aula 06 - tecnicas de tratamento - parte 2 - 01.09

Tratamento de

Água e Efluentes

2º. Sem./2010

Eng.Ambiental

Programa

2

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

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

Produtos

Químicos

Reator de

mistura

Poço

Capitação

Aerador

Sedimentador

Floculador

Câmara desinfecção

Reservatório

Agua Tratada

Químicos controle

de pH e fluoretação Agente

oxidante

Lodo

Rio ou

lago

Filtro

areia

Esquema Convencional

6

Técnicas de Tratamento

Principais Efeitos

Parâmetro Processos

Aeração Sedimen-

tação

Filtração

lenta

Coagula-

ção e

filtração

rápida

Correção

dureza e

filtração

rápida

Desinfec-

ção

Bactérias 0 ++ ++++ ++++ (7) +++ (9) ++++

Cor 0 0 ++ ++++ ++++ 0 (10)

Turbidez 0 +++ ++++ (6) ++++ +++++ 0

Odor/Sabor ++++ (1) + +++ ++ ++ ++++ (11)(12)

Dureza + 0 0 - - ++++ 0

Corrosão +++ (2)

- - - (3)

0 0 - - (8) variável 0

Fe e Mn +++ (4) + (5) ++++ (5) ++++ (5) ++ 0 (10)

+ Efeito favorável

- Efeito adverso

7


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

8


Sólidos – por tamanho

Removidos por processos especiais

Removidos por sedimentação

simples e partículas + finas complementação

com filtração

Removidos por processos de clarificação e

filtração

9

Solvente

Coagulante Colóide


Mistura Rápida

10

captação coagulação floculação sedimentação

Filtração Desinfecção Fluoretação Correção pH

Água final

Ag

en

te o

xid

an

te

co

ag

ula

nte

Alc

alin

izan

te

Ag

en

te o

xid

an

te

po

lím

ero

polímero

Agente oxidante

Ag

en

te o

xid

an

te

Flú

or

Alc

alin

izan

te

11



Água final

co

ag

ula

nte

Alc

alin

izan

te

Mistura rápida

12


Mistura Rápida

Mistura Rápida

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

Coagulante / Floculante Função

Sulfato de Alumínio -

Al2(SO4)3

Cátions polivalentes (Al3+, Fe3+, Fe2+,etc)

neutralizam as cargas elétricas das

partículas suspensas e os hidróxidos

metálicos (ex.: Al2(OH)3), ao adsorverem os

particulados, geram uma floculação parcial.

Cloreto férrico – FeCl3

Sulfato férrico – FeSO4

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

Não-Iônicos

Geração de “pontes” entre as partículas já

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.


Tipos Coagulantes

Do

sa

ge

m d

e

Co

ag

ula

nte

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

Cloreto férrico (sol.) 5 a 70 mg/L

Sulfato férrico (sol.) 8 a 80 mg/L

Coagulante orgânico catiônico (sol. ou liq.)

1 a 4 mg/L

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 - Dosagens

16


Coagulantes - pH

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

Para um produto ser empregado como coagulante é

necessário que reaja com álcalis produzindo

precipitados floculentos.

17

Alcalinizantes Fórmula

Óxido de cálcio (Cal Virgem) CaO

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

Carbonato de Sódio (Barrilha) Na2CO3


Alcalinizantes

Normalmente são empregados para conferir

alcalinidade a água para promover uma boa

floculação ou para correção de pH.

18


Coagulação - Alumínio

19


Coagulação - Ferro

20


Clarificação

Coagulação (mistura rápida)

Floculação (floculadores)

Sedimentação (decantadores)

21



Água final

co

ag

ula

nte

Alc

alin

izan

te

po

lím

ero

Processo de Clarificação

Mistura rápida

22


Clarificação

co

ag

ula

nte

Alc

alin

izan

te

CASA DE

QUÍMICA

ÁGUA BRUTA

FLOCULAÇÃO

DECANTAÇÃO

MISTURA RÁPIDA

23


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

24



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.

25



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.

28



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.

30



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)

31


Floculação

Tipos de Floculadores

mecanizados (eixo vertical e horizontal)

não mecanizados (chicanas com fluxo

horizontal ou vertical

32

Sistemas de floculação


Clarificação

Sistemas de decantação

33

Sistema de floculação


Clarificação

Sistemas de decantação

34


Floculação

Sistema de floculação - Mecanizada

35


Floculação

Sistema de floculação - Mecanizada

36

Sistema de floculação – Não Mecanizada (Fluxo horizontal)

37

Sistema de floculação – Não Mecanizada (Fluxo vertical)

38


Floculadores (Tipos)

39



40



41



42


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)


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)

45



Quadro de dosagem/turbidez



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.

Antes e após do jar teste


Jar Test (Resultado)

• 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


Dosagem Coagulante

100 kg de

sulfato

dissolvido

Volume

tina = 5 m3

C = m/V

C = 20.000

g/m3 ou 20 g/l

Vazão da

solução

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


Dosagem Coagulante

100 kg de

sulfato

dissolvido

Volume

tina = 5 m3

C = m/V

C = 20.000

g/m3 ou 20 g/l

q - Vazão da

solução

coagulante

(l/h) ?

Q - Vazão de

água bruta

conhecida

(ex.: 90 m3/h)

d – dosagem ideal - Jar

test (ex.: 10 mg/l ou g/m3)

• 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)


Dosagem Coagulante

53


Produtos Químicos

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 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 - Controle

Mecanismos da Decantação: uma partícula é

acionada por:

Força horizontal – velocidade da água

Força vertical – peso, ação da gravidade


Decantação - Mecanismo

F.v

F.h

A partícula avança e desce simultaneamente.

DECANTADOR

Turbilhonamento

decantação

ascensão

repouso


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

decantador convencional

Corte longitudinal de um

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):

68


Arranjos - Clarificação

Mistura rápida

Coagulação

Floculação

Sedimentação

Canal de água coagulada

CASA DE

QUÍMICA

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Ca

na

l de

ág

ua

co

ag

ula

da

CASA DE

QUÍMICA Mistura rápida

Coagulação

Floculação

Sedimentação

70



Canal de água coagulada

CASA DE

QUÍMICA

Mistura rápida

Coagulação

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

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Estudo de Caso

Mini Seminário – Avaliação da eficiência do

Sulfato Férrico em diferentes temperaturas

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)

Contato

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