Aula 06 - Tecnicas de tratamento - parte 2 - 01.09

Tratamento de
Água e Efluentes
2º. Sem./2010
Eng.Ambiental

Programa

I UNIDADE
 Introdução – Histórico – Panorama
 Caracterização das Águas e Esgotos
 Princípios Químicos, Físicos e Biológicos do TA
 Interpretação de Análises e Elaboração de Laudos
 Considerações Projetos e Técnicas de Tratamento
 Tecnologia para Tratamento de Água
 Parâmetros de controle de qualidade de Água
 Legislação Aplicada e Padrões

2

Nesta Aula Veremos ...

 Mini Seminário – Redução no Custo e Perdas
da ETA de Salinas-BA, após mudança do
ponto de Captação.
 Coagulação
 Floculação
 Sedimentação
 Arranjos de ETA (clarificação)
 Estudo de Caso – Avaliação da eficiência do
Sulfato Férrico em diferentes temperaturas

Técnicas de
Tratamento

Clarificação

Esquema Convencional
Produtos
Aerador Químicos

Rio ou
lago
Sedimentador

Capitação Reator de
mistura Floculador

Químicos controle Lodo
de pH e fluoretação Agente
oxidante
Poço Filtro
areia
Reservatório
Agua Tratada

Câmara desinfecção

Técnicas de Tratamento

Principais Efeitos
Parâmetro Processos
Aeração Sedimen- Filtração Coagula- Correção Desinfec-
tação lenta ção e dureza e ção
filtração filtração
rápida rápida
Bactérias 0 ++ ++++ ++++ (7) +++ (9) ++++
Cor 0 0 ++ ++++ ++++ 0 (10)
Turbidez 0 +++ ++++ (6) ++++ +++++ 0
Odor/Sabor ++++ (1) + +++ ++ ++ ++++ (11)(12)
Dureza + 0 0 -- ++++ 0
Corrosão +++ (2) 0 0 - - (8) variável 0
- - - (3)
Fe e Mn +++ (4) + (5) ++++ (5) ++++ (5) ++ 0 (10)
+ Efeito favorável
- Efeito adverso 6


Principais Efeitos

Legenda
(1) Exceção para os sabores devido a clorofenóis
(2) Pela remoção de CO2
(3) Com adição de oxigênio
(4) Aeração seguida de uma unidade separadora para deposição
(5) Após a aeração
(6) Sujam-se ou entopem muito depressa
(7) Um pouco irregularmente
(8) A coagulação com sulfato de alumínio libera CO2
(9) Tratamento com cal em excesso
(10) Pode remover Fe e ter efeito sobre a cor
(11) Supercloração seguida de descloração
(12) cloração normal

7


Sólidos – por tamanho
Removidos por
Removidos por sedimentação
processos de simples e
Removidos por clarificação e partículas + finas
processos filtração complementação
especiais com filtração

8


Mistura Rápida

Solvente

Colóide Coagulante

9

Agente oxidante
Agente oxidante

Alcalinizante
coagulante

polímero
captação coagulação floculação sedimentação

polímero
Agente oxidante

Correção pH Fluoretação Desinfecção Filtração

Agente oxidante
Alcalinizante

Flúor

Água final

10

Alcalinizante
coagulante

Mistura rápida


Água final

11


Mistura Rápida

Finalidade de
promover a
dispersão do
coagulante de
forma homogênea
e mais rápida
possível

Mistura Rápida

12


Tipos Coagulantes

Coagulante / Floculante Função
Sulfato de Alumínio - Cátions polivalentes (Al3+, Fe3+, Fe2+,etc)
Al2(SO4)3 neutralizam as cargas elétricas das
Cloreto férrico – FeCl3 partículas suspensas e os hidróxidos
metálicos (ex.: Al2(OH)3), ao adsorverem os
Sulfato férrico – FeSO4 particulados, geram uma floculação parcial.
Policloreto de alumínio (PAC)
Ca(OH)2 - Hidróxido de Cálcio Utilizados como agente controlador do pH.
Porém, os íons cálcio atuam também como
agentes de neutralização das cargas
elétricas superficiais, funcionando como um
coagulante inorgânico.


