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Centro estadual de educação profissional de curitiba Curso Seqüencial de Química Industrial

PROF. GIOVANI

TRATAMENTO DE ÁGUA E ESGOTO

2007

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Tratamento de Água e Esgoto

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Tratamento de Esgoto ..................................................................................................................... 1 Autodepuração................................................................................................................................ 1

Balanço do oxigênio dissolvido................................................................................................... 2 Eutrofização................................................................................................................................ 3 Matéria Orgânica......................................................................................................................... 4

Demanda Bioquímica de Oxigênio .......................................................................................... 4 Demanda Química de Oxigênio (DQO) ................................................................................... 5

Nitrogênio e Fósforo ................................................................................................................... 5 Critério de escolha do tratamento ................................................................................................ 6 Tratamento Preliminar................................................................................................................. 7 Medição de Vazão....................................................................................................................... 7 Tanques de Equalização .............................................................................................................. 7 Resfriamento............................................................................................................................... 8 Correção de pH ........................................................................................................................... 8 Remoção de substâncias tóxicas .................................................................................................. 9 Oxidação de sulfetos ................................................................................................................... 9

Redução do Cromo Hexavalente.............................................................................................. 9 Oxidação de Cianetos.............................................................................................................. 9 Outros metais ........................................................................................................................ 10

Decantadores............................................................................................................................. 10 Flotação .................................................................................................................................... 11

Retenção de Óleos e Gorduras............................................................................................... 11 Tratamento Biológico................................................................................................................ 11

Lagoas Facultativas ............................................................................................................... 12 Lodos Ativados ..................................................................................................................... 13 Filtros Biológicos .................................................................................................................. 14 Reatores Anaeróbios.............................................................................................................. 14 Disposição no solo ................................................................................................................ 15

Introdução aos POAs................................................................................................................. 16 Correção de Nutrientes.............................................................................................................. 17 Remoção de Nitrogênio e Fósforo ............................................................................................. 17 Tratamento e Disposição do lodo .............................................................................................. 18 Quantidade de lodo gerado nos processos de tratamento de esgotos........................................... 18

Etapas do tratamento do lodo ........................................................................................................ 19 ADENSAMENTO DO LODO .................................................................................................. 19 Estabilização ................................................................................................................................ i Condicionamento ...................................................................................................................... 20 Desidratação ............................................................................................................................. 20 Higienização ................................................................................................................................ i Disposição Final........................................................................................................................ 22

Tratamento de Efluente e Lodo ..................................................................................................... 22 Tratamento de Água...................................................................................................................... 24 Análises Laboratoriais................................................................................................................... 24

Amostragem.............................................................................................................................. 24 Classificações da água............................................................................................................... 24 Parâmetros de Análise ............................................................................................................... 25

Turbidez.............................................................................................................................. 25 Condutividade........................................................................................................................... 26 Substâncias Químicas Presentes na Água. ................................................................................. 26 Microbiologia............................................................................................................................ 26

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Tratamento de Água e Esgoto

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Acidez e Alcalinidade ............................................................................................................... 27 Cloro Residual .......................................................................................................................... 28 Águas de Abastecimento Urbano............................................................................................... 28

Coagulação............................................................................................................................ 28 Tabela 8 – Faixa de pH recomendado para coagulantes ........................................................................ 29

Jar test....................................................................................................................................... 29 Dosadores ................................................................................................................................. 30 Floculação................................................................................................................................. 31 Decantação................................................................................................................................ 31

Flocodecantação.................................................................................................................... 32 Filtração ................................................................................................................................ 33 Desinfecção........................................................................................................................... 34 Cloração................................................................................................................................ 34 Fluoretação............................................................................................................................ 36 Correção de pH ..................................................................................................................... 36

Remoção de Sólidos em Suspensão e Sais ................................................................................. 37 Osmose Reversa .................................................................................................................... 37

Resinas...................................................................................................................................... 37 Remoção de Ferro ..................................................................................................................... 38

Carvão Ativado ........................................................................................................................ i Carvão Ativado ......................................................................................................................... 38 Águas de Caldeira ..................................................................................................................... 38

Corrosão em Caldeiras .......................................................................................................... 39 Dureza................................................................................................................................... 39 Produtos Utilizados nas águas de caldeiras ............................................................................ 41

Torre de Resfriamento............................................................................................................... 42 1.Contaminações Microbiológicas......................................................................................... 42 2.Controle da Incrustação ...................................................................................................... 43 3. Controle da Corrosão......................................................................................................... 43

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Tratamento de Água e Esgoto

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Tratamento de Esgoto A quantidade de água disponível para uso é menor que 1%, sendo que para consumo humano

destes 1% apenas 8% é usado, já que a agricultura corresponde a 69% e os outros 23% se dão pelo uso na indústria.

A utilização da água pela indústria pode ocorrer de diversas formas, como a incorporação ao produto, lavagens de máquinas, tubulações e pisos, águas de resfriamento e geração de vapor, esgotos sanitários dos funcionários. Exceto pelos volumes de águas incorporados aos produtos e pelas perdas por evaporação, as águas tornam-se contaminadas por resíduos do processo industrial, originando os efluentes líquidos.

Os efluentes líquidos ao serem despejados com os seus poluentes característicos causam a alteração de qualidade nos corpos receptores e conseqüente a sua poluição (degradação). Historicamente o desenvolvimento urbano e industrial ocorreu ao longo dos rios devido à disponibilidade de água para abastecimento e a possibilidade de utilizar o rio como corpo receptor de dos dejetos. O fato preocupante é o aumento tanto das populações quanto das atividades industriais e o número de vezes que um mesmo rio recebe dejetos urbanos e industriais, a seguir servindo como manancial para a próxima cidade ribeirinha, além de diminuírem a quantidade de água disponível para consumo.

A contaminação se dá não apenas pelos rios, mas pelas águas subterrâneas, córregos e oceanos, sendo os principias agentes de contaminação as indústrias, a agricultura e até mesmos os acidentes de transporte (óleos, matérias orgânicos voláteis e sintéticos).Outro tipo de contaminação é aquela gerada por gases como CO2, NOx, SOx, pois podem produzir ácidos inorgânicos, como H2CO3, HNO3, H2SO4, pois toda chuva por si só já é acida e nesta combinação produz, estes ácidos, acelerando corrosões, e interferência no meio aquático, como aa destruição do material calcáreo em meios marinhos. Deve-se ter em mente que as atividades humanas, colaboram em muito do aumento da formação de furacões, inundações, etc.

A poluição hídrica pode ser definida como qualquer alteração física, química ou biológica da qualidade de um corpo hídrico, capaz de ultrapassar os padrões estabelecidos para a classe, conforme o seu uso preponderante. A poluição origina-se devido a perdas de energia, produtos e matérias primas, ou seja devido a ineficiência dos processos industriais, devendo se evitar perdas, realização de manutenções periódicas, programas de reuso de água e utilização de tecnologias mais eficientes.

Conceitos Fundamentais

-Efluente ou Esgoto: despejos, tratados ou não, de origem agrícola, industrial ou doméstica, lançados no ambiente. -Contaminação: introdução de substâncias nocivas no meio, como por exemplo, organismos patogênicos e metais pesados. -Esgoto bruto: Esgoto não tratado. -Esgoto tratado: Esgoto após a etapa de tratamento. Corpo receptor: corpo d’água que recebe o lançamento de esgotos brutos ou tratados. - Substância biodegradáveis: Aquelas que pela ação de microorganismos, que liberam enzimas, provocando a quebra destas substâncias.Geralmente são de baixo peso molecular. -Substâncias não-biodegradáveis: Substâncias de alto peso molecular, ou de estrutura estável como os anéis dos agrotóxicos, que não possibilitam a sua destruição por microorganismos. -Substâncias tóxicas: Substâncias que destroem os microorganismos, como os halogenados -Substancia Recalcitrantes: Substâncias que quando quebradas geram substâncias tóxicas, dificultando a degradabilidade da substância. -Degradação: Quebra de uma estrutura pela ação de microorganismos, que quando não é completa, gera subprodutos. -Mineralização: É a degradação completa, ou seja, a matéria que era toda biodegradável, foi convertida em CO2 e água (processo aeróbio) ou CH4, CO2 (processo anaeróbio), sem gerar subprodutos.

Autodepuração A introdução de matéria orgânica em um corpo d’água resulta indiretamente, no consumo de

oxigênio dissolvido. Tal se deve aos processos de estabilização da matéria orgânica realizados pelas bactérias decompositoras, as quais utilizam o oxigênio disponível no meio líquido para a sua respiração. A importância da compreensão deste fenômeno no contexto da área de tratamento de esgotos relaciona-se à

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determinação da qualidade permitida para o efluente a ser lançado, incluindo o nível de tratamento necessário e a eficiência a ser atingida na remoção da DBO.

O fenômeno da autodepuração está vinculado ao restabelecimento do equilíbrio no meio aquático, por mecanismos essencialmente naturais, após as alterações induzidas pelos despejos afluentes. Deve-se considerar que uma água esteja depurada quando as suas características não mais sejam conflitantes com a sua utilização prevista em cada trecho do curso d’água. É de grande importância o conhecimento do fenômeno de autodepuração e da sua quantificação, tendo em vista os seguintes objetivos: Utilizar a capacidade de assimilação dos rios, sem apresentar problemas do ponto de vista ambiental; Impedir o lançamento de despejos acima do que possa suportar o corpo d’água.

Balanço do oxigênio dissolvido As águas constituem ambientes bastante pobres em oxigênio, em virtude da baixa solubilidade

deste. Enquanto no ar a sua concentração é da ordem de 270 mg/L, na água nas condições normais a sua concentração é de aproximadamente 9 mg/L. Desta forma, qualquer consumo em maior quantidade traz sensíveis repercussões quanto ao teor de oxigênio dissolvido na massa líquida. Quando a taxa de consumo é superior à taxa de produção, a concentração de oxigênio tende a decrescer. Tabela 1 Entradas e Saídas de oxigênio no meio aquático

1. → Um esgoto é lançado com uma vazão de 0,114 m3/s com uma concentração de 341 mg/L, em uma área de drenagem a montante do ponto de lançamento de 355 km2, com descarga de curso d’água de 245 km2. O curso d’água é classificado como de Classe 2, com velocidade de 0,35 m/s e uma distância de percurso de 50 km. Nestas situações a concentração de oxigênio dissolvido no rio é de 7,5 mg/L na saturação, e que as condições de processo levam a 90 % de oxigênio referente a saturação. Os valores do coeficiente de oxigenação e desoxigenação são respectivamente 0,48 d-1 e 2,49 d-1. Adote como relação entre a DBO no 5º dia em relação a da ultima como de 1,10. Determine:

a) A vazão do rio e do esgoto. b) Oxigênio dissolvido no rio e no esgoto. c) A DBO no rio e no esgoto. d) O tempo de percurso.

