Apostila sobre tratatamento de agua

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Apostila sobre tratatamento de agua

  1. 1. CAGEPA DIRETORIA DE OPERAÇÃO ASSESSORIA TÉCNICA DE TRATAMENTO DE ÁGUA E ESGOTOS OPERAÇÃO E MANUTENÇÃO DE ETAs ANTONIO BATISTA GUEDES JOSE MARIA TEIXEIRA DE CARVALHO MARÇO/1997
  2. 2. OBJETIVO A presente apostila, versando sobre “OPERAÇÃO E MANUTENÇÃO DE ETAs”, sintetiza os principais assuntos concernentes a área de tratamento de água para fins de potabilidade. Dentre os assuntos abordados destacamos: problemática da água, principais doenças de veiculação hídrica, unidades constituintes de um sistema de abastecimento de água, tipos de mananciais, classificação das águas segundo o uso preponderante, processos de tratamento, características dos produtos químicos usados no tratamento, equipamentos empregados no tratamento, conceitos dos principais parâmetros físico-químicos empregados no controle de qualidade, bem como o padrão de potabilidade de acordo com a Portaria nº 36/90 do Ministério da Saúde. Essas instruções tem o objetivo, além de servir como fonte de consulta, elevar o nível de conhecimento de nossos alunos e técnicos da área para que possam desempenhar suas atividades funcionais com mais desenvoltura e eficiência, tendo como resultado a operação correta e consciente das unidades integrantes das Estações. Com isto beneficia-se os usuários, através da produção de água de melhor qualidade, bem como a Empresa , com acentuado aumento da vida útil dos equipamentos, tendo em vista que a operação dos mesmos passará a ser efetuada dentro das normas recomendadas pela técnica. São esses os objetivos que esperamos alcançar com as informações contidas na presente apostila. As falhas que porventura existirem, corrigiremos oportunamente e as sugestões e criticas que venham contribuir para seu aprimoramento serão bem vindas e aceitas. João Pessoa, 25 de março de 1997. 2
  3. 3. 1. ABASTECIMENTO D’ÁGUA, IMPORTÂNCIA SANITÁRIA E ECONÔMICA Á água é necessária para beber, cozinhar e muitos outros usos, dentro das várias atividades humanas. Seu uso para abastecimento passa previamente pôr tratamento objetivando atender as seguintes finalidades : a) De ordem sanitária, através de : - controle e prevenção de doenças; - Implantação de hábitos higiênicos ( banho, limpeza de utensílios, etc. ) - Facilitar limpeza pública; - Facilitar práticas desportivas; - Proporcionar conforto e bem estar b) De ordem estética, através de : - Correção de cor, turbidez, odor e sabor c) De ordem econômica, através de : - Aumenta a vida média pela diminuição da mortalidade; - Aumenta a vida produtiva do indivíduo, quer pelo aumento da vida média, quer pela diminuição de tempo perdido com doenças; - Facilitar a instalação de indústrias, inclusive turismo; - Facilitar o combate a incêndios 2. PROBLEMÁTICA DA ÁGUA 3
  4. 4. 2.1 - OCORRÊNCIA DE ÁGUA NA NATUREZA A água que se encontra hoje na terra é a mesma que existia há milhões de anos quando se formou a primeira nuvem e ocorreu a primeira chuva. A quantidade existente nos mares representa, cerca de 97%, de toda a água existente na terra e cobre 71% da superfície do planeta. Os 3% restante são constituídos de água doce, aproximadamente 40 quatrilhões de metros cúbicos. Desse total, 75% estão nas calotas polares e os 25% restantes estão assim distribuídos : 24,5% constituem as águas subterrâneas e os 0,5% estão nos rios, lagos e na atmosfera. A precipitação média anual é em torno de 860 mm. Cerca de 70% dessa precipitação retornam a atmosfera através da evapotranspiração e os 30% restantes correm na superfície onde 65% voltam aos rios e o restante é consumido e volta a atmosfera. 2.2 - CICLO HIDROLÓGICO É o caminho percorrido pela água desde a atmosfera(estado de vapor), passando pôr várias fases, até retornar novamente a atmosfera. Veja apresentação gráfica a seguir: fig. 2.1 LEGENDA P ES I ESB E Precipitação Escoamento Superficial Infiltração Escoamento Subterrâneo Evaporação 2.3 - QUALIDADE DA ÁGUA A água de precipitação é praticamente pura. Quando escoa no terreno dissolve os sais minerais existentes que alteram sua qualidade. Dentre os materiais dissolvidos incluem-se substâncias calcárias e magnesianas que tornam a água dura; e outras ferruginosas que dão cor e 4
  5. 5. sabor diferentes, bem como produtos industriais que a tornam imprópria ao consumo. A água também pode carrear substâncias em suspensão que lhe confere turbidez. Os tipos e teores dessas substâncias dão as características próprias de cada água. 2.4 - ÁGUA POTÁVEL Denomina-se água potável aquela que se apresenta em condições próprias para consumo humano. Isto considerando sob os aspectos organolépticos (odor e sabor ), físicos, químicos e biológicos. 2.5 - ÁGUA POLUÍDA É aquela que contém substâncias que alteram suas características, tornando-a imprópria para consumo. 2.6 - ÁGUA CONTAMINADA Diz-se que a água é contaminada quando contém germes patogênicos. 2.7 - PADRÕES DE POTABILIDADE Representam a fixação dos limites máximos aceitáveis de impurezas contidas nas águas destinadas ao abastecimento público. Os motivos que levaram os órgãos competentes a estabelecerem os limites máximo aceitáveis, decorreram da não existência na natureza de água absolutamente pura. As exigências quanto a qualidade da água crescem de acordo com o progresso humano e o da técnica. Á água destinada ao consumo humano deve obedecer a certos requisitos de ordem : - organoléptica : não ter odor e sabor objetáveis; - física : ter aspecto agradável, não apresentar teores de cor e turbidez acima do padrão de potabilidade; - química : não possuir substâncias nocivas ou tóxicas com concentrações superiores aos limites estabelecidos pelo padrão; - biológica : não possuir germes patogênicos. 2.8 - CARACTERÍSTICAS FÍSICAS E ORGANOLÉPTICAS - A água deve apresentar-se com aspecto agradável. A medida é pessoal; - Deve apresentar ausência de sabor objetável. A medida do odor também é pessoal; - A cor da água é causada pela presença de substâncias em dissolução na água. Determina-se em aparelho chamado colorímetro e é expressa em mg/L, comparada com platino-cobalto. Atualmente é expressa em unidade Hazen (UH) que eqüivale a mg/L; 5
  6. 6. - A turbidez é causada por matéria em suspensão na água (argila, silte, matéria orgânica, etc. ) que perturba sua transparência É expressa em mg/L, através de aparelhos denominados turbidímetros, sendo o mais comum o de Jackson. As unidades que também expressam turbidez são: unidade de turbidez (UT), unidade de turbidez Nefelométrica (UTN), Unidade Jackson (UJ), onde todas eqüivalem a mg/L. 2.9 - CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS Os limites de concentração de certas impurezas na água são obedecidos por questões de ordem sanitárias e econômicas. Por exemplo : - Chumbo no máximo - 0,10 mg/L; - Arsênio no máximo - 0,10 mg/L; - Selênio no máximo - 0,01 mg/L; - pH inferior a 10,6 a 25 ºC; - A alcalinidade deve ser inferior a 120 mg/L; - As águas mais duras consomem mais sabão e são inconvenientes para a industria, pois incrustam-se nas caldeiras e podem causar danos e explosão. 2.10 - PRODUTOS QUÍMICOS INDICADORES DE POLUIÇÃO ORGÂNICA 2.10.1 - SUBSTÂNCIAS NITROGENADAS - amônia, nitritos e nitratos onde a presença da amônia indica poluição recente e de nitrato poluição remota, uma vez que já sofreu maior processo de oxidação. 2.10.2 - OXIGÊNIO CONSUMIDO - a água sempre dispõe de oxigênio dissolvido, tendo maior ou menor concentração, dependendo da temperatura e pressão existentes no meio. A matéria orgânica em decomposição consome o oxigênio para sua estabilização; por conta disto quanto maior o consumo de oxigênio, mais próxima e maior terá sido a poluição. 2.10.3 - CLORETOS - os cloretos normalmente presentes nos dejetos animais, podem causar poluição orgânica dos mananciais. 2.11 - CARACTERÍSTICAS BACTERIOLÓGICAS Água potável deve ser isenta de bactérias patogênicas. A água quando contaminada, pôr indivíduos doentes ou portadores, não é facilmente percebida, uma vez que o número é relativamente pequeno em relação a massa de água. Na água normalmente existem microrganismos de vida livre e não parasitária que dela extraem os nutrientes indispensáveis a sua subsistência. Eventualmente pode acontecer a introdução de organismos parasitários e/ ou patogênicos que, usando a água como veículo, podem causar doenças tornando assim perigo sanitário em potencial. Os seres patogênicos, na sua quase totalidade, são incapazes de viver na sua forma adulta ou reproduzir-se fora do organismo que lhe serve de hospedeiro. Portanto tem vida limitada quando se encontram na água. Os agentes destruidores na água de organismos patogênicos são : temperatura, luz, sedimentação, parasitas ou predadores de bactérias, substâncias tóxicas ou antibióticas produzidas pôr outros microrganismos como algas e fungos, etc. Em razão da dificuldade de identificação na água de organismos patogênicos, utiliza-se a identificação de bactérias do “ GRUPO COLIFORME ”, pôr existirem normalmente no 6
  7. 7. organismo humano e serem obrigatoriamente encontradas em águas poluídas pôr material fecal. Sua eliminação através do material fecal é da ordem de 300 milhões pôr grama de fezes. De acordo com o padrão de potabilidade ,a água só pode ter no máximo 1 coli/100 mL. Ocasionalmente uma amostra pode apresentar até 3 COLI/100 mL, desde que isso não ocorra em amostras consecutivas ou em mais de que 10% das amostras examinadas. 2.12 - FORMA DE COLETA DE AMOSTRA Devido a impraticabilidade de análise de toda massa de água, destinada ao consumo humano, colhem-se amostras representativas e , através de sua análise, conclui-se a qualidade da água. A análise da água de um manancial ou de ponto da rede pública, dada a variação que é sujeita a ocorrer, revela suas características apenas no momento em que foi colhida. As amostras para exames físico-químicos comuns devem ser de 2 litros e colhidas em garrafas limpas, preferencialmente de plástico e convenientemente arrolhadas. Após a coleta devem ser imediatamente encaminhadas ao laboratório. Veja a seguir o esquema de colheita de amostra para o exame bacteriológico. fig. 2.2 Caso a coleta seja feita em torneira ou proveniente de bomba, recomenda-se deixar escoar, cerca de 2 a 3 minutos para que a amostra seja representativa da água a ser analisada. Quando o manancial for poço raso , recomenda-se retirar a amostra mergulhando o frasco com a boca para baixo e não simplesmente retirar da superfície. Para água de rio, retirar também abaixo da superfície com o gargalo em sentido contrário ao da corrente. Os frascos para exames bacteriológicos devem vir do laboratório já limpos, esterilizados e convenientemente tampados. Quando a amostra a ser colhida tratar-se de água clorada, além da esterilização, o frasco deve conter em seu interior 2 mL de hiposulfito de sódio. 7
  8. 8. As amostras colhidas devem ser conservadas à temperatura de 6 a 10 ºC, para evitar a proliferação de germes. O tempo entre a coleta e o exame, para água pouco poluída, recomendase em torno de 6(seis) horas. 2.13 - NOMENCLATURA DA QUALIDADE DA ÁGUA Usam-se vários termos para definir a qualidade da água : 2.13.1 - ÁGUA POTÁVEL - é a que atende aos padrões de potabilidade. 2.13.2 - ÁGUA SEGURA - é a que atende aos padrões de segurança. 2.13.3 - ÁGUA POLUÍDA - é a que apresenta alteração nas suas características. 2.13.4 - ÁGUA CONTAMINADA - é a que contém microrganismos patogênicos ou contaminantes tóxicos. 2.13.5 - ÁGUA DESINFETADA - é a que pôr técnica apropriada foi tornada isenta de organismos patogênicos. 2.13.6 - ÁGUA ESTERILIZADA - é a que pôr técnica apropriada foi tornada isenta de organismos vivos. 2.13.7 - ÁGUA SUSPEITA - é a que pode estar poluída ou contaminada. 2.13.8 - ÁGUA TURVA - é a que possui partículas em suspensão. 2.13.9 - ÁGUA ÁCIDA - é a que possui teor acentuado de CO2, ácidos e certos sais como sulfato de alumínio ou de ferro. 2.13.10 - ÁGUA ALCALINA - é a que possui quantidade elevada de bicarbonatos de cálcio e magnésio, carbonatos ou hidróxidos de sódio, potássio, cálcio e magnésio. 2.13.11 - ÁGUA MINERAL - é a água subterrânea contendo quantidade acentuada de substâncias em solução que lhe dão valor terapêutico, tais como: gás carbônico, bicarbonato de sódio, gás sulfidrico, sulfatos solúveis, sais de ferro e sais neutros de magnésio, potássio e sódio, este geralmente sob a forma de brometos, iodetos e sulfatos. 2.13.12 - ÁGUA TERMAL - é a mineral que atinge a superfície com temperatura elevada. 2.13.13 - ÁGUA RADIATIVA - é a água mineral ou termal possuidora de radiatividade. 2.13.14 - ÁGUA SALGADA - é a água dos oceanos e mares com elevado teor de cloreto de sódio. 2.13.15 - ÁGUA SALOBRA - é a água que possui dureza; Costuma-se dar essa denominação também para as águas que contém teor elevado de cloreto de Sódio. 8