Tipos Coagulantes
Coagulante (Auxiliares) Função
Polímeros Aniônicos e Geração de “pontes” entre as partículas já
Não-Iônicos coaguladas e a cadeia do polímero, gerando flocos
de maior diâmetro
Polímeros Catiônicos Neutralização das cargas elétricas superficiais que
envolvem os sólidos suspensos e incremento do
tamanho dos flocos formados (via formação de
pontes). Usualmente utilizado no tratamento de
lamas orgânicas.
Policátions São polieletrólitos catiônicos de baixo peso
molecular, os quais possuem como função
principal a neutralização das cargas elétricas
superficiais e aumento do tamanho dos flocos.
Utilizados em substituição ao floculantes
inorgânicos convencionais.


Coagulantes - Dosagens

Sulfato de alumínio (liq. ou sol.) 5 a 100 mg/L
Dosagem de

Cloreto férrico (sol.) 5 a 70 mg/L
Coagulante

Sulfato férrico (sol.) 8 a 80 mg/L

Coagulante orgânico catiônico (sol. 1 a 4 mg/L
ou liq.)
Cloreto de Polialumínio (sol. ou liq.) -

 O uso do sulfato de alumínio como coagulante irá aumentar o
nível de sulfato, porém não excederá o padrão de potabilidade
(250 mg/L)


Coagulantes - pH

 Para um produto ser empregado como coagulante é
necessário que reaja com álcalis produzindo
precipitados floculentos.

Coagulante Faixa de pH
Sulfato de alumínio 5,0 - 8,0
Sulfato Ferroso 8,5 - 11,0
Sulfato Férrico 5,0 - 11,0
Cloreto Férrico 5,0 - 11,0
Sulfato Ferroso Clorado > 4,0
Aluminato de Sódio e Sulfato de Alumínio 6,0 - 8,5
16


Alcalinizantes

 Normalmente são empregados para conferir
alcalinidade a água para promover uma boa
floculação ou para correção de pH.

Alcalinizantes Fórmula

Óxido de cálcio (Cal Virgem) CaO

Hidróxido de cálcio (Cal Hidratada) Ca(OH)2

Carbonato de Sódio (Barrilha) Na2CO3

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Coagulação - Alumínio

18


Coagulação - Ferro

19


Clarificação

 Coagulação (mistura rápida)
 Floculação (floculadores)
 Sedimentação (decantadores)

20

polímero
Alcalinizante
coagulante


Mistura rápida


 Processo de Clarificação
Água final

21


Clarificação

Alcalinizante
coagulante
CASA DE
QUÍMICA

ÁGUA BRUTA

MISTURA RÁPIDA

FLOCULAÇÃO

DECANTAÇÃO

22


Coagulação e floculação

 Coagulação (o que é ?): operação unitária
responsável pela desestabilização das partículas
coloidais em um sistema aquoso, preparando-as
para a sua remoção nas etapas subsequentes do
processo de tratamento.
 Para que serve ? finalidade de 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
23



 Onde ? Câmara de Mistura e Floculadores
 Como ? adicionando-se a água bruta uma
substância química especial, denominada
coagulante que reagindo com a alcalinidade da
água, forma, dentre outros , produto insolúvel
destinado a remover as impurezas responsáveis
pela Cor, Turbidez, bem como bactérias, vírus e
outros elementos considerados indesejáveis
 Esses aglomerados gelatinosos por sua vez
se reúnem formando flocos.
24



 Fatores que influenciam a coagulação:
 Espécie de coagulante, quantidade de coagulante
 Características químicas da água.
 Tempo de mistura rápida e lenta
 Temperatura
 Agitação
 Presença de núcleos
 Dosagem ótima coagulante / alcalinizante
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 Produtos auxiliares de coagulação:
 Carvão ativado: remover gosto/odor (M.O.)
 Betonita: adicionado ao sulfato de alumínio
 Ácido sulfúrico: auxiliar coagulação para águas
de cor e pH elevados
 Sílica ativada: aumenta eficiência coagulação,
formando flocos maiores
 Polieletrólitos: usado com coagulantes metálicos
para reduzir a dosagem (coagulantes), com o
aumento da densidade e do tamanho dos flocos.
26



 Floculação: tem com objetivo formar flocos ou
um ajuntamento de partículas, semelhantes a um
feixe de partículas fibrosas e porosas.
 Quando ? A etapa da aglomeração das partículas
é feita após a coagulação na fase de mistura rápida.
O normal da floculação é ser feita em 10 a 15
minutos com agitação moderada.