Oxidação da Matéria Orgânica

Representa um dos maiores consumos, pois se dá pela quebra da matéria orgânica por bactérias que utilizam o oxigênio na respiração com o intuito de converter a matéria orgânica na formação de compostos simples e inertes, além da geração de mais bactérias.

Demanda Bentônica

Consumo do oxigênio da matéria orgânica que sedimentou, na camada superior, uma vez que na camada de lodo a estabilização é feita de modo anaeróbio. Aumentos de vazão/velocidade da água revolvem o lodo do fundo possibilitando a reintrodução do mesmo no meio aquático.

Con

sum

o de

Oxi

gêni

o

Nitrificação Amônia pode ser convertidas em nitritos e após em nitratos, ocorrendo no entanto um consumo do oxigênio, como forma de obtenção de energia, para as bactérias.

Reaeração Atmosférica

Representa uma das maiores fontes de introdução de oxigênio.Corresponde a entrada de oxigênio do ar no meio líquido, podendo ser esta entrada lenta como nos lagos ou rápida nos rios de baixa profundidade em que ocorre agitação e melhor distribuição do oxigênio.

Prod

ução

de

Oxi

gêni

o Fotossíntese As plantas convertem em presença de luz, a água e o gás carbônico, em o oxigênio e também por este processo o seu próprio alimento (matéria orgânica). Esta ação se torna complicada em locais turvos pois a ausência de luz impossibilita a ocorrência de fotossíntese.

Figura 1 Representação do Balanço de Oxigênio

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e) A concentração da mistura de Oxigênio, o Déficit de oxigênio e a concentração última. f) O tempo, a distância e a concentração crítica. x = coeficiente de oxigenação – coeficiente de desoxigenação.

⋅−⋅⋅=

oxigenação de ecoeficientDBO

x Oxigênio de 1

çãodesoxigena de ecoeficient

oxigenação de ecoeficient ln

x

1 tc

u

deficit

Eutrofização O nitrogênio é um componente de grande importância em termos da geração e do próprio controle

da poluição das águas uma vez que ele é indispensável para o crescimento de algas, podendo por isso, em certas condições conduzir a fenômenos denominados de eutrofização de lagos e represas, que causam interferência nos usos desejáveis do corpo d’água, além de consumir o oxigênio dissolvido no corpo d’água receptor, uma vez que no processo de conversão da amônia a nitrito e este a nitrato, a reação ocorre por oxidação.

Várias são as causas que podem levar ao excesso de nutrientes aos corpos d’água, entre eles está a agricultura, uma vez que agricultores, visando garantir uma produção elevada, adicionam quantidades elevadas de N e P, freqüentemente superiores à própria capacidade de assimilação dos vegetais. Assim, os nutrientes, já adicionados em excesso, tendem a escoar superficialmente pelo terreno, até atingir, eventualmente, o lago ou represa. Já a ocupação humana favorece e em muito, uma vez que ao liberar os seus esgotos, estes contém nitrogênio e fósforo, presentes nas fezes e urina, nos restos de alimentos, nos detergentes e nos variados processos industriais.

Com a elevação de N e P ao lago ou represa, ocorrerá uma elevação nas populações de algas e outras plantas – denominado floração das águas, que em períodos de insolação, as algas poderão atingir superpopulações, constituindo uma camada superficial similar a um caldo verde, de modo a impedir a penetração dos raios do sol a camadas inferiores do corpo d’água, causando a morte das algas situadas nestas regiões.

Entre os efeitos indesejáveis da eutrofização estão os problemas estéticos e recreacionais - uma vez que serão freqüentes as florações da água, distúrbios com mosquitos e insetos, eventuais maus odores; Condições anaeróbias no fundo do corpo d’água devido à sedimentação da matéria orgânica e também do corpo d’água como um todo; eventuais mortandade de peixes e modificação na qualidade e quantidade de peixes de valor comercial; maior dificuldade e elevação nos custos de tratamento de água residencial e industrial – devido a remoção da alga e de suas toxinas, de cor, sabor e odor da água, com conseqüente maior consumo de produtos químicos e dificuldade de operação de filtros; redução na navegação e capacidade de transporte e desaparecimento gradual do lago como um todo, tornando o lago cada vez mais raso.

2. Estimar o grau de trofia em um reservatório com base na concentração de fósforo e a carga máxima

admissível para evitar eutrofização. O volume do reservatório é de 50.106 m3/ano.Sabe-se que o esgoto doméstico tem uma contribuição de 8000 habitantes e que cada habitante por ano gera 1 kg de fósforo em média. Os demais setores como áreas industriais e agrícola contribuem com 1900 kg/ano. Se a estimativa da concentração de fósforo é dado pela equação a seguir:

+⋅

⋅=

t

2

1V

1000L P

t

onde P = concentração de fósforo , t = tempo de detenção, L = vazão em kg/ano.

/determine a vazão para que a concentração de fósforo seja menor que 50 mg/m3P. Legislação:

As exigências de tratamento de efluentes devem ser estabelecidas pelo órgão governamental responsável pelo controle ambiental – IAP/PR, existindo parâmetros estabelecidos pelo governo Federal e Estadual, que detém o poder de classificação do ambiente receptor dos despejos, pela análise chega-se à conclusão do grau de tratamento necessário. A disposição de efluentes em corpos receptores obedece ao CONAMA (Conselho Nacional de Meio

Ambiente), sendo um de seus precursores o CONAMA 20/86, e que atualmente consta de atualizações pelo

CONAMA 357/05.

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3. Uma industria após passar pelo tratamento em sua ETE apresentou uma concentração de DBO igual a 400 mg/L e OD = 0, para uma vazão de 400 L/h, este efluente é lançado em um rio que apresenta uma DBO de 2 mg/L e OD igual a 6 mg/L, em uma vazão de 20 m3/h. de posse destas informações calcule a DBO e o OD desta mistura, e verifique se esta mistura atende ao padrões do CONAMA 357/05 para um rio de classe II. Prediga o que ocorrerá ao longo do trajeto do rio.

Resposta: 9,80 mg/L DBO.; 5,88 mg/L OD. 4. Calcule a % de remoção que uma estação de tratamento de esgoto deve efetuar para que após o

lançamento de seu esgoto tratado, a DBO do rio misturado ao esgoto deve ser igual a 5 mg/L. Se a DBO antes da estação de tratamento era de 7000 mg/L, e a vazão de saída do esgoto tratado é de 5 L/h. Considere que a concentração de DBO do rio antes do despejo de esgoto, era de 2 mg/L em uma vazão média de 2000 L/h.

Resposta: 82,8% de remoção.

Matéria Orgânica A matéria orgânica presente nos esgotos é uma característica de primordial importância, sendo a

causadora do principal problema de poluição da águas: o consumo de oxigênio dissolvido pelos microorganismos nos seus processos metabólicos de utilização e estabilização da matéria orgânica. As substâncias orgânicas presentes nos esgotos são constituídas principalmente por (Pessoa e Jordão 1982):

Compostos de proteínas (25% a 50%); Carboidratos (25% a 50%); gordura e óleos (~10%) e uréia, surfactantes, fenóis, pesticidas e outros (menor quantidade).

A matéria orgânica carbonácea (baseada no carbono orgânico) presente nos esgotos afluentes a uma estação de tratamento divide-se nas seguintes frações: Classificação quanto à forma e tamanho Classificação quanto à biodegradabilidade

⇒ Em suspensão (particulada) ⇒ Dissolvida (solúvel)

⇒ Inerte ⇒ Biodegradável

Para se determinar a matéria orgânica costuma-se usar os seguintes métodos:

Demanda Bioquímica de Oxigênio O principal efeito ecológico da poluição orgânica em um curso d’água é o decréscimo dos teores de

oxigênio dissolvido. Da mesma forma, no tratamento de esgotos por processos aeróbios, é fundamental o adequado fornecimento de oxigênio para que os microorganismos possam realizar os processos metabólicos conduzindo à estabilização da matéria orgânica. Assim, surgiu a idéia de se medir a “força” de poluição de um determinado despejo pelo consumo de oxigênio que ele traria, ou seja, uma quantificação indireta da potencialidade da geração de um impacto, e não a medição direta do impacto em si. A solução encontrada foi a de se medir em laboratório o consumo de oxigênio que um volume padronizado de esgoto ou outro líquido exerce em um período de tempo pré-fixado. Foi, assim, introduzido o importante conceito da Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO). A DBO retrata a quantidade de oxigênio requerida para estabilizar, através de processos bioquímicos, a matéria orgânica carbonácea. É uma indicação indireta, portanto, do carbono orgânico biodegradável. A estabilização completa demora, em termos práticos, vários dias (cerca de 20 dias ou mais para esgotos domésticos). Tal corresponde à Demanda Última de Oxigênio (DBOu).Entretanto, para evitar que o teste de laboratório fosse sujeito a uma grande demora, e para permitir a comparação de diversos resultados, foram efetuados algumas padronizações: - Convencionou-se proceder à análise no 5º dia. - Determinou-se que o teste fosse efetuado à temperatura de 20ºC, já que a temperaturas diferentes interferem no metabolismo bacteriano.

Tem-se desta forma, a DBO padrão, expressa por DBO520. Simplificadamente, o teste da DBO pode

ser entendido da seguinte maneira: no dia da coleta, determina-se a concentração de oxigênio dissolvido (OD) da amostra. Cinco dias após, com a amostra mantida em um frasco fechado e incubada a 20ºC, determina-se a nova concentração, já reduzida, devido ao consumo de oxigênio durante o período. A diferença entre o teor de OD no dia zero e no dia 5 representa o oxigênio consumido para a oxidação da matéria orgânica, sendo portanto, a DBO5. Exemplo

No caso dos esgotos, alguns aspectos de ordem prática fazem com que o teste sofra algumas adaptações. Os esgotos, possuindo uma grande concentração de matéria orgânica, consomem rapidamente (bem antes de 5 dias) todo o oxigênio dissolvido no meio líquido. Assim, é necessário efetuar-se diluições para reduzir a concentração da matéria orgânica, possibilitando a que o consumo de oxigênio a 5 dias seja numericamente inferior ao oxigênio disponível na amostra. Os esgotos domésticos possuem uma DBO da ordem de 300 mg/L, ou seja, 1L de esgoto consome aproximadamente 300 mg de oxigênio,

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em 5 dias, no processo de estabilização da matéria orgânica carbonácea. Vários autores adotam de maneira geral, a relação DBOu/DBO5 igual a 1,46. Assim para um esgoto doméstico até o vigésimo dia, onde se acredita estar completamente estabilizada a matéria orgânica, o consumo de oxigênio será de 438 mg/L, justificando assim um baixo consumo de oxigênio após o quinto dia.

Algumas desvantagens aparecem no teste da DBO como a não adaptabilidade dos microorganismos responsáveis pela decomposição, como a presença de metais que pode levar a extinção ou inibição dos microorganismos, além de que a presença de amônia, leva ao consumo de oxigênio pelos microorganismos para promover a nitrificação.