  9. 9. 3 - PRINCIPAIS DOENÇAS DE VEICULAÇÃO HIDRICA A água pode afetar a saúde do homem através da ingestão direta, na preparação de alimento, no uso da higiene pessoal, na agricultura, industria ou lazer. As principais doenças que a água pode veicular são: 3.1 - DOENÇAS TRANSMITIDAS POR ÁGUAS CONTAMINADAS POR MICRORGANISMOS. 3.1.1 - FEBRE TIFÓIDE Sintomas - infecção bacteriana generalizada ,caracterizando-se pôr febre contínua, aparecimento de manchas róseas no abdômem, dor de cabeça, língua seca, constipação intestinal(prisão de ventre), diarréia, etc. Obs : É uma doença intestinal. Transmissão - o homem infectado elimina pelas fezes e urina as bactérias ,constituindo as fontes de infecção. Os veículos usuais são: água contaminada, moscas, leite, alimentos, etc. 9
  10. 10. Profilaxia - tratamento da água de abastecimento. Disposição adequada dos dejetos humanos. Fervura ou pasteurização do leite. Saneamento dos alimentos, especialmente os que se consomem crus. Controle de moscas. Vacinação. Educação sanitária do público, etc. 3.1.2 - FEBRE PARATIFÓIDE Sintomas - infecção bacteriana, que com freqüência começa subitamente com febre contínua, manchas róseas no tronco e comumente diarréia. Transmissão - análoga a febre tifóide. Profilaxia - são as mesmas recomendadas para a Febre Tifóide. Obs.: é uma moléstia do sangue e dos tecidos. 3.1.3 - HEPATITE INFECCIOSA Sintomas - infecção aguda que se caracteriza pôr febre , náusea, mal estar, dores abdominais, seguida de icterícia, perda de apetite, possibilidade de vômitos, fadiga, dor de cabeça, etc. É uma moléstia do sangue e dos tecidos. Transmissão - o homem que é o reservatório pode eliminar o vírus da hepatite através das fezes e sangue. A transmissão ocorrerá ingerindo água, leite, alimentos, etc., contaminados. Também se transmite pôr sangue, soro ou plasma proveniente de pessoas infectadas que no caso de haver tomado injeção e a seringa não tendo sido bem lavada poderá contaminar uma outra pessoa sadia que pôr ventura venha usar tal seringa com resíduo de sangue do indivíduo infectado. Profilaxia - saneamento dos alimentos, disposição adequada dos dejetos humanos, higiene pessoal, uso da água tratada, controle de mosca, etc. Prevenção quanto ao uso de seringas e agulhas não convenientemente esterilizadas. No caso de transfusão de sangue tomar cuidado se o doador está infectado. 3.1.4 - POLIOMIELITE ( PARALISIA INFANTIL) Sintomas - doença que se caracteriza pelo aparecimento de febre, mal estar, dor de cabeça, etc. e nos casos mais graves, verifica-se paralisia dos músculos voluntários, predominantemente dos membros inferiores. Transmissão - a pessoa infectada(reservatório) elimina o vírus pelas fezes(fonte de poluição). A veiculação hídrica não é muito comum. A transmissão mais comum é pelo contágio direto e pelas gotículas do muco e saliva expelidas pelas pessoas infectadas. Profilaxia - saneamento do meio ambiente. Imunização. Precaução no controle de pacientes, comunicantes e do meio ambiente imediato, etc. 3.1.5 - CÓLERA Sintomas - infecção bacteriana intestinal aguda que se caracteriza pôr inicio súbito de vômito, diarréia aquosa com aspecto de água de arroz, desidratação rápida, cianose(coloração azul da pele ), colapso, coma e morte. Transmissão - o indivíduo infectado(reservatório) elimina pelas fezes ou vômitos as bactérias” VIBRIÃO COLÉRICO”, são transportados para o elemento sadio através dos veículos comuns : água contaminada, alimentos crus, moscas, etc. Profilaxia - educação sanitária do público. Vacinação, Disposição adequada dos dejetos humanos. Proteção e tratamento da água de abastecimento. Saneamento dos alimentos. Fervura ou pasteurização do leite, etc. 3.1.6 - ESQUISTOSSOMOSE ( via cutâneo - mucosa) 10
  11. 11. Sintomas - doença causada pôr verme(helmintos) que na sua fase adulta, vivem no sistema venoso do hospedeiro. Ocasiona manifestação intestinal ou do aparelho urinário. Diarréia. Dermatose. Cirrose do fígado. Distúrbios no baço, etc. Transmissão - o homem é o principal reservatório, podendo ser também o macaco, o cavalo, os ratos silvestres, etc. A fonte de infecção é a água contaminada com larvas(cercarias), procedentes de certos gêneros de caramujos que são hospedeiros intermediários. Os ovos eliminados nas fezes e urina, chegando a água incorporam-se ao caramujo que após vários dias liberam em forma de cercarias as quais penetram através da pele do indivíduo que entrar em contato com a água. Profilaxia - tratamento da água de abastecimento. Disposição adequada dos dejetos humanos. Controle de animais infectados. Fornecimento de vestuário protetor: botas e luvas para os trabalhadores. Educação sanitária das populações das zonas endêmicas. 3.1.7 - LEPTOSPIROSE Agente - Leptospira, bactéria contida na urina de ratos infectados que pode ser transportada pela água contaminada e pelo lixo. É uma doença que ataca o fígado, baço e causa hemorragia. 3.2 - DOENÇAS CAUSADAS POR TEORES INADEQUADOS DE CERTAS SUBSTÂNCIAS 3.2.1 - CÁRIE DENTÁRIA Agente - teor inadequado de flúor na água (teor abaixo de 0,6 mg/L ); Profilaxia - adicionar flúor em dosagem da ordem de 1,0 mg/L. 3.2.2 - FLUOROSE DENTÁRIA Agente - teor inadequado de flúor acima de 1,5 mg/L que causa escurecimento dos dentes; Profilaxia - eliminar o flúor em excesso ou trocar de manancial. 3.2.3 - BÓCIO Agente - carência de iodo nas águas e nos alimentos; Profilaxia - adição de iodo a água ou a algum alimento ( pôr ingestão do sal).Trocar de manancial. As quotas diárias exigidas pelo organismo humano, para conferir imunidade ao bócio variam de 10 a 300 mg/dia. 3.2.4 - SATURNISMO Agente - teor inadequado de chumbo ( deve ser inferior a 0,1 mg/L ). É causado pelo ataque de água agressiva ( com CO2 ) as canalizações de chumbo; Sintomas Gerais - envenenamento ( efeito cumulativo ); Profilaxia - controlar a agressividade da água. Evitar o uso de tubulação de chumbo ou de plásticos a base de chumbo. 11
  12. 12. 3.3- TABELA CONTENDO AS PRINCIPAIS DOENÇAS DE VEICULAÇÃO HÍDRICA DOENÇA Cólera Disenteria bacilar Febre Tifóide Febre Paratifóide Diarréia Infantil Poliomielite Hepatite Infecciosa Ancilostomiase AGENTE CAUSADOR Vibrião Colérico Bactéria Shigella Bactéria Salmonella Typhi Bactéria Salmonella Paratyphoide Bactérias Intestinais Vírus Vírus Ancylostoma(helmintos) Leptospirose Leptospira icterohaemorrahagiae Esquistossomose Schistosoma Mansoni(verme) FORMA DE TRANSMISSÃO Via Oral Via Oral Via Oral Via Oral Via Oral Via Oral Via Oral Via Cutânea através de pequenas feridas na pele ou nas membranas, mucosas, nariz e boca Via Cutânea 4 - UNIDADES CONSTITUTIVAS DE UM SISTEMA DE ABASTECIMENTO D’ÁGUA 4.1 - MANANCIAL - É a fonte de onde a água é retirada para o abastecimento. 4.1.1 - MANANCIAIS DISPONÍVEIS PARA ABASTECIMENTO -Água de chuva - geralmente armazenada em cisterna -Água do subsolo - lençol freático, artesiano e fontes -Água de superfície - rios, lagos, represas, etc. 4.2 - CAPTAÇÃO - É a parte do sistema de abastecimento, pôr meio da qual a água é recolhida do manancial. Existem dois tipos de captação, superficial e subterrânea, utilizada de acordo com o manancial explorado. 4.3 - ADUÇÃO - É a canalização que transporta a água da fonte de abastecimento ao sistema de distribuição. 12
  13. 13. 4.3.1 - CLASSIFICAÇÃO - Existem duas classes de adutoras : condutos forçados, nos quais corre sob pressão e condutos pôr gravidade, ou canais abertos, onde a água escoa pela ação da gravidade. 4.4 - ELEVAÇÃO - A elevação torna-se necessária quando : - a altura da fonte de suprimentos de água é tal que ela não poderá escoar pôr gravidade para os encanamentos; - a pressão nas linhas distribuidoras deve ser aumentada; - a água precisa ser elevada de um nível a outro. 4.5 - ESTAÇÃO DE TRATAMENTO - É a unidade onde se processa o tratamento da água objetivando torná-la própria para consumo humano. Os tipos de estação de tratamento adotados são em função das características da água. 4.6 - RESERVAÇÃO - É a unidade que permite armazenar a água para atender as variações de consumo e as demandas de emergência da cidade. 4.7 - TIPOS DE RESERVATÓRIOS - Elevado - Apoiado - Semi - enterrado - Enterrado 4.8 - DISTRIBUIÇÃO - Rede de distribuição representa o conjunto de tubulações e peças especiais, destinadas a conduzir a água até os pontos de tomada das instalações prediais. As tubulações distribuem água em marcha e se dispõem formando uma rede. A rede é construída para distribuir água potável; Para isto são exigidos certos requisitos: - Pressão : a rede dever ser operada em condições de pressão adequada; - Disponibilidade de água : deve-se supor uma continuidade no abastecimento. ESQUEMA GERAL DE UM SISTEMA DE ABASTECIMENTO 13
  14. 14. Fig.4.1 LEGENDA a - manancial ( represa ) b - Captação c - Adução d - Elevação e - Estação de Tratamento f - Reservatório g - Rede de Distribuição 5 - TIPOS DE MANANCIAIS 5.1 - SUPERFICIAIS - Constituídos essencialmente pôr rios, lagos naturais ou artificiais, reservatórios de acumulação, etc. 5.2 - SUBTERRÂNEOS - Na camada subterrânea existem dois aqüíferos : o freático e o artesiano. 14
  15. 15. - No lençol freático a água se encontra sobre a primeira camada impermeável e fica sob a pressão atmosférica. - Com relação ao lençol artesiano a água situa-se entre duas camadas impermeáveis submetidas a uma pressão maior que a atmosférica. Então os poços que atingem o lençol freático são chamados poços rasos e os que atingem o lençol artesiano são denominados de poços profundos ou artesianos. Veja a seguir esquema ilustrando os dois tipos de aquífero. Fig. 5.1 6 - CLASSIFICAÇÃO DAS ÁGUAS SEGUNDO O USO PREPONDERANTE Na classificação a seguir foi baseada apenas no aspecto bacteriológico. 6.1 - CLASSE ESPECIAL - Águas destinadas ao abastecimento doméstico, sem tratamento prévio, ou com simples desinfecção. 6.2 - CLASSE I - Águas destinadas ao abastecimento doméstico após filtração e desinfecção, à irrigação de hortaliças e a natação. 15
  16. 16. 6.3 - CLASSE II - Águas destinadas ao abastecimento doméstico após tratamento convencional, dessedentação de animais, à preservação da flora e fauna: - Limite para 80% das amostras mensais; - N.M.P. coliformes totais/100 mL = 5.000; - N.M.P. coliformes fecais/100 mL = 1.000. 6.4 - CLASSE III - Águas destinadas ao abastecimento doméstico após tratamento especifico, à irrigação e à harmonia paisagística e à navegação: - Limite para 80% das amostras mensais; - N.M.P. coliformes totais/100 mL = 10.000; - N.M.P. coliformes fecais/100 mL = 2.000. 6.5 - CLASSE IV - Águas destinadas ao afastamento de despejos: - Limite para 80% das amostras mensais; - N.M.P. coliformes totais/100 mL = 20.000; - N.M.P. coliformes fecais/100 mL = 5.000. 7 - PROCESSOS DE TRATAMENTO EMPREGADOS NA ÁGUA PARA FINS DE ABASTECIMENTO 7.1 - AERAÇÃO 7.1.1 - CONCEITO : É um processo de tratamento que consiste em provocar a troca de gases e substâncias voláteis, dissolvidas na água, pelo ar, de modo que haja um equilíbrio dessas impurezas. 7.1.2 - APLICAÇÃO : A aeração recomenda-se para águas que apresentam carência ou excesso de gases intercambiáveis, bem como para as que contém CO 2 em excesso, ferro dissolvido (facilmente oxidável), manganês e substâncias voláteis aromáticas de origem vegetal, acumuladas em represas e em processo de fermentação. 16