28


 Mistura rápida: é a que permite a dispersão dos
produtos químicos em proporção uniforme e
constante, de maneira rápida em pontos de
turbulência: calha Parshall ou vertedores.
 Mistura lenta: é o processo onde as partículas em
estado de equilíbrio se movimentam atraídas entre si
para formar o floco, geralmente em câmaras,
chamadas de floculadores, que podem ser:
 mecanizados (eixo vertical e horizontal)
 não mecanizados (chicanas com fluxo horizontal
ou vertical) 30


Floculação

 Tipos de Floculadores
 mecanizados (eixo vertical e horizontal)
 não mecanizados (chicanas com fluxo
horizontal ou vertical

31


Clarificação

Sistemas de decantação

Sistemas de floculação

32


Clarificação

Sistema de floculação

Sistemas de decantação

33

Sistema de floculação - Mecanizada

Floculação

34


Floculação

Sistema de floculação - Mecanizada
35

Sistema de floculação – Não
Mecanizada (Fluxo horizontal)

36

Sistema de floculação – Não
Mecanizada (Fluxo vertical)

37


Floculadores (Tipos)

38



39



40



41


Jar Test
 Como saber a dosagem ideal de coagulante e
alcalinizante ?
 O Teste de Jarros ou Jar Test.
 Jar Test - três etapas do processo:
 dispersão rápida do coagulante (coagulação),
 floculação
 e decantação.
 A quantidade exata de coagulante a ser aplicado e o
pH ótimo para que ocorra o processo será determinada
pela adição de quantidades crescentes do coagulante
num pH pré-determinado. (pH – 5,0 a 8,0)
42


Jar Test


Jar Test (Procedimento)

 1. Coloca-se amostra da água bruta 1 (um) litro, em cada
copo do Jar Test. Mede-se o pH desta água bruta com o
medidor de pH.
 2. Nos copos são mergulhadas as palhetas do agitador,
as quais são colocadas a girar em baixa velocidade, para
manter a suspensão em condições equilibradas.
 3. Em seguida, sob agitação vigorosa (0,9 m/s) durante
01 minuto, deverá ser adicionados os produtos
coagulantes (e corretivo de pH) simultaneamente (etapa
de geração dos núcleos de flocos). (literatura – quadro de
dosagem/turbidez)



 Quadro de dosagem/turbidez

45



 4. Terminado o período de agitação rápida, diminui-se a
agitação para 0,3 m/s, deixando nesta faixa por 15-20
minutos, para favorecer o crescimento dos flocos.
 5. Terminados este tempo, desliga-se o aparelho e
aguarda-se por 8 a 10 minutos; tempo necessário para
que a maior parte dos flocos formados possam decantar.
 6. Verifica-se então em que copo com quantidade de
coagulante produziu boa decantação, ou seja, onde a água
se apresenta mais clarificada. A dose de coagulante usada
neste copo é a que deverá ser empregada para o
tratamento da água.


Jar Test (Resultado)

Antes e após do jar teste


Dosagem Coagulante

• Preparação da solução de coagulante (tina):
• Após determinar a concentração ótima do
coagulante no Jar Test, prepara-se esta solução na
tina de dosagem:
• Exemplo: Volume da tina = 5 m3 e 100 kg de sulfato
de alumínio dissolvido, qual a Conc. (g/l) ?
• C = coagulante (g) = 100.000 g = 20.000 g/m3 = 20 g/l
• volume tina (m3) 5 m3


Dosagem Coagulante

100 kg de
sulfato
dissolvido

C = m/V
Vazão da
solução
Volume coagulante ?
tina = 5 m3

C = 20.000
g/m3 ou 20 g/l


Dosagem Coagulante

• Após 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.
• Exemplo: Vamos admitir que no ensaio de
coagulação a dosagem ótima foi de 10 mg/L e a
vazão da água bruta é de 90 m3/hora


Dosagem Coagulante

d – dosagem ideal - Jar 100 kg de
test (ex.: 10 mg/l ou g/m3) sulfato
dissolvido

C = m/V
Q - Vazão de
água bruta
conhecida
Volume
(ex.: 90 m3/h)
tina = 5 m3
q - Vazão da
solução
C = 20.000 coagulante
g/m3 ou 20 g/l (l/h) ?