Apesar das desvantagens citadas, o teste da DBO continua a ter extensiva utilização, pois: - os critérios de dimensionamento das unidades de tratamento são mais freqüentemente expressos em termos da DBO; - A legislação para lançamento de efluentes e, em decorrência, a avaliação do cumprimento aos padrões de lançamento, é normalmente expressos em termos da DBO;

Demanda Química de Oxigênio (DQO) O teste da DQO mede o consumo de oxigênio ocorrido durante a oxidação química da matéria

orgânica, sendo portanto uma indicação indireta do teor de matéria orgânica presente. A diferença da DBO em relação a DQO está no fato de a DBO estar relacionada a uma oxidação bioquímica da matéria orgânica, realizada inteiramente por microorganismos, já a DQO está relacionada a oxidação química da matéria orgânica, obtida através de um forte oxidante (dicromato de potássio) em meio ácido. Vantagens Desvantagens - o teste gasta apenas de 2 a 3 horas para ser realizado; - o resultado do teste dá uma indicação do oxigênio requerido para a estabilização da matéria orgânica; - o teste não é afetado pela nitrificação, dando uma indicação da oxidação apenas da matéria orgânica carbonácea (e não da nitrogenada).

- no teste da DQO são oxidadas, tanto a fração biodegradável, quanto a fração inerte do despejo. O teste superestima, portanto o oxigênio a ser consumido no tratamento biológico dos despejos; - o teste não fornece informações sobre a taxa de consumo da matéria orgânica ao longo do tempo;

Para esgotos domésticos brutos, a relação DQO/DBO5 varia em torno de 1,7 a 2,4. Para esgotos industriais, no entanto, essa relação pode variar amplamente. Esta relação auxilia na análise da biodegradabilidade do esgoto pois: Relação DQO/DBO5 baixa: Relação DQO/DBO5 alta: - A fração biodegradável é elevada, sendo provável a indicação para tratamento biológico

- a fração inerte (não biodegradável) é alta; - se a fração não biodegradável não for importante em termos da poluição do corpo receptor é possível indicação para tratamento biológico, já para o caso inverso de ser importante em termos da poluição o tratamento indicado é o físico-químico.

Nitrogênio e Fósforo No meio aquático o nitrogênio e o fósforo podem ser encontrado nas seguintes formas: Nitrogênio Total O nitrogênio total inclui o nitrogênio orgânico , amônia, nitrito e nitrato. É um

nutriente indispensável para o desenvolvimento dos microorganismos no tratamento biológico. O nitrogênio orgânico e a amônia compreendem o denominado Nitrogênio Total Kjeldahl (NTK).

Nitrogênio Orgânico Nitrogênio na forma de proteínas, aminoácidos e uréia, podendo estar dissolvido e em suspensão.

Amônia – livre (NH3) ou inonizada (NH4

+) Produzida como primeiro estágio da decomposição do nitrogênio orgânico, sendo diretamente tóxico aos peixes, quando na forma livre.

Nitrito (NO2-) Estágio intermediário da oxidação da amônia. Praticamente ausente no esgoto

bruto. Nitrato (NO3

-) Produto final da oxidação da amônia. Praticamente ausente no esgoto bruto. Podem estar associados á doenças como a metahemoglobinemia.

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Fósforo O fósforo total existe na forma orgânica e inorgânica. É um nutriente indispensável no tratamento biológico.

Fósforo orgânico

Combinado à matéria orgânica. Águas residuárias industriais e lodos oriundos de tratamento de esgoto.

Fósforo inorgânico

Ortofosfato (dependendo do pH: PO43-,

HPO42-, H2PO4

-, H3PO4) e polifosfato (quando em solução aquosa são revertidos lentamente a ortofosfato).

Esgotos domésticos, principalmente detergentes e degradação da matéria orgânica, fertilizantes e despejos industriais.

Em um curso d’água, a determinação da forma predominante do nitrogênio pode fornecer

informações sobre o estágio da poluição eventualmente ocasionada por algum lançamento de esgotos a montante. Se esta poluição é recente, o nitrogênio estará basicamente na forma de nitrogênio orgânico ou amônia e, se antiga na forma de nitrato (as concentrações de nitrito são normalmente mais reduzidas). Efluentes sem tratamento de nitrificação são característicos pela presença de amônia, já os que apresentam tratamento são caracterizados pela presença de nitrtatos. Equivalente Populacional: Equivalência entre o potencial poluidor de uma indústria (em termos de matéria orgânica) e uma determinada população, a qual produz essa mesma carga poluidora. 1 habitante gera em 1 dia 54g de DBO.

5. Os habitantes de uma comunidade geram uma contribuição per capta de DBO de 54 g/hab.dia e uma contribuição de esgotos de 180 L/hab.dia. Calcular a concentração de DBO nos esgotos.

Resposta: 300 mg/L. 6. Calcular o equivalente populacional de uma indústria que possui os seguintes dados:Vazão 120

m3/d Concentração de DBO = 200 mg/L. Resposta: 445 pessoas.

Critério de escolha do tratamento As águas residuárias podem ter predominância orgânica (esgotos sanitários, industrias de

bebidas e alimentos), predominânica inorgânica (galvanoplastia, minerações), ou orgânicas contendo tóxicos (papel e celulose, farmacêutica, petroquímica). As primeira apresentam processos irrestritamente biológicos, as segundas prefirivelmente físico-químico e as terceiras biológicos porém com eliminação de tóxicos (antes do biológico) ou uso de culturas adaptadas.

Um critério numérico, pode ser usado de maneira mais simples para empregar este tipo de classificação: 1. Quanto aos sólidos: A relação entre sólidos voláteis (SV) e sólidos totais (ST) indica a porcentagem

de material orgânico nos sólidos totais, assim se essa relação for baixa (menor que 0,5) os processos biológicos não são recomendáveis.

2. Natureza da biodegradabilidade orgânica: A relação DBO/DQO informa a biodegradabilidade da fração orgânica presente nas águas residuárias. Assim nas três situações abaixo se têm:

• DBO/DQO > 0,6: Procesos biológicos aplicáveis, pois é considerado que a matéria orgânica seja biodegradável.

• DBO/DQO entre 0,3 e 0,6: Processo biológicos aplicáveis, porém é possível que as águas residuárias devam passar por tratamento prévio para correção de suas características ou remoção de inibidores.

• DBO/DQO <0,3: A matéria orgânica presente é resistente a degradação biológica, ou há presença de inibidores. O mais conveniente é o uso de processos físico-químicos.

7. Determnar o tratamento mais indicado a partir dos dados abaixo:

DBO (mg/L) DQO (mg/L) Sólidos fixos(g/L) Sólidos Voláteis (g/L) a) 600 800 1,60 2,35 b) 5000 18000 12,36 3,92 c) 4200 8100 4,56 5,02

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Calha Parshall

Tratamento Preliminar Destinam-se à remoção de sólidos grosseiros, areia, óleos, metais e outros. Á remoção é de ordem

física como a sedimentação, peneiramento e precipitação. As principais finalidades se devem: à proteção dos dispositivos de transporte dos esgotos (tubulações e bombas); proteção das unidades de tratamentos subseqüentes e proteção dos corpos receptores.

A remoção dos sólidos grosseiros é feita freqüentemente por meio de grades, mas pode usar também peneiras rotativas ou trituradores. No gradeamento, o material de dimensões maiores do que o espaçamento entre as barras é retido. Estas grades podem ser grossas, médias e finas, dependendo do espaço livre entre as barras, podendo ser manual ou mecanizado a remoção do material retido.

As peneiras removem sólidos grosseiros suspensos das águas residuárias com granulometria superior a 0,25 mm. Nas peneiras estáticas, o efluente flui na parte superior, desce pela tela e cai pela malhas para dentro, onde é recolhido e direcionado para unidades subseqüentes, enquanto os sólidos grosseiros deslizam na tela inclinada, sendo empurrados pelo próprio líquido, e são recolhidos na parte inferior. Muito empregadas em indústrias de celulose e papel, têxtil (remoção de fibras e fios), frigoríficos, curtumos, fecularias, fabricas de sucos, como também de sólidos suspensos de esgoto sanitário. Já as rotativas o efluente passa por um defletor, alcança a peneira na parte superior, atravessa as fendas sendo recolhido na caixa inferior. Os sólidos são removidos por uma lâmina raspadora.

A remoção da areia contida nos esgotos é feita através de desarenadores, onde a areia é simplesmente sedimentada, devido às suas maiores dimensões e densidade, indo para o fundo do tanque, enquanto que a matéria orgânica, sendo de sedimentação mais lenta, permanece em suspensão, seguindo para as unidades seguintes.

Medição de Vazão Para que sejam dosados corretamente os produtos químicos de uma estação de tratamento de

água é necessário saber o volume de água que entra e sai de uma Estação de Tratamento. A vazão (Q) é definida como:

vAt

V Q ⋅==

onde V é o volume de água, t é o tempo, A é área da seção e v é a velocidade de escoamento.

Usualmente esta é constituída por uma calha de dimensões padronizadas, como a calha de Parshall, onde o valor medido do nível do líquido pode ser correlacionado com a vazão, através de altura da lâmina d’água, e que ajustada a alguma equação específica do medidor, fornece o valor da vazão. Pode-se adotar também vertedores (retangulares ou triangulares).

Tanques de Equalização Tem como principal finalidade regular a vazão que deve ser

constante nas unidades subseqüentes. É praticamente impossível operar a estação sem ter a vazão regularizada, pois variações bruscas impossibilitam o funcionamento de tanques de correção de pH, floculadores e decantadores, provocando também cargas de choque em tanques de aeração de lodos ativados.Além de regular as vazões, o tanque de equalização tem também a finalidade de homogenizar o efluente, tornando uniformes: pH, temperatura, turbidez, sólidos, DBO, DQO, cor, etc.

Figura 4 Calha Parshall

Figura 2Grade Figura 3Caixa de Areia

Figura 5Tanque de Equalização

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Figura 7 Adição de cal em cascata Figura 6 Controle e dosagem de pH

O formato do tanque é de seção quadrada, podendo fazer a agitação através de um aerador de superfície flutuante, ou uso de mixers (sistemas anaeróbios) ou aeração com bolhas de ar em tratamentos físico-químicos. A altura geralmente é em torno de 3 a 5 metros.

Resfriamento Águas aquecidas despejadas em rios ou mares, diminuem a quantidade de oxigênio dissolvido, com

isso há diminuição do tempo de vida de algumas espécies, além de alterar o ciclo de reprodução, provoca além de um aumento da libeação de gás carbônico e potencializa a ação nociva dos poluentes, tanto pelo aumento da solubilidade, como da velocidade de reação

Despejos muito quentes, como os provenientes da indústria têxtil, devem reduzidos a valores ótimos para não prejudicar a floculação ou a solubilização do oxigênio em tanques de aeração de lodos ativados. A legislação federal limita que a temperatura máxima de despejo seja de 40ºC. a redução pode ser feita nos tanques de equalização através do contato com a atmosfera ou pelo uso de aeradores nos tanques de equalização, que reduzem em média 10ºC a temperatura.