  17. 17. 7.1.3 - TIPOS DE AERADORES - Cascata Fig. 7.1 - Bandeja Fig. 7.2 - Ar Difuso Fig. 7.3 - Aspersão Fig. 7.4 7.2 - COAGULAÇÃO - Tem pôr finalidade transformar as impurezas finais que se encontram em suspensão, em estado coloidal, e algumas que se encontram dissolvidas, em partículas que possam ser removidas pela decantação e filtração. Para isto adiciona-se a água bruta uma substância química especial, denominada coagulante que reagindo com a alcalinidade da 17
  18. 18. água, forma, dentre outros , produto insolúvel destinado a remover as impurezas responsáveis pela Côr, Turbidez, bem como bactérias, vírus e outros elementos considerados indesejáveis. Esses aglomerados gelatinosos pôr sua vez se reúnem formando flocos. A coagulação pode ser considerada como uma neutralização entre partículas de cargas negativas. Seu objetivo é promover a clarificação da água que se completa através da câmara de mistura rápida, da câmara de floculação e do decantador, conforme figura a seguir. Planta de unidades de coagulação, floculação, decantação e mistura rápida Fig. 7.5 A unidade de mistura rápida é destinada a criar condições para que, em poucos segundos, o coagulante seja uniformemente distribuído pôr toda a massa de água. 7.2.1 - PRINCIPAIS TIPOS DE UNIDADE UTILIZADAS COMO CÂMARAS DE MISTURA RÁPIDA - Não Mecanizadas - Calha Parshall; Fig. 7.6 - Vertedouro Retangular; 18
  19. 19. Fig. 7.7 - Vertedouro Triangular. Fig. 7.8 - Mecanizadas Fig. 7.9 Na câmara de mistura rápida a dispersão do coagulante na água é em função do seu grau de turbulência. O parâmetro usado é o gradiente de velocidade com valor na faixa de 700 a 2.000 s-1, geralmente em torno de 1.500 s-1 e é representado pela letra G ( Gê ). 7.2.1.1 - GRADIENTE DE VELOCIDADE - O gradiente de velocidade G é dado pelo quociente entre a diferença de velocidade de duas partículas P1 e P2, pela distância entre si ( dy ), segundo uma perpendicular à direção do escoamento do liquido, veja figura a seguir: Fig. 7.10 − dV G = V1 V2 = y1 − y2 dy (Equação 7.1) 19
  20. 20. O gradiente pode ser expresso em (m/s)/m ou s-1 A diferença de velocidade de duas partículas na água pode ser causada pela introdução no meio de um dispositivo mecânico. Caso isto ocorra o valor do gradiente é definido pela fórmula : G= P µ ( 6. 2. 2 ) (Equação 7.2) onde : P = Potência introduzida no liquido pôr unidade de volume; µ = Viscosidade absoluta do liquido ( Kgfs/m2 ). Entretanto, P pode ser determinado pela fórmula : P= 2⋅π ⋅ N ⋅ t 60 ⋅ V (Equação 7.3) Onde : N = a velocidade do rotor em r.p.m. ( medida pelo instrumento tâcometro); t = torque ( medida pôr torcômetro); V = volume do líquido. fazendo a substituição na equação 7.2 de P expresso na equação 7.3. temos : G= 2 ⋅π ⋅ N ⋅ t 60 ⋅ V ⋅ µ (Equação 7.4) 7.2.2 - QUANTIDADE DE COAGULANTE A SER APLICADO NO TRATAMENTO A dosagem ideal do coagulante e dos auxiliares eventuais da coagulação deve ser definida em laboratório, objetivando melhor eficiência e economia. Para isto faz-se uso do JAR-TEST ( Teste do Jarro ) como mostra a seguir: Fig. 7.11 O aparelho em questão dispõe geralmente de 05 ou 06 jarros iguais, construídos em vidro ou acrílico, com capacidade cada de 1 ou 2 litros. Quando se faz o teste, coloca-se em cada um a 20
  21. 21. mesma quantidade de água a ser tratada, submetendo a mesma velocidade de rotação, através de motor elétrico. No teste, cada copo simula a estação de tratamento, utilizando dosagens diferentes que são aplicadas simultaneamente. Após a conclusão do teste, ou seja coagulação(mistura rápida), floculação e decantação, o jarro que apresentar melhor resultado, a custa de menor quantidade de reagentes, é o que deve ser tomado como parâmetro para projeto e operação mais eficiente da estação. 7.2.3- TIPOS DE COAGULANTES EMPREGADOS Em certos casos há necessidade de se adicionar substâncias à água para que se consiga uma purificação conveniente. Os produtos mais empregados com esta finalidade são : - Sais de Alumínio e Ferro: sulfato de alumínio, sulfato ferroso, sulfato clorado, sulfato férrico, etc. - Álcalis Para Promover e Manter a Alacalinidade: -Cal virgem (CaO); - Cal hidratada {(Ca (OH)2 ) }; - Barrilha ( Na2CO3), etc. Para um produto ser empregado como coagulante é necessário que reaja com álcalis produzindo precipitados floculentos. O motivo do largo emprego de sulfato de alumínio, prendese ao fato de ter custo baixo e ser produzido em várias regiões do Brasil e também ser fácil de transportar e de manejar. Abaixo apresentamos uma TABELA que mostra diversos coagulantes e as faixas de pH em que geralmente se obtém as condições ótimas de tratamento. COAGULANTES Sulfato de alumínio Sulfato Ferroso Sulfato Férrico Cloreto Férrico Sulfato Ferroso Clorado Aluminato de Sódio e Sulfato de Alumínio ALCALINIZANTES Cal Virgem Cal Hidratada Carbonato de Sódio (Barrilha) 21 F A I X A DE pH 5,0 À 8,0 8,5 À 11,0 5,0 À 11,0 5,0 À 11,0 ACIMA DE 4,0 6,0 À 8,5 FÓRMULA QUIMICA CaO Ca(OH)2 Na2CO3
  22. 22. Normalmente são empregados para conferir alcalinidade a água para promover uma boa floculação ou para correção de pH. 7.2.4 ALCALINIZANTES PREPARAÇÃO DA SOLUÇÃO DE COAGULANTES E A preparação da solução do coagulante na tina faz-se da seguinte maneira: dissolve-se a quantidade que fôr recomendada do coagulante, sob constante agitação, e determina-se a sua concentração. Exemplo : suponhamos que : V = 5m3 ( volume da tina ) 100 Kg = coagulante dissolvido ( sulfato de alumínio ) para expressar a concentração em g/m3 c= coagulante(g) 100.000g 20g = = 20.000g / m3 = volumedatina( m3) L 5m3 Se determinarmos, mediante ensaio de coagulação, a quantidade de coagulante necessário para uma boa floculação na água a ser tratada, devemos calcular a vazão da solução de coagulante preparada na tina para adicionarmos a água. Admitamos que no ensaio de coagulação a dosagem ótima foi de 30 mg/L e a vazão da água bruta é de 60 m3/hora. CÁLCULO DA VAZÃO DA SOLUÇÃO DE SULFATO A SER APLICADA DADOS: C= 20.000g 20g - concentração de sulfato na tina = m3 L d= 30mg 30g = 3 - dosagem ótima encontrada m3 m 60m3 - vazão da água a ser tratada Q= h q =? - Vazão da solução do coagulante a ser adicionada na água 22
  23. 23. 30g 60m3 d × Q m3 × h 90L q= = ∴q= 20g C h L OBS : Para determinar a concentração do alcalinizante o processo é análogo. 7.2.5 - EFEITOS QUE CAUSAM NA ÁGUA O sulfato de alumínio em virtude de ser um sal derivado de um ácido forte é corrosivo e de caráter ácido. Torna a água mais ácida ( baixa o pH ) e pôr isso a Tina de preparação da solução deve ser revestida de material resistente a corrosão. A cal como é basica eleva o pH da água tornando-a mais alcalina. 7.2.6 - FATORES QUE INFLUEM NA COAGULAÇÃO - Espécie de coagulante, quantidade de coagulante : a quantidade de coagulante está relacionada com a turbidez e cor a serem removidas e ao teor bacteriológico. Teor e tipo de cor e turbidez - Outras características químicas da água: alcalinidade natural, teor de ferro, matéria orgânica, etc; - Concentração hidrogeniônica da água ( pH ): sempre há um pH ótimo de floculação que se determina experimentalmente. Tempo de misturas rápida e lenta Temperatura : a coagulação é melhor em temperaturas mais elevadas. Em temperaturas mais baixas espera-se maior consumo de coagulante. Agitação : se a velocidade de agitação for pequena, a formação de flocos diminui, o que dificulta a decantação. Presença de núcleos : os coadjuvantes ( aditivos de floculação ) são substâncias capazes de promover núcleos mais densos para flocos mais pesados. Dosagem ótima de coagulante : é a menor dosagem de coagulante para se obter o melhor resultado, quanto à qualidade da água a ser tratada. A dosagem requerida para o tratamento de uma água é feita experimentalmente em laboratório. Esta experiência será rapidamente concluída se antes tivermos conhecimento da : . Temperatura da água a se ensaiar; . pH; . cor; . O2 consumido. Existe uma tabela que relaciona a dosagem de sulfato de alumínio com a turbidez da água bruta, dando já uma idéia. Sabemos que cada 1 mg de sulfato de alumínio requer 0,45 mg de alcalinidade de água. Para sabermos se a água tem alcalinidade suficiente, efetuamos as seguintes determinações: turbidez da água bruta e, mediante a tabela turbidez X dosagem, tomamos o valor máximo da 23
  24. 24. dosagem de sulfato de alumínio correspondente. A dosagem máxima de sulfato multiplicada pôr 0,45 mg/L, dá a alcalinidade requerida para a completa reação do coagulante. 7.2.7 - PRODUTOS AUXILIARES DA COAGULAÇÃO Em caso de necessidade, além da cal e do carbonato de sódio, pode-se utilizar outros auxiliares dependendo das características da água a tratar e do coagulante utilizado. Os principais são: a) Carvão ativado - Apresentando-se na forma de pó, tem grande poder de adsorção. Em vista disto, é utilizado no tratamento da água para remover gosto e odor produzidos por matéria orgânica; b) Betonita - Pode ser aplicada misturada com o sulfato de alumínio para melhorar a coagulação, em águas com teores baixos de cor e turbidez (principalmente). Em razão do seu poder absorvente, tem eficácia na remoção do gosto e odor resultantes de matéria orgânica; c) Ácido Sulfúrico - O ácido Sulfúrico que tem múltiplas aplicações pode ser empregado como auxiliar da coagulação de águas de cor e pH acentuadamente elevados; d) Sílica Ativada - Quando adicionada ao sulfato de alumínio ou sulfato ferroso, devido sua elevada carga negativa, promove a formação de flocos maiores, mais densos e resistentes, o que aumenta a eficiência da coagulação, principalmente para a remoção de dureza, desde que utilize o sulfato de alumínio; e) Polieletrólitos - São polímeros de cadeia molecular grande que uma vez lançados na água, apresentam cargas distribuídas ao longo desta cadeia. Quando as cargas são positivas o polieletrólito é denominado de catiônico, quando negativas aniônico e quando não iônico é neutro. O polieletrólito usado com coagulantes metálicos comuns permite a redução da dosagem desses coagulantes, com o aumento da densidade e do tamanho dos flocos, o que implica em economia. 7.3 - FLOCULAÇÃO (MISTURA LENTA) É um tipo de processo que permite que partículas instáveis sob o ponto de vista eletrostático, no meio da massa líquida, sejam forçadas a se movimentar, para que possam ser atraídas entre si formando flocos que, com a manutenção da agitação, tendem a aglutinar-se uns aos outros, tornando-se grandes e pesados, para em seguida serem sedimentados nas unidades de decantação. As câmaras de floculação são dimensionadas em função do gradiente de velocidade G e do período de detenção T , isto através de ensaios de floculação (jar-test), efetuados em laboratório. O tempo de detenção varia em torno de 20 a 40 minutos e os gradientes de 90 a 20 s -1. 7.3.1 - TIPOS DE FLOCULADORES a) Hidráulico em câmaras com chicanas de fluxo vertical e horizontal, conforme ilustram as figuras a seguir: 24
  25. 25. Fig. 7.12 chicanas de fluxo vertical Fig. 7.13 chicanas de fluxo horizontal b) Mecânico - são construídos em câmaras nos tipo com eixos vertical e horizontal, com paletas, e do tipo turbina com fluxo axial. Veja ilustração das figuras a seguir: 25
  26. 26. EIXO VERTICAL fig. 7.13 EIXO HORIZONTAL Fig. 7.14 TURBINA DE FLUXO AXIAL Fig. 7.15 As câmaras mecanizadas dispõem de dispositivos que permitem ajustar a velocidade de acordo com o gradiente desejado. A velocidade das pás ou palhetas gira em torno de 1 a 8 rotações por minuto. 7.4 - DECANTAÇÃO OU SEDIMENTAÇÃO - a decantação é uma operação onde ocorre a deposição de matérias em suspensão pela ação da gravidade. É uma preparação da água para filtração. Quanto melhor a decantação, melhor será a filtração. - Tempo de Detenção: o tempo que a água permanece no decantador é denominado tempo de detenção. C temos: T = Q Onde: T = tempo de detenção (h) 26
