativamente pouco utilizado no Brasil, sendo mais utilizado na região nordeste do País, na dessalinização de águas salobras. Se a água bruta apresentar concentrações elevada de impurezas, pode ser necessário se fazer um prétratamento antes de encaminhá-la para o sistema de membranas, obtém-se a água filtrada, denominada de permeado, e a porção restante é chamada de concentrado.
  52. 52. Filtração em Múltiplas Etapas Na filtração em Múltiplas Etapas, inicialmente a água passa por um pré-filtro dinâmico e depois de um pré-filtro de pedregulho, que retiram parte das impurezas presente na água antes que ela seja encaminhada ao filtro lento. Não há necessidade de se utilizar coagulante. A filtração em múltiplas etapas é iniciada para o tratamento de águas que apresentam concentração relativamente baixa de impurezas, sendo que a simplicidade operacional é uma de suas grandes vantagens.
  53. 53. Filtração em Margem A Filtração em Margem é um pré-tratamento da água. São perfurados poços em torno no manancial, que pode ser um rio ou represa, de modo que pela diferença de carga hidráulica a água escoa pelo solo até chegar ao poço. Nesse percurso, parte das impurezas é retida no solo, melhorando a qualidade da água que será bombeada para a estação de tratamento.
  54. 54. Aerador No tratamento de água para o consumo humano, o sistema de aeração pode ser instalado antes da unidade de mistura rápida visando, principalmente, auxiliar na remoção de ferro facilmente oxidável, sulfeto de hidrogênio e compostos orgânicos voláteis
  55. 55. Referências    http://www.finep.gov.br/prosab/prosab_edital5_agua /index.html Brasil. Fundação Nacional de Saúde. Manual de saneamento. 3. ed. rev. - Brasília: Fundação Nacional de Saúde, 2006. Saneamento De Goiás S/A Superintendência De Recursos Humanos Gerência De Desenvolvimento De Pessoal Operação De Estação De Tratamento De Água Lmanuais Atuaismanual – Mt-32/Operação De Estação De Trat. De Água Revisão/ 00 Ano/Jun2006
  56. 56. Referências     Richter, Carlos A. e Netto, Azeveto M J. Tratamento de Água: Tecnologia Atualizada. São Paulo, 1991 Di Bernardo, Luiz. Métodos e Técnicas de Tratamento de Água. Volume I, Rio de Janeiro, 1993 Filho, D.F. Tecnologia de Tratamento de Água. Rio de Janeiro, 1976 Viana, marcos Rocha. Hidráulica Aplicada as Estações de Tratamento de Água. Belo Horizonte, 1992.
  57. 57. Objetivo da aula Ao final dessa aula, você deverá conhecer:  As etapas de tratamento de água de uma ETA convencional;  Através de dois exemplos compreender que o tratamento de água pode ser diferente dependendo do uso;  Conhecer através da Maquete Virtual alguns exemplos mais utilizados de ETA.

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