Correção de pH A necessidade de correção de pH do efluente decorre de vários fatos, entre eles a coagulação exigir

valor ótimo, quando ocorre formação dos flocos. Por isso é importante ensaios de floculação, visando eliminar este valor. Nos sistemas aeróbios, a faixa de pH situa-se entre 6,5 e 8,5 para o crescimento normal dos microorganismos. Nos sistemas anaeróbios, devido a maior sensibilidade das bactérias metanogênicas as variações de pH, a faixa ideal é mais estreita, entre 6,3 e 7,8.

No caso de efluentes alcalinos, como os das indústrias têxteis, o ácido sulfúrico é um acidificante muito utilizado porém seu manuseio merece cuidados: recipientes e equipamentos devem ser resistentes á corrosão e recomenda-se só utilizá-lo diluído (diluir o ácido na água, pois o contrário, poderia respingar ácido no operador). Atualmente vem se difundido muito o uso de gás carbônico para correção de pH de efluentes alcalinos, quanto á manipulação do produto e a corrosão de equipamentos.

Por outro lado se o efluente for ácido, a correção poderá ser feita com alcalinizantes: soda cáustica, carbonato de sódio, amoníaco ou a cal que é o produto mais utilizado (devido ao custo). No caso de águas residuárias muito ácidas (pH abaixo de 3) é recomendado a correção com cal em duas ou mais etapas, onde a primeira faz-se uma correção grosseira e na segunda corrige-se até um o ponto onde o pH pretendido.

A neutralização de efluentes pode ser conseguida também pela reunião de despejos ácidos e alcalinos gerados na própria indústria (é o caso dos efluentes de galvanoplastia, em que se reúnem os despejos alcalinos do tanque de oxidação de cianetos e os ácidos do tanque de redução do cromo). A correção de pH deverá ser realizada em tanques especiais e não no tanque de equalização ou de mistura rápida. É mais prático e econômico uniformizar primeiramente no tanque de equalização e corrigi-lo posteriormente no tanque de correção de pH, para atender á faixa ideal de coagulação. Reações: Ajuste de pH de efluentes ácidos Ajuste de pH de efluentes alcalinos Ca(OH)2 + H2SO4 → CaSO4 + 2 H2O CaCO3 + 2 HCl → CaCl2 + H2O NaOH + HNO3→ NaNO3+ H2O

H2SO4 + Ca(HCO3) → CaSO4 +2 CO2 + 2 H2O

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8. Determine a quantidade de hidróxido de sódio (0,01 N – fc= 0,9871) em L a ser adicionado a um

efluente que apresenta um pH igual a 4,9 (7000 L) devendo ser atingido o pH = 7. Para preparar este volume de soda necessário, determine também a massa a ser comprada de hidróxido de sódio comercial, considerando que a pureza é de 90% do material.

Resposta:8,9 L; 9. Determine as dimensões de um tanque de correção de pH onde a vazão a ser regulada é de 50

m3/h, sendo utilizado ácido sulfúrico e agitação mecanizada. Considere que o tanque será quadrado e a altura será 1,2 vezes o comprimento do tanque. O tempo de detenção adotado é de 15 minutos.

Resposta: 2,18m x 2,18 m x 2,62 m.

Remoção de substâncias tóxicas

Oxidação de sulfetos Sulfetos são comumente encontrados em despejos provenientes de curtumes, devido a utilização

de sulfeto de sódio e cal para desprender pelos e outras partículas fibrosas da pele. Os sulfetos são tóxicos, corrosivos e causam sérios problemas de odores, sendo que sua toxicidade aumenta diminuindo o pH. Nas estações de tratamento de efluentes, impedem a floculação e devem ser removidos antes do sistema biológico, pois devido a sua ação redutora diminuem o oxigênio dissolvido.

A oxidação de sulfeto a tiossulfato é efetuada através da introdução de ar em banhos residuais separados, onde poderá ser utilizado sal de manganês como catalisador. A oxidação também pode ser realizada através de oxidantes como cloro, água oxigenada, permanganato de potássio, sendo o custo o inconveniente para o uso.

Para cada kg de Sulfeto usa-se 1 kg de O2, 0,15 kg de Mn2+ ou 100 mg/l de Mn2+ e o tempo de reação fica entre 8 e 10 horas. Sem a utilização de catalisador o tempo de reação fica entre 20 e 24 horas.

Reação: -232

Mn2

-2 OS O S2

→++

Redução do Cromo Hexavalente O cromo hexavalente é comumente encontrado em efluentes de galvanoplastia, corantes, etc. os

efluentes ácidos, contendo cromo hexavalente, são reduzidos a trivalente (menos tóxico) com a adição de bissulfito de sódio, ou metabissulfito de sódio em pH situado entre 2,5 e 3,0 com o uso de ácido sulfúrico. A relação entre as quantidades de bissulfito de sódio e cromo hexavalente é de 5,36 kg de bissulfito para 1kg de cromo. O tempo de remoção é de 10 minutos. Em pH abaixo de 2,5 a reação é bem mais rápida, tornando-se instantânea quando for igual a 2. Reações: 2 H2Cr2O7 + 3 Na2S2O5 + 3 H2SO4 → 2Cr2(SO4)3+ 3Na2SO4 + 5H2O Cr2(SO4)3 + 3Ca(OH)2→ 2Cr(OH)3 + 3CaSO4 – formação do hidróxido.

O cromo trivalente, resultante da redução do cromo hexavalente, poderá ser precipitado com cal ou hidróxido de sódio num pH entre 8 e 9.

Oxidação de Cianetos Os cianetos alcalinos são oxidados por cloração com cloro livre ou com solução de hipoclorito de

sódio, transformando-se em cianato. O cianeto é pelo menos cerca de mil vezes mais tóxico que o cianato. O tanque deverá ficar sob agitação constante e o tempo de reação até CO2 e N2 é de 60 minutos. O pH deverá ser mantido acima de 10, com adição de cal, soda ou hidróxido de sódio. Os cianetos são comumente encontrados em efluentes de galvanoplastia. Quando adicionados na água, dissocia-se formando íons muito tóxicos. A toxidez aumenta com a elevação da temperatura e abaixamento do pH. Num pH abaixo de 8, o ácido cianídrico (HCN) se ioniza muito pouco, ou seja, a concentração do íon cianeto é baixa e de HCN é alta. Deve-se evitar, o máximo possível, pH abaixo de 10, evitando assim a formação de ácido cianídrico que são bastante tóxicos e até mesmo letais.

As dosagens de alcalinizantes ou de acidificantes são comandadas pelos aparelhos que controlam o pH, enquanto as dosagens de oxidantes ou de redutores são comandadas pelos aparelhos que controlam o potencial de oxi-redução (POR).

Reações: formação do cianato : NaCN + 2 NaOH + Cl2 → NaCNO + 2 NaCl + H2O - tempo de detenção do tanque entre 20 a 40 minutos e mantido o pH acima de 10, ideal 12.

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Formação de N2 e CO2 2 NaCNO + 4 NaOH + 3Cl2 → 6 NaCl + 2 CO2+ N2 + 2H2O - tempo de detenção de 40 a 50 minutos e o pH deverá ser rebaixado para 8 ou 8,5).

Para cada kg de cianeto presente no efluente deve-se usar 3,2 kg de Cl2 e 3,8 kg de NaOH para a reação até cianato e 8 kg de Cl2 e 7,3 kg de NaOH para a reação até CO2 e N2. No caso de usar hipoclorito, deve-se levar em conta a quantidade de cloro, geralmente 10% em volume.

10. Determinar a quantidade de solução a 10% de hipoclorito de sódio necessário para oxidar os

cianetos dos efluentes de uma galvanoplastia, com vazão média de 10 m3/h, funcionando 8 horas por dia. Através da análise, constatou-se concentração de 30 mg/L de cianeto no efluente, pretendo-se oxidar até cianato. Considere que para cada kg de cianeto seja necessário empregar 32 L de uma solução a 10% de hipoclorito de sódio.

Outros metais Metais pesados como cobre, chumbo, níquel, ferro, zinco, etc. encontrados nos efluentes industriais,

devem ser removidos antes do tratamento biológico, objetivando evitar a inibição dos microorganismos responsáveis pela oxidação da matéria orgânica ou antes do lançamento em corpos d’água. Estes metais precipitam-se sob a forma de hidróxidos (insolúveis) ou carbonatos, sendo removidos juntamente com o lodo em decantadores. No caso de galvanoplastia, após a reunião dos despejos dos tanques de oxidação de cianeto, e redução do cromo, e dos demais despejos isentos de cromo e cianeto, para neutralização, aplica-se coagulantes para remover sólidos coloidais em suspensão juntamente com os metais em um decantador, sendo o lodo removido, desidratado em filtro-prensa e a torta destinada adequadamente como resíduo de classe I. Zinco pode ser removido com boa eficiência com cal, numa faixa de pH entre 8 e 9 e o níquel numa faixa de pH entre 8 e 10.

Decantadores Após a remoção dos sólidos grosseiros, os

esgotos contém ainda os sólidos em suspensão não grosseiros, os quais podem ser parcialmente removidos em unidades de sedimentação. Uma parte significativa destes sólidos em suspensão é compreendida pela matéria orgânica em suspensão. Assim, a sua remoção por processos simples como a sedimentação implica na redução da carga de DBO dirigida ao tratamento biológico, onde sua remoção é de certa forma mais custosa.

Tabela 2 Classificação dos sólidos

Os tanques de decantação podem ser circulares ou retangulares. Os esgotos fluem vagarosamente através dos decantadores, permitindo a que os sólidos em suspensão possuindo uma densidade maior do que a do líquido circundante, sedimentem gradualmente no fundo. Essa massa de sólidos é denominada lodo primário bruto e é retirada por meio de raspadores mecânicos e bombas em tanques maiores.

Sólidos Totais Orgânicos e inorgânicos; suspensos e dissolvidos; sedimentáveis. Em suspensão Fração dos sólidos orgânicos e inorgânicos que não são filtráveis (não dissolvidos). Dissolvidos Fração dos sólidos orgânicos e inorgânicos que são filtráveis. Normalmente considerados com dimensões menores que 10-3

Fixos: Componentes minerais, não incineráveis, inertes, dos sólidos em suspensão e dissolvidos Voláteis Componentes orgânicos dos sólidos em suspensão e dissolvidos.

Sedimentáveis Fração dos sólidos orgânicos e inorgânicos que sedimenta em 1 hora no cone Imhoff. Indicação aproximada da sedimentação de um tanque de decantação.

Figura 8 Tratamento de Efluente em Galvânica

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Flotação

Para separar materiais de peso específico maior que a água ou remover óleos emulsionados, é necessário insuflar ar comprimido cujas bolhas arrastam para a superfície líquida, sólidos e líquidos de difícil separação, que são removidos por um sistema mecânico de superfície, enquanto o efluente clarificado fica nas camadas mais baixas do tanque onde é removido. Coagulantes muitas vezes são adicionados para aumentar a eficiência do tratamento.