  27. 27. C = capacidade do decantador (m3) Q = vazão (m3/h) De acordo com a expansão acima, o tempo detenção corresponde ao necessário para encher o decantador com a vazão Q. Na seção de montante, a distribuição de partículas é uniforme e de diversos tamanhos. As partículas suspensas descem com velocidade constante, sem interferência mútuas, mantendo inalteradas sua forma, peso e tamanho, numa água que apresenta temperatura uniforme e invariável. Cada partícula que atinge o fundo é automaticamente eliminada, ou seja, fica em repouso. Veja ilustração em seção longitudinal de decantação, abaixo, Fig. 7.16 temos: L = comprimento do decantador H = altura V = velocidade horizontal da água V1 = velocidade de decantação da menor partícula que se deseja remover. A partícula na posição a está na condição mais desfavorável para decantação. Para que isto ocorra é necessário que sua trajetória seja af. Caso isto aconteça, estando definidos L e H, o período de detenção deve igualar a L H = V V1 Para as partículas com velocidade de decantação igual ou maior tem chance de ser eliminada, atingido o fundo antes da extremidade f. 27
  28. 28. Os pontos a e b, com partículas com velocidade V1 menor que V, são desfavoráveis para eliminação. Para o ponto a, por exemplo, sua trajetória seria ae, o que não atingiria o fundo, que para isso teria que percorrer a trajetória af. As partículas elimináveis com velocidade V1 e V atendem à proporção: bc V 1 = ac V - devido à semelhança de triângulos. 7.4.1 -TIPOS DE DECANTADORES: retangulares (os mais comuns), circulares, trapezoidais, de placas paralelas; estes dois últimos são mais modernos e de menores dimensões. Fig. 7.17 Corte longitudinal de um decantador convencional 7.4.2 - MECANISMO DA DECANTAÇÃO - uma partícula está submetida a duas forças: horizontal - devido ao movimento da água no decantador; vertical - devido à ação da gravidade. Como existem espaços mortos, curto - circuitos, etc; o período de escoamento é sempre inferior ao teórico. 7.4.3 - ZONAS DO DECANTADOR - Zona de turbilhonamento - é a parte de entrada da água onde as partículas estão em turbilhonamento. - Zona de decantação - é a zona onde não há agitação e as partículas avançam e descem lentamente, caminhando para a zona de repouso. - Zona de ascenção - é a zona onde os flocos que não alcançaram a zona de repouso seguem o movimento ascensional da água e aumentam a velocidade tornando - se máxima na passagem pelo vertedor. 28
  29. 29. - Zona de repouso - é onde se acumula o lodo. Nesta zona não há influência da corrente de água do decantador, a não ser que haja inversão das camadas de água pela brusca mudança de temperatura; fermentação do lodo, etc. 7.4.4 - LAVAGEM DO DECANTADOR - o lodo que se acumula na zona de repouso, quando atinge outras zonas, começa a corrente de água ascendente arrastar os flocos indicando com isso que o decantador deve ser lavado. Pode acontecer que antes de atingir tal situação o lodo no interior comece a fermentar ocasionando desprendimento de gases que provocam cheiro e gosto desagradáveis no efluente da estação. Portanto deve-se lavar um decantador quando: a camada de lodo se torna espessa ou quando se inicia a fermentação. O primeiro caso só se verifica quando há grande produção de lodo. O segundo caso ocorre quando há pouco lodo e a fermentação se inicia antes do lodo atingir a altura que impede a decantação normal dos flocos. O inicio da fermentação é notado através do aparecimento de pequenas bolhas de gás na zona de turbilhonamento. Além da produção de gosto e odor desagradáveis na água efluente, haverá levantamento de grandes placas de lodo na zona de decantação (jacaré). 7.4.5 - DECANTADORES CONVENCIONAIS Condições para funcionamento normal: - Tempo de detenção = 2 à 4 horas; - Velocidade da água = em torno de 0,5 cm/s; - Taxa de escoamento = 5 à 80 m3 /m2 dia em função do tipo de partícula a remover; - Profundidade = 3,6 à 6,0 m para decantadores de escoamento horizontal; - Relação comprimento(L) Largura(B) = L=2,5 B (para melhor funcionamento o comprimento deve ser longo para evitar correntes transversais); - Dispositivo de entrada = normalmente utiliza-se cortina para que o fluxo horizontal seja o mais uniforme possível. Veja figura 7.18 a seguir, Fig. 7.18 - Dispositivo de saída = é comum usar canaletas ou vertedores no extremo de jusante dos decantadores, principalmente nos retangulares. Veja um exemplo na figura 7.19 a seguir, 29
  30. 30. Fig. 7.19 30
  31. 31. - A vazão por metro linear no vertedor da canaleta recomenda-se na faixa de 2 à 7 l/s. 7.4.6 - DECANTADORES DE MÓDULOS TUBULARES OU DE PLACAS PARALELAS São decantadores de taxa acelerada, consequentemente de tempo de detenção reduzido. As taxas em função da área coberta pelos módulos estão compreendidas entre 180 e 240 m3/m2 dia. Isto corresponde a cerca de 5 vezes as taxas adotadas em decantadores convencionais. 7.4.7 - MÓDULOS TUBULARES BRASILEIROS O módulo formado por duto de PVC de 4,9 x 8,8 cm, com paredes em torno de 1mm de espessura, pesa cerca de 28 kg por m2. A cor preta adotada foi pelo fato de ser mais desfavorável ao desenvolvimento de microorganismos. O ângulo de inclinação dos tubos deve ser mantido entre 55 e 600 . Os comprimentos dos tubos adotados, devem ser na faixa de 0,60 a 1,20m, em módulos com alturas de 0,53 a 1,06m. Tratando-se de placas a inclinação adotada é a mesma (60 0) e o espaçamento entre elas varia de 5 a 6 cm, com comprimento obedecendo o mesmo critério adotado para os módulos. Veja figura: Fig. 7.20 7.5 - FILTRAÇÃO A filtração da água consiste em fazê-la passar através de substâncias porosas capazes de reter ou remover algumas de suas impurezas. Como meio poroso, emprega-se em geral a areia sustentada por camadas de seixos, sob as quais existe um sistema de drenos. 31
  32. 32. 7.5.1 - CLASSIFICAÇÃO DOS FILTROS 7.5.1.1 - DE ACORDO COM A TAXA DE VELOCIDADE DE FILTRAÇÃO: - filtros lentos: funcionam com taxa média de 0,4 m3/m2/dia; - filtros rápidos: funcionam com taxa média de 120 m3/m2/dia. 7.5.1.2 - QUANTO A PRESSÃO, OS FILTROS RÁPIDOS PODEM SER DE DOIS TIPOS: - De pressão: fechados, metálicos, nos quais a água a ser filtrada é aplicada sobre pressão (usados em piscinas, indústrias e companhias de saneamento). - De gravidade: os mais comuns. 7.5.1.3 - QUANTO AO SENTIDO DO FLUXO: - Descendentes: os mais comuns; - Ascendentes: os clarificadores de contato. 7.5.2 - DEFINIÇÕES Areia: Grãos constituídos essencialmente de quartzo resultantes da desagregação ou da decomposição das rochas em torno de 99% de sílica. Tamanho Efetivo: Abertura da malha, em mm, da peneira que deixa passar 10% em peso de uma amostra, representativa de areia. Este valor é obtido graficamente. Coeficiente de Uniformidade: Relação entre abertura da malha da peneira, em mm, através da qual passa 60% em peso, de uma amostra representativa de areia, e o tamanho efetivo da mesma amostra. A abertura da malha que deixa passar 60% da amostra, é obtida graficamente. C.U = A60% A10% 7.5.3 - ESPECIFICAÇÕES DOS MATERIAIS FILTRANTES 32
  33. 33. 7.5.3.1 - FILTRO LENTO: - camada suporte (seixo rolado - quartzo); - composição granulométrica de baixo para cima. DIÂMETRO (mm) 63,50 à 31,70 31,70 à 19,10 19,10 à 12,70 12,70 à 6,35 6,35 à 2,00 Total ESPESSURA DAS CAMADAS 15 cm 10 cm 9 cm 8 cm 8 cm 50 cm CAMADA DE AREIA DIÂMETRO (mm) Espessura da camada Diâmetro Efetivo, Def Coeficiente de Desuniformidade, Ddu Diâmetro de maior grão Diâmetro de menor grão D10 D60 ESPESSURA DAS CAMADAS 1,00 m 0,30 mm 2,50 1,41 mm 0,149 mm 0,30 mm 0,75 mm 7.5.3.2 - FILTRO RÁPIDO DE GRAVIDADE AREIA SELECIONADA Diâmetro Efetivo, Def Coeficiente de Desuniformidade, Ddu Diâmetro de maior grão Diâmetro de menor grão 0,50 mm 1,45 1,68 mm 0,42 mm CAMADAS DE PEDREGULHO(SUB-CAMADAS) DIÂMETRO (mm) 1” - 2” 1/2” - 1” 1/4” - 1/2” 33 ESPESSURA 23 cm 10 cm 10 cm
  34. 34. 1/8” - 1/4” 10 cm 53 cm Total 7.5.3.3 - FILTRO DE FLUXO ASCENDENTE CAMADA DE AREIA DIÂMETRO (mm) Espessura da camada Diâmetro Efetivo, Def Coeficiente de Desuniformidade, Ddu Diâmetro de maior grão Diâmetro de menor grão D10 D60 ESPESSURA DAS CAMADAS 1,80 m 0,75 mm 1,60 1,680 mm 0,590 mm 0,75 mm 1,20 mm Camada Suporte (Seixo Rolado) Composição Granulométrica de baixo para cima DIÂMETRO (mm) 63,50 à 31,70 31,70 à 19,10 19,10 à 12,70 12,70 à 6,35 6,35 à 2,00 Total ESPESSURA DAS SUBCAMADAS 15 cm 10 cm 9 cm 8 cm 8 cm 50 cm 7.5.4 - CONDIÇÕES ESPECIFICAS DE AREIA PARA LEITO FILTRANTE - A solubilidade em ácido não deve exceder de 5% e a perda ao fogo ser menor que 0,7%. - O tamanho efetivo e o coeficiente de uniformidade devem atender aos valores especificados pelo comprador. 7.5.5 - OPERAÇÃO E MANUTENÇÃO DOS DIVERSOS TIPOS DE FILTROS 7.5.5.1 - FILTRO RÁPIDO DE GRAVIDADE CONVENCIONAL Funcionamento: A água procedente do decantador, alimenta o filtro, através de canal ou tubulações, armazenando-se no reservatório, conforme ilustra esquema a seguir. Durante a filtração a água vai se processando a velocidade constante, por intermédio de um controlador de vazão, consequentemente a areia vai se colmatando aos poucos, em 34
  35. 35. decorrência da detenção das partículas em suspensão (flocos), carreadas para o filtro. Ao mesmo tempo a perda de carga vai aumentando até atingir um valor limite o qual não deve ser ultrapassado. Esquema de um filtro rápido convencional Fig. 7.21 Limpeza: Quando a perda de carga atinge o limite, geralmente em torno de 2,5 m.c.a, recomenda-se a lavagem através da inversão de corrente. Para isto, fecha-se os registros de entrada e saída, após o nível da água ficar a uns 10 cm acima do leito filtrante e em seguida abre-se o registro 3 (esgoto) e logo após, de forma gradativa, o de no 4 que recebe água do reservatório de lavagem. Essa abertura deve ser lenta e gradual para expulsão do ar sem danificar o sistema de drenagem do filtro. A vazão de lavagem é cerca de 8 vezes maior que a de filtração. A água quando começa cair na canaleta apresenta-se bastante turva, e após 5 a 7 minutos começa-se a clarear indicando que a areia está limpa, oportunidade em que são fechados os registros 3 e 4 e abertos os de n o 1 e 5, sendo que este último só quando a água atingir o nível de filtração (N.A. máx). O registro 5 só deverá ficar aberto o tempo suficiente para expurgar a primeira parcela d’água filtrada, tempo esse de alguns minuto, em seguida é fechado e aberto o no 2 para reiniciar a filtração. O controlador de vazão, devido a problema de custo e de ordem operacional está havendo uma forte tendência de substituição dos filtros com esse dispositivo por unidades de filtração com taxa declinante. 35
  36. 36. 7.5.5.2 - FILTROS DE PRESSÃO Os filtros de pressão tem muita coisa em comum em relação aos filtros de gravidade. Diferem apenas por serem fechados, confeccionados em metal, de forma cilíndrica, e operarem sob pressão. Sua pressão varia de 10 à 50m e a perda de carga máxima é da ordem de 7 metros. Figura de um filtro de pressão Fig. 7.22 Quanto aos princípios de funcionamento e lavagem são análogos aos dos filtros rápidos convencionais. 7.5.5.3 - FILTRAÇÃO RÁPIDA COM TAXA DECLINANTE Os filtros que compõem uma bateria, o nível d’água é o mesmo em um determinado instante, embora variando entre um máximo e um mínimo, sendo esse máximo garantido pelo nível d’água da saída do decantador e o mínimo pela soleira do vertedor situado no reservatório de água filtrada. Característica do Sistema Nesse tipo de sistema, caracteriza-se por existir um conduto comum de água decantada não existindo controlador de vazão na entrada de cada filtro. Esse conduto ou canal deverá ser de secção suficientemente grande para servir aos filtros com suas vazões variáveis e com pequena perda de carga. O vertedor situado no interior do reservatório de água filtrada, destina-se principalmente a impedir a ocorrência de carga negativa no leito de areia. O funcionamento de um filtro, após a lavagem, caracteriza-se por apresentar seu nível na posição mais baixa, por sinal no mesmo dos demais. Nesse momento a maior taxa de filtração, na bateria, ocorre exatamente nesse mesmo filtro e a menor no próximo a ser lavado. 36