Dosagem Coagulante

• Cálculo da vazão da solução de sulfato a ser
aplicada:
• C (conc. sulfato tina) = 20 g/l
• d = dosagem ótima (Jar Test) – mg/l ou g/m3
• Q = vazão da água bruta – m3/h
• q = vazão da solução de coagulante adicionado
• q = Q x d = 90 (m3/h).10 (g/m3) = 45 l/h
• C 20 (g/l)


Produtos Químicos

53


Decantação
 O que é ? 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.
 Como ? se consegue tornando as águas
tranquilas, reduzindo a velocidade a ponto de
causar a deposição destas partículas em
determinado tempo
 Aonde ? num tanque com inclinação no fundo e
dispositivo de entrada e de saída da água.


Decantação - Controle

 Controle da decantação: para oferecer ao filtro
água de boa qualidade, elevando assim a vida útil
do filtro, deve-se verificar os seguintes itens de
controle.
 cor da água – na saída do decantador deverá
estar entre 5,0 a 10,0 UC
 turbidez – remover 90%
 oxigênio consumido – redução superior a 50%.


Decantação - Mecanismo

 Mecanismos da Decantação: uma partícula é
acionada por:
 Força horizontal – velocidade da água
 Força vertical – peso, ação da gravidade
DECANTADOR
Turbilhonamento
F.h ascensão
decantação

F.v
repouso

A partícula avança e desce simultaneamente.


Decantadores - Zonas
 Zona de turbilhonamento: é a parte de entrada da água
onde as partículas estão em turbulência.
 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.
 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.


Decantação - Parâmetros

 Tempo de detenção (t): é o tempo que a água
permanece no decantador.
t=C/Q
 Onde: t = tempo de detenção (h)
 C = capacidade do decantador (m3)
 Q = vazão (m3/h)
 o tempo detenção corresponde ao necessário para
encher o decantador com a vazão Q.


Decantadores - Tipos

 Tipos: retangulares (os mais comuns), circulares,
trapezoidais, de placas paralelas (fluxo laminar);
estes dois últimos são mais modernos e de
menores dimensões.

Corte longitudinal de um Corte longitudinal de um
decantador convencional decantador paralelo


 Decantadores convencionais (condições
operacionais):
 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);



 Decantador Convencional:



 Decantador de placas paralelas (fluxo laminar) :
 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.



 Decantador de fluxo laminar (placas paralelas):


Arranjos - Clarificação

 Mistura rápida
 Coagulação
 Floculação
 Sedimentação

CASA DE
QUÍMICA

Canal de água coagulada

68



 Mistura rápida Canal de água coagulada CASA DE
QUÍMICA
 Coagulação
 Floculação
 Sedimentação
69



Canal de água coagulada

 Mistura rápida CASA DE

 Coagulação QUÍMICA

 Floculação
 Sedimentação
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Arranjo - Clarificação

 Regra Geral: quanto mais próximo a câmara de
mistura rápida estiver dos tanques de floculação,
maior eficiência
 Motivo: nos canais inicia-se uma floculação a
gradientes baixos, formando flocos fracos que
serão rompidos em decorrência dos gradientes
mais elevados no início dos tanques de floculação.
 ABNT – percurso (canal) max. 60 seg. Se houver
sistema agitação (canal) pode aumentar max. 3 min
71


Estudo de Caso

 Mini Seminário – Avaliação da eficiência do
Sulfato Férrico em diferentes temperaturas

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Onde Estudar a Aula de Hoje

Nos Livros
• Azevedo Netto, José & Richter, Carlos –
Tratamento de Água – Tecnologia Atualizada – Ed.
Blücher ( Cap. 2, 4 e 5)
• Mierzwa, José Carlos & Hespanhol, Ivanildo –
Água na Industria – Uso Racional e Reuso – Ed.
Oficina de Textos (Cap. 4 – Técnicas de
Tratamento de Água)

Aula 06 - Tecnicas de tratamento - parte 2 - 01.09

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