Em relação a sedimentação, a flotação apresenta as vantagens: lodos mais concentrados, remoção de sólidos de difícil sedimentação, ocupação de menor área e volume. O tempo de detenção no tanque varia de 10 a 30 minutos. O sistema se emprega muito bem em águas residuarias de curtumes, refino de óleo, lavanderias, recuperação de lanolina, matadouros, celulose e papel, mineração, etc.

Retenção de Óleos e Gorduras As caixas retentoras de óleos e gorduras são destinadas a reter gorduras e materiais que flotam

naturalmente como no tratamento preliminar de águas residuárias provenientes de curtumes, laticínios, matadouros (em matadouros e curtumes, estas gorduras recuperadas têm valor comercial), e os óleos provenientes da lavagem e lubrificação de veículos, oficinas mecânicas (na separação do óleo é comum também separar a areia arrastada pela lavagem de veículos). O princípio da separação se dá pela diferença de densidade entre a gordura e/ou o óleo e a água, uma vez que o óleo e a gordura por serem menos densos que a água, tendem a flotar, permanecendo na superfície líquida.

A caixa deve ser construída de forma que o líquido tenha permanência tranqüila durante o tempo em que as partículas, a serem removidas, percorram entre 3 e 5 minutos, se a temperatura do líquido se encontrar abaixo de 25ºC, acima desta temperatura, o tempo é maior. O formato da caixa deverá ser retangular, possuindo duas ou mais cortinas, uma próxima á entrada para evitar a turbulência do líquido e a outra próxima á saída. Em um dos lados da caixa deverá ter uma calha para remoção da gordura.

Os óleos podem ser solúveis ou insolúveis em água. Os óleos solúveis são mais difíceis de serem removidos, sendo necessário diminuir a solubilidade. Os meios fortemente ácidos ou fortemente alcalinos diminuem a solubilidade, sendo neste caso utilizados ácido ou álcalis e também dispersante. Coagulantes são também utilizados para separação de óleos solúveis juntamente com o lodo, enquanto que o óleo insolúvel permanece na superfície e por isso facilmente ele é removido pela superfície.

Muitas vezes óleos são emulsificados exigindo neste caso a quebra da emulsão como: repouso da emulsão, aumento da temperatura, ajuste de pH (destruição do colóide), centrifugação e flotação.

Tratamento Biológico O principal objetivo do tratamento biológico é a remoção da matéria orgânica, efetuada por reações

bioquímica, realizada por microorganismos (bactérias, protozoários e fungos). A matéria orgânica se apresenta nas seguintes formas:

⇒ Matéria orgânica dissolvida (DBO solúvel), a qual não é removida por processos meramente físicos, como o de sedimentação.

⇒ Matéria orgânica em suspensão (DBO suspensa ou particulada), a qual é em grande parte removida na decantação, mas cujos sólidos de decantabilidade mais lenta persistem na massa líquida.

Figura 9 - Flotador

Figura 10 - Remoção de óleos insolúveis

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A base de todo o processo biológico é o contato efetivo entre esses organismos e o material orgânico contido nos esgotos, de tal forma que esse possa ser utilizado como alimento pelos microorganismos. Os microorganismos convertem a matéria orgânica em gás carbônico, água e material celular (crescimento e reprodução dos microorganismos). Essa decomposição biológica do material orgânico requer a presença de oxigênio como componente fundamental dos processos aeróbios, além da manutenção de outras condições ambientais favoráveis,como temperatura, pH, tempo de contanto, etc.

As bactérias são aeróbias, onde o processo necessita de oxigênio para efetuar a degradação, anaeróbia onde não há presença alguma de oxigênio, bactérias anóxicas, que são aquelas, onde o oxigênio não é consumo como O2, mas com o uso de NO3

-, sendo o receptor de elétrons.O processo de degradação é semelhante ao processo enzimático-fermentativo que ocorre no nosso organismo (ex. saliva que por hidrólise quebra a molécula por ação enzimática).

A seleção de microorganismos, faz com que aumente a degradação no tratamento biológico, ou seja uma melhora na eficiência do processo.

Na decantação ocorre a remoção de sólidos em suspensão, ao passo que bactérias removem sólidos dissolvidos.

Reação Bactérias + Matéria Orgânica → Bactérias + Água + Gás Carbônico

Como os carboidratos são formados de carbono, hirogênio e oxigênio, não sendo, assim, de fácil decomposição microbiana, necessitando da adição de uma fonte de nitrogênio e fósforo, para que o metabolismo celular se realize sem dificuldades. Os esgotos sanitários e os fertilizantes podem suprir esta necessidade. Devido à baixa solubilidade das gorduras em água, sua degradação por microorganismos se processa de forma lenta. No caso da celulose, exige-se um tempo muito longo para que sua decomposição se realize devido a sua alta resistência à degradação.

É importante destacar que bactérias não degradam macromoléculas, estas são degradas por fungos, uma vez que conseguem produzir enzimas que auxiliam na quebra dessa matéria orgânica.

Os compostos orgânicos voláteis (benzeno, tolueno, xileno, clorofórmio, tetracloreto de carbono, tricloroeteno, etc) são responsáveis pela emissão de odores desagradáveis característicos, provenientes de despejos industriais, podendo conforme sua concentração causar também inibição da atividade bacteriana devido à sua toxicidade.

Qualquer alteração de pH, temperatura ou outros interferentes, provocam problemas no tratamento biológico, as vezes leva-se 6 meses para acertar novamente um tratamento.

Sistemas em que se repõe cepas freqüentemente, são sistemas problemáticos, neste caso deve-se reavaliar o processo, para detectar problemas existentes.

Lagoas Facultativas Lagoas de estabilização são unidades construídas com a finalidade de tratar os esgotos. Estas

unidades são as de construção e operação mais simples, baseando-se principalmente em movimento de terra e escavação e preparação dos taludes e dependentes de fenômenos puramente naturais e não de equipamentos, o que leva a degradação da matéria orgânica a se processar a taxas lentas.

O esgoto afluente entra em uma extremidade da lagoa e sai na extremidade oposta. Ao longo desse percurso, que é superior a 20 dias, uma série de eventos contribui para a purificação dos esgotos. A matéria orgânica em suspensão (DBO particulada) tende a sedimentar, vindo a constituir o lodo de fundo. Este lodo sofre o processo de decomposição por microorganismos anaeróbios, sendo convertido em gás carbônico, água e metano. Apenas a fração inerte (não biodegradável) permanece na camada de fundo. A matéria orgânica dissolvida (DBO solúvel), conjuntamente com a matéria orgânica em suspensão de pequenas dimensões (DBO finamente particulada) não sedimenta, permanecendo dispersa na massa líquida. A sua decomposição se dá através de bactérias facultativas, que têm a capacidade de sobreviver tanto na presença quanto na ausência de oxigênio. Essas bactérias utilizam-se da matéria orgânica como fonte de energia, alcançada através da respiração. Na respiração aeróbia, há a finalidade da presença de oxigênio, o qual é suprido ao meio pela fotossíntese realizada pelas algas. Para um melhor aproveitamento da luz pelas algas, há uma necessidade de uma grande área requerida por estas lagoas.

Como a fotossíntese precisa de sol, é necessário que o local tenha elevada radiação solar e baixa nebulosidade. Durante a noite o processo de fotossíntese não ocorre da mesma forma que quando se aprofunda a lagoa menor a penetração de luz e ocorrendo maior consumo de oxigênio (respiração),

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chegando em certos pontos a obter a ausência do mesmo. Por estes dois fatos é que as bactérias responsáveis pela estabilização da matéria orgânica devem ser facultativas, para sobreviver e proliferar tanto na presença como na ausência de oxigênio.

Por ficar longo tempo nestas lagoas a matéria orgânica é praticamente toda estabilizada, e tendo também como característica a remoção de lodo em longos períodos de anos (superior a 5 anos).

As lagoas de menor profundidade, permitem uma elevada mortandade de patogênicos devido as condições ambientais desfavoráveis e a penetração da radiação solar ultra-violeta.

Figura 11- Representação de lagoas facultativas e seu funcionamento

Lodos Ativados Ao se analisar os sistemas de lagoas descritos no item precedente, tornou-se evidente que uma

redução no volume requerido pode ser alcançada por meio do aumento da concentração da biomassa em suspensão no meio líquido. Quanto mais bactérias houver em suspensão maior será a avidez por alimento, ou seja, maior será a assimilação da matéria orgânica presente no esgoto bruto. Dentro deste conceito, observa-se que há um “reservatório” de bactérias, ainda ativas e ávidas, na unidade de decantação. Caso parte destas bactérias seja retornada á unidade de aeração, a concentração de bactérias nesta unidade será grandemente aumentada. Este é o princípio básico do sistema de lodos ativados, em que os sólidos são recirculados do fundo da unidade de decantação, por meio de bombeamento, para a unidade de aeração. As seguintes unidades são, portanto, essenciais no tratamento de lodos ativados (fluxo do líquido): tanque de aeração (reator), tanque de decantação e a elevatória de recirculação de lodo.

A biomassa consegue ser separada no decantador devido à sua propriedade de flocular. Tal se deve ao fato de as bactérias possuírem uma matriz gelatinosa, que permite a aglutinação das bactérias. O floco possui maiores dimensões, o que facilita a sedimentação.O tempo de detenção do líquido é bem baixo, da ordem de 6 a 8 horas no sistema de lodos ativados, implicando em que o volume do tanque seja bem reduzido. No entanto, devido á recirculação dos sólidos, estes permanecem no sistema por um tempo superior ao do líquido. O tempo de retenção dos sólidos no sistema é denominado idade do lodo, sendo da ordem de 4 a 10 dias. É esta permanência dos sólidos no sistema que garante a elevada eficiência dos lodos ativados, já que a biomassa tem tempo suficiente para metabolizar praticamente toda a matéria orgânica.

Esse sistema utiliza 2/3 da energia produzida no processo de quebra da matéria orgânica pra a Reprodução.Os outros 1/3 são usados para a destruição da Matéria Orgânica.

No tanque de aeração, devido à entrada contínua de alimento, na forma de DBO dos esgotos, as bactérias crescem e se reproduzem continuamente. Caso fosse permitido que a população de bactérias crescesse indefinidamente, elas tenderiam a atingir concentrações excessivas no tanque de aeração, dificultando a transferência de oxigênio entre todas as células. Ademais, o decantador secundário ficaria sobrecarregado, e os sólidos não teriam mais condições de sedimentar satisfatoriamente, vindo a sair com o efluente final, deteriorando a sua qualidade. Para manter o sistema em equilíbrio, é necessário que se retire aproximadamente a mesma quantidade de biomassa que é aumentada por reprodução. Este é, portanto, o lodo biológico excedente, que deve ser extraído diretamente do reator ou da linha de recirculação, devendo sofrer tratamento adicional no tratamento do lodo.