  37. 37. Filtração com taxa declinante Fig. 7.23 7.5.5.4 - FILTRAÇÃO COM LEITO DUPLO A areia usada em filtro rápido tem granulometria com tamanho efetivo entre 0,45 à 0,55mm e coeficiente de uniformidade de 1,3 à 1,7 de onde se conclui que seus grãos são de tamanhos diferentes. Na lavagem, após a expansão da areia, há uma tendência das partículas menores ficarem em cima, devido a problema de peso. Devido a isto, na filtração, apenas os primeiros centímetros da areia retém as impurezas (flocos). Caso fosse o inverso, apenas as impurezas diminutas ficariam retidas na areia fina, camadas inferiores, o que sem dúvida traria uma ação mais efetiva em toda sua espessura e não apenas nas primeiras camadas. A conclusão que se chega a essa hipótese é que a perda de carga seria menor, após um período de filtração de determinada quantidade de água, aumentando dessa forma a taxa de filtração e o período de funcionamento do filtro entre duas lavagens consecutivas. Devido com a areia não ser possível essa hipótese, lança-se mão de outro material complementar, de grãos maiores, porém de menor densidade, o que possibilita manter-se sobre a areia após a lavagem do filtro. O material geralmente empregado com esse fim é o antracito de densidade 1.5 e tamanho efetivo de 1 à 1,4mm o que para a areia respectivamente seria 2,65 e 0,45 à 0,55mm. 7.5.5.5 - FILTRAÇÃO ASCENDENTE (FILTRO RUSSO) Para evitar a expansão da areia na própria filtração, recomenda-se taxa de 120 m3 /m2/dia, tolerando-se o valor máximo de 146 m3/m2/dia, isto considerando tamanho efetivo de 0,55 à 0,65mm e coeficiente de uniformidade de 2,5. 37
  38. 38. Para a vazão de lavagem recomenda-se taxa da ordem 1.100 m3/m2/dia à 1.300 m3/m2/dia. A operação de lavagem assemelha-se a recomendada para filtros de gravidade convencionais com restrição apenas que antes de iniciar a lavagem propriamente dita, lança-se para o esgoto toda água armazenada no filtro acima da camada filtrante. Isto para que os flocos retidos no interior, das camadas sejam arrastados para os esgotos. 38
  39. 39. Filtro upflow, filtro russo ou clarificador de contato Fig. 7.24 7.5.5.6 - FILTRAÇÃO LENTA É usada para remoção de teores pouco elevados de cor e turbidez (cor + turbidez ≤ 50 mg/L) sem auxilio de coagulação. Geralmente são aplicados em pequenas comunidades. Tem forma retangular em grande parte e, devido baixa taxa de filtração, são relativamente grandes. Durante a filtração a taxa é normalmente mantida constante. Usualmente, tanto a tubulação influente quanto a efluente são equipadas com válvulas automáticas ou manuais para fazer com que as taxas de filtração permaneçam constantes. Filtro de areia, diagrama da seção - Fig. 7.25 A figura 7.25 mostra um diagrama da seção transversal de um filtro, ilustrando a sua operação. Admita-se que o filtro tenha sido limpo, preenchido com água e esteja pronto para entrar em operação, com a válvula da tubulação efluente fechada. Se um tubo piezométrico for 39
  40. 40. colocado nessa linha, antes da válvula, o nível de água neste tubo estará exatamente ao mesmo nível da água acima da areia como indicada pelo ponto A no diagrama. Operação do Filtro Lento: após carregar o filtro, abre-se o influente e a descarga. A água no inicio da operação não é de boa qualidade e deve ser desprezada até que na descarga apresente-se com a qualidade desejada. Amadurecimento do Filtro: a medida que o filtro funciona pela descarga, a areia vai retendo o material mais grosso em suspensão: algas, protozoários, etc, que vai formando sobre ela uma camada de lodo (camada biológica). A medida que ela se forma, por ser gelatinosa vai absorvendo partículas menores (colóides, emulsóides, etc) e melhorando a qualidade da água. Só quando a água está em boas condições pelo tratamento, fecha-se a descarga e abre-se o efluente enviando a água para o reservatório de distribuição, depois de clorada e corrigido o pH. A operação de amadurecimento pode levar de 2 à 3 semanas e o filtro assim operado pode fornecer água de boa qualidade por 2 à 3 semanas. Perda de Carga: continuando a filtração, a camada de lodo vai aumentando e oferecendo maior resistência à passagem da água (perda de carga) e o filtro vai perdendo vazão. Quando a perda de carga atingir de 0,90 à 1,50m (limite comum 1,20) o filtro deve ser lavado, pois já não oferece vazão econômica. Lavagem do Filtro Lento: ao atingir o limite de perda de carga, fecha-se o influente e deixa-se que a água seja drenada através do filtro. Ao atingir a superfície da areia, fecha-se o efluente. Exposta ao sol, a camada de lodo se contrai formando placas que podem ser facilmente removidas; ou retira-se uma camada(enquanto úmida) de 1 à 2cm de areia com lodo de toda a superfície filtrante. O filtro pode ser limpo diversas vezes antes da reposição de qualquer areia retirada; entretanto, recomenda-se que a profundidade de areia no filtro nunca deve ser menor do que 60 à 75 cm, uma vez atingida essa profundidade, toda areia removida, em diversas limpezas, deve ser lavada e estocada para posterior recolocação. 7.6 - DESINFECÇÃO A desinfecção deve ser em caráter corretivo ou preventivo. Conceito: consiste na destruição de organismos causadores de doenças e de outros de origem fecal, mas não necessariamente a destruição completa de formas vivas. Este último caso designaremos por esterilização. 7.6.1 - DESINFETANTES MAIS EMPREGADOS a) A base de cloro - cloro líquido ou gasoso (Cl2) - 99,9% de cloro disponível; - Hipoclorito de cálcio (Ca(OCl)2 - 65% de cloro disponível; - Hipoclorito de Sódio (Na OCl) - 10% de cloro disponível; - Água Sanitária - 2,5% de cloro disponível; - Cal Clorada (CaOCl2) - 30% de cloro disponível. Vantagens do Cloro - deixa resíduo. - preço baixo. Desvantagens do Cloro - não é tão eficiente. - não pode aplicar superdosagens. b) Ozônio: produzido no local de aplicação. 40
  41. 41. Além de desinfetante é usado como redutor de odor, gosto, ferro e manganês. Vantagens - ação bacterecida 30 à 300 vezes mais rápido que o cloro para o mesmo tempo de contato. - não há perigo de superdosagens. Desvantagens - não tem ação residual. - muito gasto com energia. c) Desinfecção pelo calor Vantagens - facilidade - eficiente Desvantagens - alto custo - não tem ação residual d) Desinfecção por Irradiações - é efetuada por luz ultravioleta, através de lâmpada de vapor de mercúrio com bulbo de quartzo. Vantagens: - não altera gosto e odor; - período de contato pequeno; - dosagens alta não é prejudicial. Desvantagens: - não tem ação residual; - esporos, cistos e vírus são resistentes; - custos elevados. Reações do Cloro com a Água Cl2 + H2O↔HOCl + H+ + Cl- para pH baixo a reação se desloca para a esquerda. - para pH acima de 4, desloca-se para a direita. O Ácido Hipocloroso é fraco e pouco dissociado em pH abaixo de 6. HOCl↔H+ + OCl[ H+ ] [OCl-] = 2,7 x 10-8 [ HOCl] 41
  42. 42. Fig. 7.26 O cloro na forma de ácido hipocloroso e de íon hipoclorito é definido como cloro residual livre. Reações dos Hipocloritos com a Água Ca(OCl)2 + H2O ↔ Ca++ + 2OCl- + H2O NaOCl + H2O ↔ Na+ + OCl- + H2O Cloro Combinado - O cloro com a amônia reage e forma compostos denominados cloraminas. NH4+ + HOCl ↔ NH2Cl + H+ + H2O NH2Cl + HOCl ↔ NHCl2 + H2O NHCl2 + HOCl ↔ NCl3 + H2O Fig. 7.27 42
  43. 43. O ponto máximo é atingido quando toda a amônia se combinou com o cloro. Reações após o máximo da curva: 2NH2Cl + HOCl ↔ N2 + 3HCl + H2O Quando só há dicloraminas esta se decompõe 2NHCl2 ↔ N2 + 2HCl + Cl2 Esquema das Reações Fig. 7.28 A Ação do Cloro Depende: a) da sua concentração; b) da forma como se apresenta: cloro livre ou cloro combinado; c) do tempo de contato; d) da temperatura; e) do pH já que influi na dissociação do ácido hipocloroso; f) do tipo de microrganismos a ser destruído; h) da turbidez; i) do grau de mistura. 7.7 - REMOÇÃO DE DUREZA A dureza é causada pelos sais de cálcio e magnésio presentes na água. Os processos mais empregados para remoção são: cal soda, resina e eletrodiálise. 7.7.1 - PROCESSO CAL SODA - consiste na remoção total ou parcial de Ca ou Mg nela presentes, quase sempre nas formas de bicarbonatos, sulfatos e cloretos. O processo pode ser através de : - cal soda a frio: para dureza > 150, reduz para 15 à 30 p.p.m. - cal soda a quente: com fosfato trissódico, para dureza > 150, reduz para 5 à 15 p.p.m. Reações a) Ca (HCO3)2 + Ca (OH)2 → 2 Ca CO3↓+ 2 H2O b) Mg (HCO3)2 + 2 Ca(OH)2 → Mg (OH)2↓ + 2Ca CO3↓+ 2 H2O c) Mg CO3 + Ca(OH)2 → Mg (OH)2↓ + Ca CO3↓ d) Mg SO4 + Ca(OH)2 → Mg (OH)2↓ + Ca SO4 e) Ca SO4 + Na2 CO3 → Ca CO3↓ + Na2 SO4 f) CO2 + Ca (OH)2 → Ca CO3↓ + H2O 43
  44. 44. 7.7.2 - ABRANDAMENTO POR TROCA IÔNICA a) Abrandamento por troca de Cations (Resina) Quando a resina é da forma hidrogeniônica (fracamente ácida) o processo é análogo, sendo que a regeneração é com ácido clorídrico ou sulfúrico. Fig. 7.29 EXEMPLO DE REAÇÕES: No abrandamento: Ca SO4 + R-2Na+ → R-Ca + Na2 SO4 Na lavagem: R-Ca + 2NaCl → R-2Na + CaCl2 b) Por desmineralização de águas Conceito: É o processo de remoção praticamente total dos íons em uma água, através de resinas catiônicas e aniônicas. Como a desmineralização da água consiste na remoção dos íons nela presentes, o processo é também chamado de deionização. Esquema 44
  45. 45. Fig. 7.30 Reações a) com as resinas catiônicas Ca (HCO3)2 + RH2 → RCa + 2 H2CO3 Ca SO4 + RH2 → RCa + H2 SO4 Mg SO4 + RH2 → RMg + H2 SO4 b) com as resinas aniônicas H2 CO3 + R(OH)2 → RCO3 + 2 H2O H2 SO4 + R(OH)2 → RSO4 + 2 H2O 2 HCl + R(OH)2 → RCl 2 + 2 H2O 7.7.3 - ELETRODIÁLISE: É um tratamento que consiste na remoção dos íons presentes na água, provenientes dos sais minerais dissolvidos, através da influência do campo elétrico, formado entre dois eletrodos, entre os quais são colocadas paralelas e alternadamente membranas catiônicas e aniônicas, confeccionadas especialmente a base de pergaminho ou matéria plástica com porosidade que permite a passagem dos catiôns e ânions ou mesmo a retenção, conforme o caso. Em razão disto, em certos compartimentos obtém-se água doce e em outros, água mais salgada (salmoura). Considerando que a quantidade de eletricidade gasta no processo é em função do teor de sal na água, conclui-se que tal processo é mais econômico para águas salobras que para água do mar. 45
  46. 46. Planta esquemática da eletrodiálise para dessalinização da água Fig. 7.31 7.8 - CONTROLE DE GOSTOS E ODORES 7.8.1 - CAUSAS DE GOSTOS E ODORES - certos minerais causam gosto; - gostos e odores são causados pela morte e apodrecimento de plantas do tipo algas; - outros causadores de gosto e odores são compostos de clorofenóis; - outras causas despejos de indústrias, matéria orgânica dissolvida e gases; - minerais tais como Fe, SO4, Mg, Na2 SO4, NaCl e Cloro excessivo. 7.8.2 - TRATAMENTO PREVENTIVO COM SULFATO DE COBRE Tem por finalidade evitar o crescimento de algas. Se as algas já estão bastante crescidas poderá causar contratempos com a morte das mesmas, uma vez que elas apodrecem. 7.8.3 - TRATAMENTO COM AMÔNIA E CLORO Esta combinação é também um agente eficiente para a remoção de gostos e odores. 7.8.4 - TRATAMENTO COM CARVÃO ATIVADO A ação adsorvente do carvão, seguida da sedimentação e filtração, produz completa remoção das substâncias causadores de gostos. Pode ser aplicado antes ou depois da coagulação e antes da filtração. Quantidade - 0,12 à 60 p.p.m. Outros Tratamentos 46
  47. 47. - Remoção de gostos pela Aeração; - Pré-cloração; - Permanganato de potásio - dosagens 0,2 à 0,5 p.p.m; Obs: coloração rósea no filtrado indica, excesso de permanganato. 7.9 - CONTROLE DE CORROSÃO 7.9.1 - CAUSAS DA CORROSÃO NOS ENCANAMENTOS A água tem tendência de dissolver o ferro e outros materiais. Esta tendência é fraca para algumas águas e forte para outras. - Proteção - revestimento conveniente ou depósito de carbonato ou óxido de ferro formado pela ação química da água. - Agressividade da água - depende de dois fatores: relação entre o pH e alcalinidade e a relação entre gás carbônico livre e alcalinidade. a) Relação entre os valores do pH e da Alcalinidade Fig. 7.32 b) Relação entre a quantidade de gás carbônico livre e a alcalinidade 47
  48. 48. Fig. 7.33 Ensaio de Mármore para o equilíbrio do Carbonato - Coloca-se numa garrafa de boca larga água filtrada e juntam-se pedaços de carbonato de cálcio puro (mármore ou de calcita). 7.10 - FLUORETAÇÃO 7.10.1 - HISTÓRICO - onde há 1,0 mg/L de F- em água natural há menos incidência de cárie que nos lugares onde não existe. - Significado sanitário - É amplamente conhecido que o F- têm efeito benéfíco na prevenção da cárie dentária. Entretanto em concentrações elevadas pode causar fluorose, ou seja, uma deposição escura marron - roxo nos dentes e também nos ossos. 7.10.2 - DOSAGENS ÚLTIMAS DE FLÚOR Temperatura Média Anual das Máximas Diárias Concentração Ótima de Flúor em mg/L 10,0-12,1 1,2 12,2-14,6 1,1 14,7-17,7 1,0 17,8-21,4 0,9 21,5-26,3 0,8 26,4-32,5 0,7 32,6-37,5 0,6 Obs: Segundo a OMS recomenda-se um limite máximo de 1,5 mg/L 48
  49. 49. 7.10.3 - FONTES DE FLÚOR Sólidos - Fluoreto de sódio (NaF) : Solub-4%, Pureza-98%, Teor em F- 43% - Fluorsilicato de Sódio (Na2SiF6) - Solub-0,4%, Pureza-98%, Riqueza em F- 60% - Fluorsilicato de Amônia (NH4)2 SiF6 Líquido - Ácido Fluorídrico (HF) - Ácido Fluorsílicico (H2SiF6) 7.10.4 - APLICAÇÃO: NA FLUORETAÇÃO ABASTECIMENTO PÚBLICO PERFEITAMENTE POTÁVEIS. DAS ÁGUAS DE 7.11 - REMOÇÃO DE FERRO E MANGANÊS O ferro e o manganês podem ser removidos pela aeração, pelo coágulo - sedimentação, pelos processos de remoção de dureza e até através do uso de peróxido de hidrogênio. 7.11.1 - PELA AERAÇÃO - certos compostos inorgânicos de ferro e manganês, uma vez oxidados, transformam-se em hidróxido insolúveis que são eliminados através de decantação e filtração. Isto acontece mais em águas limpas procedentes de poços. 7.11.2 - PELO COÁGULO - SEDIMENTAÇÃO - remove-se principalmente o manganês, desde que se use cal para elevar o pH da água e, em segunda, um sal de ferro empregado como coagulante. 7.11.3 - PELO USO DA CAL - a cal destinada a remoção de dureza, tem condições também de eliminar o ferro e o manganês. 7.11.4 - PELO PERÓXIDO DE HIDROGÊNIO - técnicos da SANASA Campinas - SP, efetuaram testes com peróxido de hidrogênio, para remoção de ferro e manganês, e obtiveram resultados excelentes, dosando-o com concentração na faixa de 0,25 à 0,35 p.p.m, inclusive reduzindo o custo em 50% com relação ao processo empregado com permanganato de potássio. A escolha do processo é em função da forma como as impurezas do ferro se apresentam. Por exemplo, se o ferro se apresentar associado a matéria orgânica, as águas não dispensam o tratamento quimico, ou seja coagulação, floculação, decantação e filtração. 7.12 - TRATAMENTO ATRAVÉS DE OSMOSE REVERSA 7.12.1 - DESCRIÇÃO DO PROCESSO Para que possamos entender melhor o processo de osmose reversa, lembremos o fenômeno de osmose natural: O fenômeno de osmose natural ocorre da seguinte forma: colocando-se soluções de concentrações diferentes separadas por uma membrana semi - permeável, a água da solução diluída fluirá naturalmente através da membrana, para a solução mais concentrada até atingir o equilíbrio osmótico. Quando isso ocorre, o nível líquido da solução mais concentrada fica acima do nível correspondente a coluna da solução mais diluída. Esta diferença de coluna (∆H), denomina-se pressão osmótica. 49
  50. 50. O processo de osmose reversa é obtido através de aplicação de uma pressão superior a pressão osmótica (∆H), do lado da solução mais concentrada, forçando o fluxo através da membrana semi - permeável, assim permitindo-se obter solução pura do outro lado. OSMOSE NATURAL FIG. 7.34 7.12.2 - PRINCIPAIS APLICAÇÕES DO SISTEMA DE OSMOSE REVERSA - Dessalinização de água para uso humano e industrial: * Dessalinização de água salobra; * Dessalinização de água do mar. 50
  51. 51. - Tratamento de água para uso industrial: * Água desmineralizada para alimentação de caldeiras; * Água desmineralizada ultra pura para lavagem de micro circuitos na indústria eletrônica * Tratamento de efluentes industriais; * Recuperação de água em indústrias de bebidas. - Tratamento para uso farmacêutico/medicina * Água para injetáveis; * Água para enxágüe final de vidros ampolas; * Diálises; * Limpeza e lavagem de frascos. 7.12.3 - UNIDADES COMPONENTES DO SISTEMA DE OSMOSE REVERSA - Filtro de Cartucho A água de alimentação da osmose reversa deverá obrigatoriamente passar pelo(s) filtro(s) de cartucho(s) instalado(s) na entrada do sistema, com objetivo de remover sólidos suspensos maiores que 5,0 µm. - Bomba de alta pressão Após filtro de cartucho, a água seguirá para(s) bomba(s) de alta pressão, com objetivo de fornecer uma pressão superior a pressão osmótica (∆H). - Permeadores A água já em alta pressão segue para o(s) vasos(s) de pressão onde estão contida(s) a(s) membrana(s) de osmose reversa. O(s) conjunto(s) vaso(s) e membrana(s) denomina(m)-se permeador(es). Parte da solução que transpassar a(s) membrana(s), tem alta qualidade de pureza, sendo esta denominada de produto ou permeado. A parte da solução que não transpassar a(s) membrana(s) de concentração superior é denominada de rejeito. FLUXO TÍPICO DE OSMOSE REVERSA Fig. 7.35 PI = MANÔMETRO FI = ROTÂMETRO 51
  52. 52. CI = CONDUTIVÍMETRO PS = PRESSOSTATO DE PROTEÇÃO DA BOMBA 7.12.4 - CONTROLE DO SISTEMA DE OSMOSE REVERSA Para o controle da operação do sistema de osmose reversa utiliza-se os seguintes instrumentos: - Rotâmetros de medição de vazão do rejeito e permeado; - Condutivímetro para controle de água produzida; - Manômetros de medição de pressão; - Pressostato de baixa pressão para proteção da bomba de alta pressão. Observação - Caso o filtro cartucho esteja acentuadamente colmatado, impedindo a passagem da água de alimentação, o pressostato desliga a bomba interrompendo assim o funcionamento. 7.12.5 - MANUTENÇÃO DO SISTEMA DE OSMOSE REVERSA - Limpeza Química Após algum tempo de uso ocorre uma deposição de sais na superfície da membrana de osmose reversa. Proporcional a concentração de sais minerais dissolvidos na água. Esta incrustação provoca uma queda gradativa na vazão produzida pelo sistema e aumento gradativo da pressão de operação. Estes sinais indicam a necessidade de limpeza química nas membrana, que ocorre em média a cada 03 meses de operação. Para a remoção das incrustações na superfície da membrana, a limpeza química é realizada utilizando-se produtos ácidos ou alcalinos dependendo do tipo de incrustração ocorrida. 7.12.6 - ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO DO SISTEMA DE OSMOSE REVERSA A qualidade da água bruta à ser tratada no sistema de osmose reversa, é um fator importante para uma operação bem sucedida do processo. A água de alimentação do sistema de osmose reversa deverá obedecer os seguintes parâmetros de qualidade: - Temperatura não superior à 50 0C; - SDI (Silt Density Index) menor que 5; - pH maior que 2,0 e menor que 11,0; - Teor de ferro menor que 0,3 ppm; - Teor de cloro menor que 0,1 ppm; - Turbidez menor que 1,0 NTU; Caso a água bruta não obedeça a qualidade referida, então deverá ser previsto um pré tratamento anterior ao sistema de osmose reversa, que geralmente são: - ETA para remover cor ou turbidez; - Filtro de areia; - Filtro de carvão; - Dosagem de anti - incrustante. 8. TIPOS DE ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUA 8.1 - ESTAÇÃO DE TRATAMENTO CONVENCIONAL 52
  53. 53. É um tipo de estação indicada para águas de superfícies que apresentam teores de cor e turbidez elevados. As unidades componentes são: Aeração (em caso específico), Coagulação, floculação, decantação, filtração, desinfecção e correção de pH. Fig. 8.1 Disposição esquemática de uma Estação de Tratamento de Água(coagulação, floculação, decantação e filtração rápida) 8.2 - FILTRO LENTO Tratamento recomendado para águas cuja soma de cor mais turbidez seja inferior a 50 p.p.m. Unidades componentes - Filtração e desinfecção. Corte longitudinal de um filtro lento Fig. 8.2 8.3 - FILTRO RUSSO OU CLARIFICADOR DE CONTATO Tratamento recomendado para águas de turbidez baixa ou moderada, pouco contaminada e de baixo teor de sólidos em suspensão. Unidades componentes: Coagulação (mistura rápida), floculação, filtração e desinfecção. 53
  54. 54. Filtro Russo Fig. 8.3 8.4 - ESTAÇÃO COMPACTA É uma estação convencional funcionando sob pressão. 54
  55. 55. Unidades componentes: Coagulação (mistura rápida), floculação (mistura lenta), decantação, filtração e desinfecção. A - Chegada de água bruta H - Floco - decantador B - Saída de água tratada I - Filtros C - Entrada de água de lavagem J - Misturador hidraúlico D - Descarga de água de lavagem L - Tanques de reagentes E - Drenos M - Bombas dosadoras F - Escorva de ar N - Rotâmetro G - Descarga de lodo O - Manômetros ETA compacta Fig. 8.4 8.5 - DESINFECÇÃO É um tratamento recomendado para águas de poço ou fontes apenas como medida de prevenção. 9. CARACTERÍSTICAS DOS PRINCIPAIS PRODUTOS QUÍMICOS EMPREGADOS NO TRATAMENTO 9.1 - SULFATO DE ALUMÍNIO 9.1.1 - ORIGEM O Sulfato de Alumínio é um sal resultante da reação do minério do alumínio (bauxita), com o ácido sulfúrico a 600 Be. O produto é vendido no comércio nas duas formas: granulada e líquida. 9.1.2 - CONDIÇÕES ESPECÍFICAS 9.1.2.1 - GRANULOMETRIA - O sulfato de alumínio sob a forma granular, deve ter uma granulometria tal, que não haja nenhum material retido na peneira de abertura 12,7mm, e que não mais de 10% passe na peneira de abertura 4,76mm. 9.1.2.2 - COMPOSIÇÃO QUÍMICA - O sulfato de alumínio deve apresentar as características indicadas na tabela a seguir: 55
  56. 56. CARACTERÍSTICAS Resíduo insolúvel em água, máximo Alumínio total solúvel como Al2 O3 , mínimo Ferro total como Fe2 O3 Acidez (Alumínio livre como Al2 O3), mínimo SULFATO DE ALUMÍNIO SÓLIDO LÍQUIDO 10 0,1 15 7,5 2,5 1,0 0,05 0,02 O sulfato de alumínio não deve conter nenhum mineral ou substância solúvel em quantidades capazes de produzir efeito nocivo ou prejudicial à saúde pública ou a qualidade da água. 9.1.3 - REAÇÕES QUÍMICAS DO SULFATO DE ALUMÍNIO COM A ÁGUA a) Sua reação com a alcalinidade natural da água (quando existe), é a seguinte: Al2 (SO4)3 18 H2O + 3 Ca (HCO3)2 → 3 CaSO4 + 2Al (OH)3 + 6 CO2 + 18 H2O Peso molecular do sulfato = 666,4g Peso molecular do bicarbonato = 300g Relação do sulfato com a alcalinidade em forma de CaCO3 (Carbonato de Cálcio) 666,4 mg/L l mg/L - 300 mg/L x x= 300 ⋅ 1 = 0,45mg / L 666,4 ou seja, para cada 1 mg/L de sulfato de alumínio, requer 0,45 mg/L de alcalinidade. b) Reação de Sulfato de alumínio quando a cal é adicionada: Al2 (SO4)3 18 H2O + 3 Ca (OH)2 → 3 Ca SO4 + 2 Al (OH)3 + 18 H2O Peso molecular do sulfato = 666,4g Peso molecular de cal = 222g Relação do sulfato de alumínio com cal adicionada 666,4 mg/L 1 mg/L - Y 222 mg/L Y = 0,33 mg/L, ou seja 1 mg/L de sulfato de alumínio reage com 0,33 mg/L de hidróxido de cálcio (cal hidratada). ESQUEMA DE DOSAGEM DE SULFATO 56
  57. 57. FIG. 9.1 9.2 - CAL 9.2.1 - INTRODUÇÃO A fabricação de cal e o seu emprego são conhecidos pelo homem há mais de 2000 anos. Sua obtenção é efetuada através da calcinação do calcário em fornos dos tipos horizontal e vertical. Reação: CaCO3 1000 0C 10000 C → CaO + CO2   Nome químico: óxido de cálcio (CaO) Nomes usados no comércio: cal viva e cal virgem. 9.2.2 - CONDIÇÕES ESPECÍFICAS 9.2.2.1 - CAL VIRGEM - A granulometria da cal virgem deve ser tal que atenda as exigências dos equipamentos de preparo e dosagem nos locais de sua utilização; - O teor mínimo de CaO disponível deve ser de 90%; - O conteúdo máximo do resíduo de extinção deve ser de 5%, quando retido na peneira de abertura 0,6 mm; - O conteúdo máximo de CaCO3, deve ser de 5%. 9.2.2.2 - CAL HIDRATADA - A granulometria da cal hidratada deve ser tal que 5% do material, no máximo, seja retido na peneira de abertura 0,075 mm; - O conteúdo mínimo de Ca(OH)2 deve ser de 90%; - O conteúdo máximo de material insolúvel (em HCl) deve ser de 15%; - O conteúdo máximo de CaCO3 deve ser de 5%. 9.2.3 - OBTENÇÃO DE CAL HIDRATADA O cal hidratada (hidróxido de cálcio) é obtida através da hidratação da cal virgem. 57