No sistema de lodos ativados, os tanques são tipicamente de concreto, diferentemente das lagoas de estabilização. Estes sistemas exigem uma maior capacitação para sua operação e deve-se levar em consideração também os gastos com energia elétrica.

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Um cuidado que se deve tomar em lodos ativados é quanto aos detergentes, pois além de dificultarem a transferência de oxigênio na superfície da água, transportam microorganismos e emulsificam grande quantidade de óleos e graxas. A maior dificuldade causada por detergentes está grande formação de espuma. Devendo existir assim em sistemas de lodos ativados uma instalação para remoção de espuma como adsorventes ou aspersores de água nos pontos de espuma, ou substituição dos lodos ativados por lagos de estabilização.

Figura 12 - Esquema de funcionamento de lodos ativados e apresentação de um floco bacteriano

Filtros Biológicos Nestes sistemas a biomassa cresce aderida a um meio suporte (pedras, ripas, material plástico),

sobre o qual os esgotos são aplicados sob a forma de gotas ou jatos. Após a aplicação, feita por distribuidores rotativos, os esgotos percolam em direção aos drenos de fundo. Esta percolação permite o crescimento bacteriano na superfície do suporte, na forma de uma película fixa. Os filtros biológicos são sistemas aeróbios, pois o ar circula nos espaços vazios entre as pedras, fornecendo o oxigênio para a respiração dos microorganismos. O esgoto passa sobre a população microbiana aderida, promovendo o contato ente os microorganismos e o material orgânico, ficando tempo suficiente para sua estabilização. A medida que a biomassa cresce na superfície das pedras, o espaço vazio tende a diminuir, fazendo com que a velocidade de escoamento aumente, a tal ponto em que force o desalojamento de parte do material aderido como forma de controle da população microbiana do meio. O lodo desalojado deve ser removido por decantadores secundários, de forma a diminuir o nível de sólidos em suspensão no efluente final.

Reatores Anaeróbios Os reatores de manta de lodo são também freqüentemente denominados de Reatores Anaeróbios

de Fluxo Ascendente (RAFA ou UASB). Nestes reatores a biomassa cresce dispersa no meio, que ao crescer forma pequenos grânulos, correspondente á aglutinação de diversas bactérias. Esses pequenos grânulos por sua vez, tendem a servir de meio suporte para outras bactérias. A granulação auxilia no aumento da eficiência do sistema, mas não é fundamental no funcionamento do reator. A concentração de biomassa no reator é bastante elevada, justificando a denominação de manta de lodo. Devido a esta elevada concentração de DBO, o volume requerido para os reatores anaeróbios de manta de lodo é bastante reduzido, em comparação com todos os outros sistemas de tratamento.

Apresentam elevada capacidade de tratamento, contudo apresenta reduzida quantidade de biomassa ( a geração de biomassa é menor que 5%), assim possui pouca geração de biomassa, o que justifica seu espaço ser pequeno e a maior parte da energia é utilizada na geração de metano. Contudo sistemas anaeróbios são mais sensíveis pela pouca quantidade de biomassa.

O processo enzimático ocorre por etapas de fermentação: primeiro a acidogênese que representa a quebra com formação de ácido orgânico (odor azedo) e em seguida na transformação pela metanogênese (sem odor).

Figura 13 - Representação de um filtro biológico

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O fluxo do líquido é ascendente, ou seja a entrada é na parte inferior do reator, devendo operar a

unidade fechada. Como resultado da atividade anaeróbia, são formados gases (principalmente metano e gás carbônico), as bolhas dos quais apresentam também uma tendência ascendente. Desta forma a reter a biomassa no sistema, impedindo que ela saia com o efluente, a parte superior dos reatores de manta de lodo apresenta uma estrutura que possibilita as funções de separação e acúmulo de gás e de separação e retorno dos sólidos (biomassa). O gás é coletado na parte superior, de onde pode ser retirado para reaproveitamento (energia do metano) ou queima. Os sólidos sedimentam na parte superior desta estrutura cônica ou piramidal, escorrendo pelas suas paredes, até retornarem ao corpo do reator. Pelo fato das bolhas de gás não penetrarem na zona de sedimentação, a separação sólido-líquido não é prejudicada. O efluente sai clarificado, e a concentração de biomassa no reator é mantida elevada.

Deve-se cuidar neste processo o arraste de biomassa e matéria orgânica devido ao arraste de gás. Por isso é usado defletor para que o sólido volte e forme o lodo no processo. Quando a concentração de sólidos é muito alta, começa a subir muito sólido e faz-se uma descarga (verifica-se pela análise de sólidos). Assim, tirar o lodo só pelo fundo, provoca a flotação do sólido, por isso opta-se pela descarga de saída lateral.

Nesse processo é comum a formação de espuma durante a operação. Antigamente os RALF(Reator Anaeróbio de Leito Fluidizado) eram feitos de cimento e foram substituídos pois a sua parede era corroída, devida a decomposição da matéria orgânica.

A produção de lodo é bem baixa. O lodo já sai estabilizado, podendo ser simplesmente desidratado em leitos de secagem. O risco da geração ou liberação de maus odores pode ser minimizado através de um projeto bem elaborado. A completa vedação do reator, incluindo a saída submersa do efluente, colabora sensivelmente para a diminuição destes riscos. A operação adequada do reator contribui também neste sentido.

Figura 14 - Fluxograma metabólico e de tratamento anaeróbio

Disposição no solo Os esgotos são aplicados ao solo, fornecendo água e

nutrientes necessários ao crescimento das plantas. Parte do líquido é evaporada, parte pode infiltrar pelo solo, e parte é absorvida pelas plantas. Em alguns processos, a infiltração é baixa, saindo esgotos (tratados) na extremidade oposta do terreno. Os esgotos podem ser aplicados ao solo por meio de aspersores, valas, canais, alargamento e outros. Os sistemas de disposição no solo requerem áreas superficiais bastante elevadas.

Devido as condições ambientais desfavoráveis no solo, há um favorecimento da mortandade de patogênicos.

Figura 15 - Disposição de esgot o no solo

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Tratamento de Água e Esgoto

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Deve-se atentar para a possível contaminação de vegetais, os quais não devem ser ingeridos.

Introdução aos POAs Muitas contaminações orgânicas de efluentes são de difícil remoção devido a sua estabilidade

molecular como o benzeno. Uma técnica que permite a quebra desta estabilidade é através dos processos de oxidação avançados, onde permite-se a criação de radicais OH•, que apresentam alto potencial de oxidação, capaz de desestabilizar estas moléculas. Estes radicais não podem ser armazenados, mas podem ser produzidos pela presença de ozônio e ultra violeta, peróxido de hidrogênio e ultra violeta, peróxido e ozônio, entre outros. Este processo é um atrativo para eliminação de substâncias orgânicas ou inorgânicas de efluentes que poderiam impedir um tratamento biológico, podendo então após feitas estas desistabilizações passar se for o caso para um tratamento biológico, outra análise é que algumas técnicas empregando peróxido em concentrações limites, decompõe o resíduo de peróxido em oxigênio.

11. Uma indústria apresenta uma estação de tratamento composta de um decantador primário e de um

tratamento biológico, como mostrado na figura a seguir. Como o objetivo desta estação é remover a DQO presente (cada valor no desenho representa a respectiva DQO antes e após o tratamento), determine a eficiência de remoção em cada tratamento e no tratamento global.

Resposta:66%; 93%; 97,7%.

12. Calcule a DBO total da mistura da água de lavagem com o rejeito de soro, sabendo que a água de lavagem apresenta a relação de consumo de 4 L de água /L de leite e que a DBO do soro apresenta uma composição de 30000 mg/L, contra 900 mg/L da água de lavagem. Considere que esta indústria produza 100000 L/dia de leite e que a quantidade de soro produzido seja de 15000 L/dia.

Resposta: 1951,81 mg/L. 13. Determine a a quantidade remanescente, área, as dimensões (considere o comprimento igual a

duas vezes a largura) e o tempo de retenção para uma lagoa com 750 mg/L de DBO, com uma vazão de 100 m3/d e altura de 2m. Resolva os cálculos com o valor médio das faixas da tabela.

Resposta:112,5 mg/L; 4514 m2; largura: 47,5 m, comprimento: 95,01 m; 90,28 dias. 14. →Determinar a quantidade de oxigênio e a potência de um aerador se a cada 1 kg de DBO

degradado em um sistema de lodo ativado é necessário 2 kg de Oxigênio e que a cada 2 kg de O2/h é necessário 1 CV. Estes dados são referentes a uma remoção de 185 kg/m3 de DBO, com uma vazão de esgoto de 2m3/h.

Resposta: 740kg/h; 370 CV. 15. Dado o fluxograma de tratamento de efluentes de um tratamento de lodo ativados, determine os

valores faltantes no problema de acordo com a tabela a seguir. Considere que a eficiência de remoção de DBO do reator é de 90%.

1 2 3 4 5 6 Vazão (m3/d) 415 404,64 10,36 DBO (mg/L) 1951,8 Concentração de lodo (mg/L)

7000 0 11000

1 2 3Indústria Reator Decantador Corpo Receptor

4

6 5Separdor Tratamento de Lodo

Bomba

Indústria Decantador Tratamento Biológico Corpo Receptor6500 2200 150

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Tratamento de Água e Esgoto

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Correção de Nutrientes Os nutrientes, principalmente carbono, nitrogênio e fósforo, são elementos considerados essenciais

ao crescimento dos microorganismos responsáveis pela degradação das águas residuárias. Há indústrias que possuem quantidades suficientes destes nutrientes como as de laticínios, matadouros, frigoríficos, etc., mas outras é justamente o inverso, uma notória deficiência caso das indústrias têxteis, celulose e papel, sucos concentrados de frutas, cervejarias, petroquímicas, etc.

Para se corrigir tal deficiência, é necessário adicionar, ao reator biológico, fertilizantes á base de nitrogênio e fósforo. A quantidade a ser adicionada dependerá da quantidade destes elementos que saem do reator juntamente com o lodo excedente e o efluente, haja vista que a biomassa utilizada contém cerca de 12,3% em massa de nitrogênio e 2,6% em massa de fósforo.

Nos sistemas de tratamento biológico, é comum estimar-se a quantidade de nutrientes através das seguintes relações: - Sistemas aeróbios DBO:N:P = 100:5:1 - Sistemas anaeróbios DBO:N:P = 350:5:1

Os fertilizantes mais usados em tratamentos são os seguintes: uréia (47% em massa de nitrogênio), sulfato de amônio (20% em massa de nitrogênio), superfosfato simples (18% em massa de fósforo), ácido fosfórico (32% em massa de fósforo). O fertilizante deve ser aplicado diluído, junto de aeradores ou na entrada do tanque do medidor parshall. O volume mínimo do tanque de dissolução deverá atender ao consumo de um turno de trabalho, e que o fertilizante esteja totalmente dissolvido (geralmente superior a 200 g/L).