  58. 58. Reação: CaO + H2O → Ca(OH)2 Apresenta-se em forma de pó seco, quando a hidratação é feita em instalações adequadas para a produção desse tipo de material. Quando a hidratação é feita na própria estação de tratamento, não há interesse na produção de cal em pó, formando-se uma pasta ou uma suspensão concentrada. 9.2.4 - PROPRIEDADES DA CAL - Peso específico - 420 à 1.100 kg/m3; - Teor de óxido de cálcio deve ser superior a 68% na cal hidratada; - Solubilidade em água - 1,2 g/L. A hidratação da cal virgem, denominada comumente de extinção, se desenvolve com liberação de grande quantidade de calor. 9.2.5 - TRANSPORTE E ARMAZENAMENTO A proteção da cal virgem durante o transporte e armazenamento contra o contato com umidade ou com água, é fundamental para garantir sua qualidade e para evitar a ocorrência de acidentes provocados pela elevação de temperatura. Essa elevação pode atingir valores suficientes para provocar incêndio em materiais combustíveis. A cal hidratada não exige os cuidados preconizados para a cal virgem, no que diz respeito ao contato com a água. Mas da mesma forma que a cal virgem, irrita a pele e as mucosas. Isto devido ser um material pulverulento muito fino, com baixo peso específico, produzindo, por isso grande quantidade de poeira ao ser movimentado. 9.2.6 - CÁLCULO DA DOSAGEM IDEAL DE CAL NA ÁGUA. 9.2.6.1 - DETERMINAÇÃO EM LABORATÓRIO - Faz-se uma suspensão de cal em água na concentração de 1000 mg/L; - Suponhamos que o pH da água tratada seja igual a 5, e que se deseje elevar para 7,2, o que implicou em adicionar 5 mL da solução de 1000 mg/L para um litro da água tratada. Com essa adição, encontrou-se a dosagem ideal de cal (5 mg/L). Exemplo: admitindo que a vazão da ETA é de 500m3/h, e a concentração da solução é de 5% Calcular a vazão da suspensão necessária para conferir a dosagem ideal na água tratada. Solução: dados - Q = 500m3/h (vazão da água tratada) - C = 5% = 50.000 mg/L = 50 g/L (concentração da tina) - D = 5 mg/L = 5 g/m3 (dosagem ideal encontrada em laboratório) -q=? 3 Q⋅ D q= = C q= 500m h⋅ 50 g 5g 3 m = 50 L L 5L 5L 1L 0,5 L = = = 6min 360seg 72 seg 36seg 58 h
  59. 59. Se o dosador for do tipo caneca ou nível constante, ajusta-se a dosagem para o valor calculado. 9.3 - CLORO 9.3.1 - ESTADO NATURAL O cloro é o elemento, dentre os halogênios, o que existe em maior percentagem na natureza, onde ocorre na forma combinada de seus saís, os Cloretos. Na água do mar, por exemplo, de cada 100 gramas de resíduo sólido, contém cerca de 78g de Cloreto de Sódio. 9.3.2 - PROPRIEDADES - Peso atômico Cl - 35,457 g - Peso molecular Cl2 - 70,914 g - Densidade relativa ao ar a 20 C - 2,5 - Essa propriedade é importante, pois durante o vazamento, o Cloro sempre permanece nas camadas inferiores, portanto junto ao piso. - O Cloro seco não ataca o ferro, cobre, chumbo e outros materiais. - Quando úmido, porém, ataca quase todos. - O Cloro não é explosivo. - Solubilidade a 30C - 5,7 g/l - Reage com amoníaco formando Cloreto de Amônio ( fumaça branca ) - daí o seu emprego para localização de vazamento. 9.3.3 - PRINCIPAIS USOS DO CLORO - Alvejamento de celulose, têxteis, madeira, óleos, cêras, gorduras, etc. - Esterilização de água potável, água de piscina, água residuárias domésticas ou industriais. - Fabricação de compostos orgânicos e inorgânicos, desinfectantes, germicidas, inseticidas, herbicidas, corantes e produtos intermediários, solventes desengraxantes e resinas. 9.3.4 - MOVIMENTAÇÃO, TRANSPORTE, ARMAZENAMENTO E INSTALAÇÃO - O Cloro líquido gasoso é acondicionado em cilindros de aço, sem costura, de capacidades diversas. A pressão do Cloro gasoso, presente na parte superior do cilindro, é a pressão de vapor correspondente à temperatura em que o Cloro se encontra.; - A pressão no interior dos cilindros grandes e pequenos, após o enchimento, é da ordem de 4 kg/cm2, com o aumento de temperatura pode-se elevar a 8 kg/cm2; - Os cilindros pequenos são usados normalmente na posição vertical; - A válvula de segurança do cilindro pequeno, dispõe de um fusível, a base de uma liga de chumbo, que se funde entre 70 e 75C, a que corresponde a uma pressão de 28,8 a 23,8 atmosferas; - Os cilindros grandes (900 kg), dispõem de 06 válvulas que apresentam condições idênticas as referidas para os cilindros pequenos; - Os cilindros não devem ser golpeados ou deixados cair; - Os cilindros com capacidade de até 70 kg são movimentados, a pequenas distâncias, por carrinho de mão apropriado; - Os cilindros de capacidade iguais ou maiores que 900 kg podem ser movimentados por talhas; - Os cilindros não devem ser movimentados pelo capacete de proteção da válvula; 59
  60. 60. - Os cilindros pequenos devem ser armazenados e instalados sempre na posição vertical e em locais cobertos e devidamente arejados; - Os cilindros grandes devem ser armazenados e instalados na posição horizontal e com ligação do cloro em uma das válvulas que se encontra na posição superior. 9.3.5 - CONDIÇÕES ESPECÍFICAS O Cloro deve ter pureza mínima de 99,5%, em volume, quando obtido da vaporização do líquido. 10 - EQUIPAMENTOS EMPREGADOS NO TRATAMENTO DE ÁGUA 10.1 - EQUIPAMENTOS DIVERSOS 10.1.1 - EXTINTOR DE CAL Finalidade - destina-se ao apagamento ou extinção de cal, em Estação de Tratamento de Água, onde seja previsto o uso de cal virgem. Descrição - é constituído normalmente de uma carcaça cilíndrica vertical confeccionada em chapa de aço carbono com fundo do plano e cobertura superior com parte central fixa à carcaça e duas tampas laterais dotadas de alças e dobradiças para cargas de cal virgem. Na parte superior fixa acha-se montado um motor redutor que movimenta dentro da carcaça um agitador lento. A alimentação da água para diluição se faz através de luva rosqueada na parte superior fixa da tampa. A saída da suspensão, protegida por crivo interno, conforme ilustra figura a seguir 10.1, é dotada de válvulas do tipo fecho rápido. 60
  61. 61. Figura 10.1 10.1.2 - MISTURADOR PARA SOLUÇÕES OU SUSPENSÕES Descrição - Os misturadores são equipamentos empregados para acelerar os processos de dissolução e de preparação ou manutenção de suspensão de Sulfato de Alumínio, Cal hidratada, Hipoclorito de Sódio, Cloreto de Cálcio, Carvão ativado e outros reagentes que possam ser utilizados em Estação de Tratamento de Água. Os motores, monofásicos ou trifásicos poderão, a pedido, ter proteção especial (motor a prova de explosão ou totalmente fechado para trabalho ao tempo). Materiais - Eixo - aço inox AISI 316 - hélice - aço inox AISI 410 fixada ao eixo por parafuso tipo ALLEN. - Base - ferro fundido - Parafusos - aço inox - Protetores e mancais - aço 1010 Figura 10.2 10.1.3 - FLOCULADOR MECÂNICO Finalidade - Os floculadores são equipamentos empregados para promoverem uma agitação lenta e controlada destinada a formação e agregação de flocos para serem separados pelo processo de sedimentação. Para que os flocos tenham boa densidade e peso, são empregadas câmaras de floculação dividida em número mínimo de três compartimentos, dimensionados para manter a água sob agitação lenta, com período de detenção de 30 a 40min, com gradientes de velocidades variáveis na faixa de 20s-1 à 80s-1 ou selecionadas em função da qualidade da água bruta, por meio de ensaios em laboratório. Os principais tipos de floculadores mecânicos são: - tipo paletas - indicado para médias vazão; 61
  62. 62. - tipo fluxo axial - indicado para vazões elevadas, onde as câmaras são de grandes dimensões. Para esse tipo existem os modelos com polias que permitem variação de velocidade para 03 valores e o de variação contínua. Figura 10.3 10.1.4 - MESA DE COMANDO Finalidade: Centralizar o comando de válvulas, comportas, bombas e eletro-compressores dos filtros em Estação de Tratamento de água. O comando a distância poderá ser hidráulico ou pneumático. Funcionamento: A água ou ar pressurizado é admitido em um “mainfold” interno, do qual por meio de manobras de registros do tipo 4 vias, é enviada aos elevadores das válvulas ou comportas, efetuando à distância as operações de abertura efetivamente. O manuseio dos registros se faz através de manípulas montadas sobre o tampo do gabinete da mesa. 62
  63. 63. Figura 10.4 10.2 - EQUIPAMENTOS DE DOSAGENS DE PRODUTOS QUÍMICOS 10.2.1 - DOSADOR DE NÍVEL CONSTANTE, TIPO ORIFÍCIO Finalidade: é um aparelho destinado principalmente a dosagem de produtos químicos solubilizados em água em estações de tratamento de água. Descrição: o reagente químico em solução, tipo sulfato de alumínio, é admitido no dosador via uma válvula de bóia, que mantém o nível constante na caixa de dosagem, garantindo uma vazão uniforme e precisa. Controle: o controle da dosagem é efetuado por um parafuso micrométrico, montado sobre a tampa, controlado através de indicador com escala vertical de ponteiro. O aumento ou redução de dosagem é conseguido através de ajuste na área de orifício de saída do aparelho. Construção: - caixa de dosagem: em poliester estruturado com lã de vidro; - válvula de bóia: em PVC rígido com eixo e haste em aço inox 316; - regulador de dosagem: em PVC rígido; - base: em poliester estruturado com lã de vidro, com coluna de sustentação em aço. 63
  64. 64. Fig. 10.5 10.2.2 - DOSADOR DE LEITE DA CAL, TIPO CANECA Finalidade: é utilizado para mover simultaneamente a mistura e dosagem de suspensão de cal em neutralização ou ajuste do pH da água. Dispõe de duas saídas reguláveis para a dosagem do leite de cal em concentração de até 10% em dois pontos distintos. Descrição: é fabricado em carcaça de fundo semi circular, onde no seu interior gira um agitador horizontal com braços transversais e pás batedeiras, em velocidade lenta, para manter a solução em suspensão. Um coletor, tipo caneca, fixado no eixo do agitador, recolhe o leite de cal descarregando-o em dois receptores de abertura regulável permitindo a variação e ajuste da dosagem. O controle de dosagem é na frente do aparelho efetuado através de duas manípulas. Construção - é confeccionada em chapa de aço carbono 1010/1020 Acionamento - motor elétrico, trifásico ou monofásico; - redutor de velocidade; - transmissor de movimento entre o motor e o redutor por polias de alumínio e correias em V, com trilhos esticadores. Agitador - eixo tubular com extremidades em aço carbono; - batedores em perfilados de aço carbono. Acabamento - pintura interna em duas demãos de zarcão ou em epoxi; - pintura externa em zarcão ou zarcão mais revestimento de epoxi ou borracha clorada. 64
  65. 65. Fig. 10.6 10.2.3 - BOMBA DOSADORA TIPO PISTÃO Construção: é construída com cabeçote dosador simples e cabeçote dosador duplo, os materiais usados, capacidade e pressão de descarga, são de acordo com as características do líquido a ser dosado. O motor da bomba é blindado de conformidade com as normas de segurança da ABNT. A bomba dosadora possui um mecanismo de transmissão por engrenagens redutoras. Cabeçote Dosador: o ajuste da dosagem é manual com a bomba em movimento. Cada cabeçote possui um escala graduada de 0 a 100% de curso do pistão, sendo a máxima de 32 mm. Funcionamento: é baseado no princípio da biela e cursor. O mecanismo começa seu movimento ao acionar o motor a um senfim através de um acoplamento. O senfim é apoiado nas extremidades por dois rolamentos. 65