16. Determinar a quantidade de uréia e ácido fosfórico a ser adicionado em um afluente com vazão de

80 m3/h, considerando que a eficiência de remoção de DBO é de 90% das 1400 mg/L de O2 inicial. Resposta: 257 kg/d uréia, 76 kg/d ácido fosfórico.

17. Um estagiário analisou o efluente de sua industria e verificou que a concentração de nitrogênio total era de 2 mg/L. De posse destas informações verifique se haverá necessidade de adicionar nutriente neste efluente se a DBO inicial é de 380 mg/L.

Resposta: Não. 18. Calcule a quantidade de esgoto sanitário necessário para atender a um efluente industrial com 120

m3/h, com concentração de DBO igual a 600 mg/L e Nutrientes igual a 0 mg/L. O esgoto doméstico tem uma concentração de 300 mg/L de DBO e nitrogênio total equivalente a 51 mg/L. Considere que há uma remoção de 95% no efluente.

Resposta: 93,06 m3/h no mínimo.

Remoção de Nitrogênio e Fósforo Remoção do nitrogênio. A remoção de nitrogênio pode ser feita biologicamente através de reações bioquímicas do

metabolismo de bactérias nos seguintes processos: Nitrificação Reação

++ ++ →←+ 2H H NO O NH 2-3

aeróbias bactérias24

Se o nível de nitrogênio não for preocupante para o lançamento (em termos de exigências para o lançamento) o efluente líquido tratado poderá ser descarregado após sedimentação. Se, ao contrário, ainda não satisfazer as exigências, um passo seguinte, a desnitrificação, deverá ser levado a efeito em condições anaeróbias. Reação

OH CO N orgânica matéria NO 2 222anóxicas bactérias-

3 ++ →+

Remoção do fósforo. Ocorre através da precipitação química do fósforo, utilizando um coagulante como cloreto férrico ou

sulfato de alumínio em presença de cal, obtendo uma eficiência maior que 90%. As dosagens ótimas aplicadas dependem das características dos efluentes e devem ser obtidas experimentalmente. Reação

( ) -4

-243 Cl 3 H FePO HPO FeCl ++↓↔+ +

A remoção do fósforo também pode ser conduzida por processos biológicos como mostrado para o nitrogênio.

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Carga: Concentração expressa em kg/dia de algum material. 19. Calcular a carga de Nitrogênio total afluente a uma ETE sendo dados a concentração de de

45mgN/L, e a concentração de fósforo para uma carga de 60KgP/dia. Considere a vazão do afluente de 50L/s.

Resposta:194,4kg/dia N; 13,89 mg/L P.

Tabela 3Características típicas dos principais sistemas de tratamento de esgotos

Eficiência na remoção (%) Requisitos Sistema de tratameto Matéria orgânica patogênicos Área (m2/hab) Potência (W/hab)

Custos U$/habd

Tratamento preliminar 0 -5 0 < 0,001 0 2 -8 Tratamento primário 35 -40 30 -40 0,03 – 0,05 0 20 -30

Lagoas 80 -90 60 – 99,9 1,5 -5,0 0 10-30 Disposição no solo 85 - 99 90 -99 1 -50 0 5-20

Sistemas Anaeróbios 60 -90 60-90 0,05 – 0,4 0 20 -80 Filtros Biológicos 80 -93 60 -90 0,15 – 0,7 0,2 -1,6 40 - 120

Lodos ativados 85 -98 60 -90 0,2 -0,35 1,5 – 4,0 40 -120

Tratamento e Disposição do lodo Em princípio, todos os processos de tratamento geram lodo. Os lodos são compostos pelos sólidos

sedimentáveis do esgoto bruto, metais e a própria biomassa que cresceu às custas do alimento fornecido pelo esgoto afluente no tratamento biológico, uma vez que se esta não for removida, ela tende a se acumular no sistema, podendo eventualmente sair com o efluente final, deteriorando sua qualidade em termos de sólidos em suspensão e matéria orgânica.

Em todos estes casos, é necessário o descarte do lodo, ou seja, sua retirada da fase líquida. No entanto, nem todos os sistemas de tratamento de esgotos necessitam do descarte contínuo desta biomassa. Alguns sistemas de tratamento conseguem armazenar o lodo por todo o horizonte de operação da estação (ex: lagoas facultativas), outros permitem um descarte apenas eventual (ex: reatores anaeróbios) e outros requerem uma retirada contínua ou bastante freqüente (ex: lodo excedente dos lodos ativados).

Entre os problemas dos lodos estão os meais associados a despejos industriais como os de galvanoplastia, pigmentos e fundições e os de indústria química na formulação de produtos orgânicos e inorgânicos.

Os lodos de origem domésticos, também têm seus inconvenientes como o manuseio e o emprego para os mais variados fins, sem prévio tratamento de estabilização, e sem tratamentos higienizantes, podem possibilitar infecção do homem e dos animais por agentes patogênicos nele presentes. As vias de infecção podem ser oral ou aspirativa durante o espalhamento do lodo, como pelo consumo de vegetais crus cultivados em solo contaminado. A sobrevivência destes microorganismos, dependem da textura e pH do solo ; Incidência de luz; Temperatura ambiente e capacidade de retenção de água.

Quantidade de lodo gerado nos processos de tratamento de esgotos A quantidade de lodo gerado no tratamento de esgotos, e que deve ser dirigido à etapa de

tratamento do lodo pode ser expressa em termos de massa e de volume. No presente item adota-se uma abordagem simplificada, de se expressar a produção de lodo em termos per capita e em termos de DQO.

Na etapa biológica do tratamento de esgotos, parte da DQO removida é convertida em biomassa, que vem a constituir o lodo biológico. Na tabela a seguir, por simplicidade, apresenta-se a massa de sólidos em suspensão removidos por unidade de DQO aplicada (ou DQO afluente), assumindo-se eficiências típicas de remoção de DQO nos diversos processos de tratamento de esgotos. Considerando-se que cada habitante contribui em torno de 100g DQO por dia (0,1 kgDQO/hab.d), pode-se calcular também a contribuição de SS per capita.

Tabela 4 – Quantidade de lodo gerado em etapas de tratamento de esgoto.

Sistemas Intervalo de remoção

Características do lodo

Kg SS/DDQO

Teor de sólidos secos (%)

Massa de lodo (gSS/hab.d)

Volume de lodo (L/hab.d)

Tratamento Primário e coagulação

horas bruto 0,35 -0,45 2 - 6 35 - 45 0,6 – 2,2

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Lagoa facultativa Anos Estabilizado 0,08– 0,13 6 - 10 8 - 13 0,08 – 0,22

Reator Anaeróbio Semanas Estabilizado 0,12– 0,18 3 - 6 12 -18 0,2 – 0,6

Lodos Ativados Contínuo Não estabilizado 0,60– 0,80 1 - 2 60 - 80 3,1 – 8,2

Os sólidos apresentados na tabela anterior constituem a fração sólida do lodo. O restante do lodo é constituído por pura água. A concentração de sólidos secos (sólidos totais) expressa em percentagem relaciona-se com a concentração em mg/l. Um lodo com 2% de sólidos secos possui 98% de umidade, ou seja, de cada 100 kg de lodo, 2kg são de sólidos secos e 98 kg são de pura água.

20. Determinar a quantidade em kg de lodo produzido em um lodo ativado operando nas condições

médias, sabendo que o equivalente populacional deste lodo correspondeu a 120 pessoas. Resposta:8,4 kg de SS.

Etapas do tratamento do lodo As principais etapas do gerenciamento do lodo, com os respectivos objetivos e técnicas são:

A incorporação de cada uma destas etapas no fluxograma do processamento do lodo depende das características do lodo gerado ou, em outras palavras, do sistema de tratamento utilizado para a fase líquida, bem como da etapa de tratamento do lodo subseqüente e da disposição final.

ADENSAMENTO DO LODO O adensamento ou espessamento é um processo físico de

concentração de sólidos no lodo visando reduzir o excesso de água e, em decorrência, seu volume, facilitando as etapas subseqüentes de tratamento do lodo. Ocorre em tanques especiais, haja visto que, pode-se efetuar o adensamento em sistemas de flotação, centrifugas, etc. A concentração de sólidos no lodo, extraído dos decantadores, varia muito, de acordo com os diversos fatores: Características das águas residuária, do tipo de decantador, da Freqüência de remoção, do tipo de lodo (bruto, digerido, séptico, etc.) Um exemplo está em se aumentar em 4 vezes a concentração de sólidos do lodo, diminuirá cerca de 75% da área necessária de leitos de secagem. Os adensadores podem ser mecanizados ou não, porém somente os não.

Estabilização O lodo biológico em seu estado natural (lodo

bruto) é rico em organismos patogênicos, facilmente putrescível e rapidamente desenvolve odores ofensivos. Os processos de estabilização foram desenvolvidos com o objetivo de estabilizar a fração biodegradável da matéria orgânica presente no lodo, reduzindo o risco de putrefação, bem como diminuir a concentração de patógenos. A estabilização do lodo facilita sua disposição final, abrindo alternativas para seu reuso como condicionador de solo na agricultura.

A principal rota de estabilização do lodo adotada em todo o mundo, é a dos processos de estabilização

Adensamento Remoção de umidade (redução de volume) Estabilização Remoção da matéria orgânica (redução de sólidos voláteis) Condicionamento Preparação para a desidratação (principalmente mecânica) Desidratação Remoção de umidade (redução de volume) Higienização Remoção de organismos patogênicos Disposição final Destinação final dos subprodutos

Figura 16 Decantador para adensamento

Figura 17 - Processo de estabilização anaeróbio do lodo

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biológica, que consiste em utilizar bactérias específicas (digestão anaeróbia ou digestão aeróbia) para promover a estabilização da fração biodegradável da matéria orgânica. A estabilização biológica produz biossólido apto para ser utilizado com restrições na agricultura (compostagem), como condicionador de solo e fertilizante orgânico. Usualmente seguido de desaguamento. Necessita de pós-tratamento por higienização para utilização irrestrita na agricultura.

⇒ Biogás O gás produzido durante o processo de digestão anaeróbia, também conhecido como biogás, pode

ser identificado em % (volume/volume): Metano (62 -70%); Gás carbônico (30 -38%); Gás sulfídrico (50 – 3000 ppm), e o restante como nitrogênio, oxigênio, hidrogênio e vapor d’água na saturação.

A produção de biogás no interior do digestor está diretamente associada a eliminação do lodo bruto, sendo estimada em 0,8 m3/Kg de sólidos orgânicos voláteis destruídos, o que caracteriza uma produção de aproximadamente 25 L/hab.dia.