  66. 66. Figura 10.7 11 - CONCEITOS DOS PRINCIPAIS PARÂMETROS FÍSICO-QUÍMICOS EMPREGADOS NO CONTROLE DE QUALIDADE DE UM SISTEMA DE ABASTECIMENTO PÚBLICO DE ÁGUA 11.1 - ENSAIOS DE FLOCULAÇÃO (JAR-TEST) É um ensaio objetivando a maior reprodutibilidade possível entre as condições de laboratório e as da estação de tratamento de água. 11.1.1 - REAGENTES UTILIZADOS - sulfato de alumínio a 1% em massa por volume - esta solução deve ser agitada perfeitamente antes de pipetagem e desprezada, no máximo, após uma semana de uso; - hidróxido de cálcio - este reagente pode ser utilizado na forma de suspensão 0,5% em massa por volume ou na forma de solução saturada. Em suspensão agita-se antes da pipetagem e após o ensaio a suspensão deve ser desprezada. No caso de solução saturada, pipeta-se sem agitar o sobrenadante e recompõe o volume do frasco após o dia de trabalho. 11.1.2 - APARELHAGEM - Aparelho para ensaio de floculação Este aparelho deve ter os seguintes requisitos: - dispositivo de controle das rotações aplicadas (erro máx. de 5%) - possibilidade de correlacionamento das rotações aplicadas com o gradiente de velocidade; - sistema para coletar amostras em profundidade definida, da maneira mais simultânea possível em todos os copos; - aplicação dos produtos químicos em todos os copos, da maneira mais simultânea possível. - Aparelho para determinação da turbidez - Turbidímetro - Equipamento para determinação da cor - Aqua - Test - Equipamento para determinação do pH - Potenciometro 11.1.3 - EXECUÇÃO DO ENSAIO 11.1.3.1 - ENSAIO DE ROTINA Para realização deste ensaio deve ser obtidas informações básicas na própria instalação de tratamento. Produtos Químicos Utilizados: seguir as instruções no manual do equipamento. 11.1.3.2 - ORDEM DE ADIÇÃO A ordem de adição, bem como os tempos em que tais adições devem ocorrer estão relacionadas com as condições da instalação de tratamento existente. 66
  67. 67. 11.1.3.3 - TEMPO DE DETENÇÃO NOS FLOCULADORES O tempo de detenção nos floculadores deve ser calculado segunda a fórmula: t= Vn 60Q onde: t = tempo de detenção em minutos V = volume da unidade de floculação em m3 n = nº de unidades de floculação Q = vazão total da estação de tratamento em m3/s 11.1.3.4 - GRADIENTE APLICADO NOS FLOCULADORES Esta informação obtém-se no projeto, podendo ser um único valor ou tratar-se de uma gradação. 11.1.3.5 - VELOCIDADE DE SEDIMENTAÇÃO A velocidade de Sedimentação ou taxa de aplicação superficial dos decantadores, obtém-se através da fórmula a seguir: VS = 6000Q An onde: Vs = velocidade de sedimentação em cm/min. Q = vazão total da ETA em m3/s A = área da unidade de decantação em m2 n = n0 de unidades de decantação. 11.1.3.6 - COLETA DE ÁGUA A SER ENSAIADA Adota-se a mesma técnica usada para ensaio físico-químico com volume, obviamente, suficiente para proceder a toda série de ensaio. 11.1.3.7 - REALIZAÇÃO DO ENSAIO A faixa de dosagem a ensaiar é atribuição do analista, que deve conhecer o comportamento prévio da água, a fim de que a dosagem ótima procurada esteja na faixa considerada. No caso de existir mais de um produto a ensaiar, deve-se variar apenas a dosagem de um deles, isto para se tirar melhores conclusões na análises dos resultados. A ordem de adição e tempo devem obedecer as condições da estação de tratamento. Pipetados os volumes dos produtos a ensaiar, na agitação rápida do Jar-Test, o valor do gradiente, velocidade nesta etapa é bem inferior ao existente na ETA. Por isto neste ensaio adotase um valor de gradiente mínimo de 150 s-1 durante um minuto. Após a agitação rápida, inicia-se o processo de floculação, cuja duração, bem como o gradiente de velocidade, devem ser aplicados em função do comportamento da estação de tratamento. Após o processo de floculação, inicia-se a decantação. O tempo de decantação bem como a profundidade da coleta da amostra devem ser tais que, dividindo a profundidade em cm pelo tempo em minutos, seja encontrado um valor igual ao da velocidade de sedimentação ou taxa de aplicação superficial existente nos decantadores da ETA. O coletor com diâmetro interno não superior a 4mm, deve dispor de curva e escala. 67
  68. 68. Figura 11.1 - Coletor de Amostra Posicionando o coletor com o nível da água nas marcas de 5 ou 10, coletam-se amostras a 5 e 10 cm de profundidade, bastante para isto determinar em que tempo se deve processar a coleta. Para o funcionamento do coletor deve-se aplicar um sinfonamento durante o processo de floculação e mantê-lo através da colocação de uma pinça ou torneira que feche um tubo plástico que leva a amostra do coletor para o frasco de recepção. A coleta em cada copo deve ser efetuada simultaneamente. Um volume inicial de cerca de 10 mL deve ser desprezado, recolhendo-se a seguir, não mais do que 200 mL da amostra e com cuidado de que todos eles devem ser iguais para cada copo. A freqüência de ensaio deve ser em função das alterações ocorridas na água a ser tratada. 11.1.3.8 - RESULTADOS Após as realizações das análises, deve-se construir vários gráficos que expressem as variações dos parâmetros de pH, cor e turbidez, em função da variação das dosagens de sulfato de alumínio, cal e outros que venham ser usados. A análise efetuada nos gráficos permite determinar as dosagens recomendadas, bem como dar uma idéia da qualidade esperada da água a ser tratada. 11.2 - ALCALINIDADE 11.2.1 - INFORMAÇÕES O conhecimento da alcalinidade na água é importante para efeito na dosagem do coagulante e auxiliares e no controle do tratamento. A alcalinidade é uma medida dos constituintes alcalinos na água. 11.2.2 - CAUSA A alcalinidade é causada por sais alcalinos principalmente de Sódio e Cálcio e mede a capacidade da água em neutralizar os ácidos. A presença de bicarbonatos, carbonatos e hidróxidos (Sódio, K, Ca e Mg), juntos com pH, permitem por meio de gráfico obtermos o CO2. pH > 9,4 hidróxido e carbonatos (alcalinidade cáustica) 8,3 < pH < 9,4 carbonatos e bicarbonatos 4,4 < pH < 8,3 apenas bicarbonato. 68
  69. 69. O sistema químico predominante na água natural é o equilíbrio dos íons de bicarbonato, carbonato e ácido carbônico, tendo usualmente maior prevalência o íon bicarbonato. Uma água pode ter uma baixa alcalinidade mas um relativamente alto valor de pH e viceversa. Isoladamente, a alcalinidade, pode não ter maior importância, como indicador da qualidade de água, todavia é muito importante, para o controle do processo de operação do tratamento de água. Baixos valores de alcalinidade podem dificultar a saturação da água pelo CaCO 3, que previne a corrosão nas partes metálicas do sistema de abastecimento. Em concentrações moderadas na água de consumo humano, a alcalinidade não tem nenhum significado sanitário. Contudo, em níveis elevados, pode trazer sabor desagradável. Nenhum valor de alcalinidade consta nos padrões de qualidade de água pesquisados. Portanto não se pode recomendar nenhum valor desejável, devido ao fato da alcalinidade estar sempre associada a outros constituintes. 11.2.3 - IMPORTÂNCIA DA ALCALINIDADE Na água bruta a alcalinidade é importante, uma vez que participa do processo de coagulação, pois a coagulação requer uma quantidade de alcalinidade igual a metade da quantidade de sulfato de alumínio adicionado para produzir flocos. Se essa alcalinidade não é suficiente, a coagulação será incompleta e o sulfato de alumínio solúvel sobrará na água. Para evitar esse inconveniente empresta-se alcalinidade a água, através de uma base, geralmente cal, para completar a coagulação ou manter a alcalinidade suficiente para impedir que a água floculada seja corrosiva. A alcalinidade tem também importância no controle da corrosão da água tratada. 11.2.4 - DETERMINAÇÃO DA ALCALINIDADE Reagentes: ácido sulfúrico N/50 e os indicadores metil orange e fenolftaleína. Análise a) pipetar 100 mL de amostra e introduzir num erlemnyer de 250 mL e adicionar 3 gotas de fenolftaleína. Desenvolvendo uma coloração rósea, titular com ácido sulfúrico N/50, até o total desaparecimento da cor. O volume de ácido sulfúrico gasto (mL), multiplicar por 10 para encontrar a alcalinidade em carbonato de cálcio ( mg/L). Não desenvolvendo a cor rósea na amostra ou então após o descoloramento da fenolftaleína, adicionar 3 gotas de metil orange e titular com ácido sulfúrico N/50, até a formação de leve coloração vermelha. O operador deve anotar o volume total de ácido sulfúrico N/50 gasto, ou seja, o ácido sulfúrico gasto, quando da titulação após a adição de fenolftaleína e após a adição do metil orange. A alcalinidade Total é a alcalinidade a fenoltaleína mais a alcalinidade ao metil orange. 11.3 - COR 11.3.1 - INTRODUÇÃO A cor na água é causada pela presença de íons metálicos, principalmente ferro e manganês, de plancton, de algas, de húmus, de ligninas e produtos de sua decomposição (taninos, ácidos húmicos) e efluentes industriais. A cor na água dependendo do pH da mesma aumenta com sua elevação. 69
  70. 70. A cor torna a água esteticamente inaceitável para uso doméstico, bem como em alguns casos, para uso industrial. Para sua determinação utilizam-se os seguintes métodos: a) a amostra pode ser comparada com solução - padrão cor; b) comparação efetuada em aparelhos comparadores; c) por equipamento espectrofotométrico. 11.3.2 - DEFINIÇÕES a) cor aparente - é a cor conferida pelas substâncias dissolvidas e também pelas substâncias em suspensão; b) cor real - é a cor da amostra da qual se removeu as substâncias em suspensão, causadoras de turbidez; c) unidade de cor - é dada por 1 mg de platina na forma de cloro platinado, dissolvido em 1000 mL de água destilada, na presença de cobalto em quantidade adequada para comparação com águas nativas. 11.3.3 - COLETA DE AMOSTRAS a) as amostras podem ser coletadas em frasco de vidro ou de plástico com volume suficiente para 200 mL; b) as amostras coletadas, mas não analisadas imediatamente, deverão ser preservadas até 24 horas em recipiente com temperatura de 4 ºC, evitando incidência de luz; 11.3.4 - RESULTADOS A cor é expressa por: m g Pt /L = C.F onde: C = leitura de cor da amostra F= fator de diluição = volume da amostra diluída 11.4 - Medida do pH de uma Água Existem dois métodos para determinação do pH o potenciométrico e o colorimétrico OBJETIVOS: Através de conhecimento do potencial hidrogeniônico de uma água, permite-se controlar a: - corrosão; - quantidade de alúmens necessária a coagulação; - proliferação de pequenos seres animais e vegetais; - capacidade do tanque de coagulação. MATERIAL NECESSÁRIO USANDO O MÉTODO POTENCIOMÉTRICO - potenciometro completo; - béqueres; - pisseta lavadora; - papel de filtro; - solução tampões de pH = 4,0 e pH = 7,0; - amostra. Para determinar o pH da amostra faz-se antes a calibração do equipamento e em seguido a medida do pH da amostra. 11.5 - DEMANDA DE CLORO DE UM ÁGUA OBJETIVO Calcular a quantidade de cloro necessário para desinfectar quimicamente uma água. MATERIAIS NECESSÁRIOS 70
  71. 71. - conta-gotas; - vidros de 1 litro, de boca larga, com marca aos 200 mL; - bastão de vidro; - termômetro de haste. REAGENTES - HIPOCLORITO DE CÁLCIO OU SÓDIO. EXECUÇÃO - faz-se inicialmente uma solução de Hipoclorito com 4 g/L de cloro ativo; - enche até a marca de 200 mL, dez vidros de boca larga, com água de amostra e sob agitação coloca-se 1 gota no primeiro, 2 gotas no segundo e assim sucessivamente de modo que no 10 o receba 10 gotas; - Dessa forma o primeiro vidro recebe 1 p.p.m de cloro ativo e o 10o 10 p.p.m; - Deixa em repouso durante 30 minutos e em seguida determina em cada vidro o teor de cloro residual; - A demanda de cloro corresponde à diferença entre o cloro adicionado e o que restou (cloro residual). 11.6 - DETERMINAÇÃO DO CLORO RESIDUAL Os métodos mais conhecido para determinação do cloro residual são: método do iodo e o colorimétrico. OBJETIVO Conhecer o teor de cloro ativo que permanece após a cloração da água, a 20C. Pelo método colorimétrico de disco completo e o reagente orto-tolidina. 11.7 - DETERMINAÇÃO DE CLORETOS OBJETIVO A determinação do teor de Cloreto em uma água permite-se obter informações sobre o seu grau de mineralização ou indícios de poluição. 11.8 - ACIDEZ TOTAL EM ÁGUAS OBJETIVO Permitir conhecer e corrigir adequadamente a acidez nas águas devido ao CO 2 , ácidos minerais e sais hidrolizados. 11.9 - DETERMINAÇÃO DA MATÉRIA ORGÂNICA Método do permanganato (oxigênio consumido) Objetivo - Identificar a demanda química de oxigênio, em razão do teor de matéria orgânica existente nas águas, informativo do seu grau de poluição. 11.10 - DETERMINAÇÃO DO NITROGÊNIO AMONIACAL 71

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