Condicionamento O condicionamento é um processo de preparação do lodo, através da adição de produtos químicos

(coagulantes, polieletrólitos) para aumentar sua aptidão ao desaguamento e melhorar a captura de sólidos nos sistemas de desidratação do lodo. Os floculantes a serem utilizados dependem das características e da natureza do lodo, podendo ser usados polieletrólitos catiônicos ou aniônicos. A aplicação é feita geralmente na caixa de mistura provida de agitador vertical de velocidade variável. As dosagens de floculantes, geralmente são recomendadas pelos fabricantes dos equipamentos.

Desidratação O processamento de desidratação ou desaguamento do lodo, que pode ser realizada por métodos

naturais ou mecânicos. O objetivo desta fase é remover água e reduzir ainda mais o volume, produzindo lodo com comportamento mecânico próximo ao dos sólidos. A desidratação do lodo tem impacto importante nos custos de transporte e destino final, além de influenciar de maneira decisiva o manuseio do lodo, já que o comportamento mecânico deste varia com o teor de umidade.

O lodo removido de decantadores ou adensadores deverá ser desaguado em sistemas de desidratação, antes de sua disposição final, utilizando: leitos de secagem, filtro prensa de esteira, filtro prensa de placas, filtro à vácuo.

Leitos de secagem

Por ser de baixo custo, este é o sistema de desidratação de lodo mais utilizado quando na indústria há disponibilidade de área. É recomendável sua adoção em pequenas e médias indústrias. Atualmente estão sendo utilizados leitos de secagem com cobertura de telhas transparentes de poliéster, impedindo que a chuva caia sobre os leitos, não retardando o tempo previsto de secagem. O leito é construído em alvenaria, formando-se uma caixa que receberá uma camada drenante de areia e brita. O líquido percolado é recolhido através de drenos geralmente retornando ao tanque de equalização, devido ainda conter alta concentração de DBO solúvel. A desidratação de leitos de secagem só é recomendado para lodos digeridos.

Filtro Prensa de esteira

É um equipamento utilizado na desidratação de lodo, reduzindo consideravelmente o volume. O processo de desidratação é efetuado primeiramente por gravidade, removendo nesta primeira etapa grande quantidade de água presente no lodo. Em seguida o lodo é prensado em esteiras, aplicado-se uma pressão contínua, retirando o excesso de água remanescente. A torta é recolhida através de lâmina de raspagem e coletada por correia transportadora ou recipiente, com contração de massa seca variando entre 25 e 35%, a depender da natureza do lodo. Sua grande vantagem é operar continuamente,

Figura 18 Leito de Secagem de lodo

Figura 19 Filtro Prensa de esteira

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enquanto que os filtros-prensa de placa operam em bateladas. Sua utilização é vantajosa para médias e grandes indústrias. No caso de lodo biológico, é necessário o uso de floculantes para formação de flocos volumosos, andensando-se facilmente, podendo ser prensados sem dificuldades.

Filtro Prensa de Placa

É um equipamento ainda muito utilizado na desidratação de lodo, apresentando torta com concentração de matéria seca na ordem de 25 a 35%. Sua operação é efetuada em bateladas. O tempo de filtração pode durar cerca de 4 horas, considerando a carga, filtração propriamente dita e descarga, podendo efetuar até 6 ciclos por dia. A filtração e realizada por meio de telas de pano filtrante ajustadas entre placas retangulares verticais em série com orifícios para saído do líquido. O lodo é encaminhado a entrada de alimentação e distribuído pelos espaços existentes entre as placas, onde é submetido a uma pressão. O líquido intersticial se separa da massa de lodo, passa pela tela e pelos orifícios das placas e é posteriormente recolhido, retornando para o tanque de equalização. Logo após a prensagem, a torta é recolhida após a abertura das placas caindo dentro de containers ou esteira transportadora, e daí, segue para destino final. O tamanho do filtro é função do volume a ser desidratado.

Figura 20 - Filtro Prensa Figura 21 - Estação de tratamento de lodo com filtro prensa

Filtro à vácuo

São muito utilizados na desidratação de lodos, obtendo-se tortas com teor de sólidos de 20 a 40%. O princípio de funcionamento consiste em um tambor rotativo, parcialmente mergulhado no lodo, girando lentamente. Um meio filtrante (nylon, tela metálicoa) retém os sólidos deixando passar o líquido quando é aplicado o vácuo sob o meio do filtro, e retorna para o tanque de equalização. Os sólidos retidos na superfície do tambor são

posteriormente raspados e caem numa correia transportadora. A cada novo ciclo, o meio filtrante é lavado com água.

Centrífugas

A separação ocorre por ação de força centrífuga criada por um tambor em rotação, onde a separação ocorre pela deposição dos sólidos para a superfície interna do tambor. Uma rosca interna que gira no mesmo sentido do tambor com velocidade diferente transporta os sólidos para superfície cônica (menor diâmetro) onde é descarregado, enquanto a parte líquida sai pela superfície cilíndrica (maior diâmetro) no lado oposto a de entrada, retornando para o tanque de equalização.

Higienização A desinfecção ou higienização do lodo garante um nível de patogenicidade no lodo que, ao ser

disposto no solo, não venha a causar riscos à saúde da população, aos trabalhadores que vão manuseá-lo e impactos negativos ao meio ambiente. É uma operação necessária se seu destino for a aplicação em jardins, parques de acesso ao público, ou reciclagem agrícola. Para a incineração ou disposição do lodo em aterro, a higienização não é necessária.

Figura 22 Filtro à vácuo

Figura 23 Centrífuga

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O mecanismo de higienização de lodos utiliza cal para elevar o pH do lodo (valores superiores a 12 por 72 horas no mínimo) e conseqüentemente alterar a natureza coloidal celular dos microrganismos patogênicos de forma letal, e produzir um ambiente inóspito para a sua sobrevivência. A temperatura acima de 52ºC também auxilia na higienização. Após isto deve-se secar ao ambiente até se atingir a concentração de sólidos de 50%, após o período de elevação do pH.

Disposição Final Quando o lodo é desidratado, toma consistência semi-sólida, passando a ser chamado de torta ou

lodo seco. A torta ou lodo seco passa a ser considerada um resíduo sólido. As normas da ABNT que tratam sobre o assunto são as seguintes: NBR 10004/1987 - Resíduos sólidos – Classificação Resíduos Classe I - Perigosos Resíduos Classe II – Não Inertes Resíduos Classe III-Inertes NBR 10005/1987 - Lixiviação de resíduos - Método de ensaio NBR 10006/1987 - Solubilização de resíduos - Método de ensaio NBR 10007/1987 - Amostragem de resíduos – Procedimento

Tabela 5 Classificação das tortas e modo de disposição

Tortas não Perigosas Tortas Perigosas Landfarming Incineração Aterros sanitários de lixo urbano Compostagem com lixo urbano Paletização

Aterro industrial Incineração e aterro industrial das cinzas. Encapsulamento (solidificação em matrizes de cimento). Landfarming (para resíduos perigosos que podem ser biodegradados). Queima em fornos de cimento (lodo galvânico) e incorporação da cinza ao clinque. .

A paletização consiste na secagem térmica onde o produto com elevado teor de sólidos, significativa concentração de nitrogênio e livre de patógenos, fica indicado para uso irrestrito na agricultura.

Tabela 6 - Avaliação das técnicas de disposição de lodo

Alternativa Comentário

Vantagem Desvantagem

Aterro sanitário

Disposição de resíduos em valas ou trincheiras, compactadas e recobertas com solo até seu total preenchimento, quando então são seladas.

Baixo custo

Necessidade de grandes áreas Localização próxima a centros urbanos Características especiais de solo Isolamento ambiental. Produção de gases e percolado. Dificuldade de reintegração da área após desativação

Reciclagem agrícola ou Compostagem

Disposição do lodo em solos agrícolas em associação ao plantio de culturas.

Grande disponibilidade de áreas Efeitos positivos sobre o solo Solução em longo prazo Potencial como fertilizante Resposta positiva das culturas ao uso.

Limitações referentes a composição e taxas de aplicação Contaminação do solo com metais Contaminação de alimentos com elementos tóxicos e organismos patogênicos Odores

Incineração

Processo de decomposição térmica via oxidação, onde os sólidos voláteis do lodo são queimados na presença de oxigênio, convertendo-os em dióxido de carbono e água, sendo que uma parcela dos sólidos fixos é transformada em cinzas.

Redução drástica de volume Esterilização

Custos elevados Disposição dás cinzas Poluição atmosférica

Tratamento de Efluente e Lodo E de grande importância a minimização de resíduos, possibilidade de reciclagem no processo

industrial ou em outra indústria e adotar substâncias com menor potencial tóxico. A figura seguinte, mostra o fluxo do processo de uma estação de tratamento, a partir da geração do

efluente, até o lançamento no corpo receptor, e também o arranjo geral das unidades constituintes do sistema.

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1-lndústria, 2-Grade, 3-Caixa de areia, 4-Calha Parshall, 5- Tanque de equalização, 6- Tanque de correção de pH, 7-Tanque de mistura rápida, a-Tanque de floculação, 9-Decantador secundário, 1 O-Tanques de dissolução, 11-Bombas dosadoras, 12-Leito de carvão ativado, 13-Tanque de efluente para lavagem da prensa, 14-Corpo receptor, 15-Adensador de lodo, 16-Filtro prensa de esteira, . 17- Torta

Figura 24 Representação de tratamento de lodo e esgoto

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Tratamento de Água A água destina-se tanto ao consumo pela população das cidades, como também no setor

industrial para a produção de manufaturas, geração de vapor e resfriamento de máquinas. É cada vez mais necessário que ela seja o mais pura para que possa melhorar a eficiência na produção de bens de consumo e em utilidades industriais. Quando a água se destina ao consumo humano ela obedece padrões de potabilidade a serem seguidos, já para uso industrial obedece a normas de procedimento de equipamentos.

Análises Laboratoriais

Amostragem Pela coleta de amostras significativas em vários pontos da unidade industrial pode-se

concluir pela potencialidade poluente do resíduo, no final da linha. Um aspecto importante na avaliação da concentração de poluentes líquidos é a preservação das amostras, pois isto garante que os resultados obtidos após um determinado tempo representem o efluente na hora e locais da coleta.

Devem ser levados em consideração durante a amostragem o ponto de amostragem - tentando efetuá-la em pontos o mais homogêneo possível; Condições do tempo; Vazões – podendo o despejo ser contínuo ou em batelada.

Os tipos de amostras podem ser: a) simples ou ao acaso, que se destinam a resíduos constantes em composição durante um

período de tempo, em distâncias substanciais, em todas as direções; b) compostas, que compõe-se da mistura de amostras simples, coletadas no mesmo local em

tempos diferentes. São utilizadas para caracterizar efluentes industriais líquidos, não sendo recomendado para parâmetros sujeitos a mudança como o pH.

c) Integradas, que compõe-se da mistura de amostras simples, coletadas ao mesmo tempo em locais diferentes, simultaneamente.

Métodos de preservação de amostras São relativamente limitados e destinados a retardar a ação biológica, hidrólise de

compostos e complexos químicos e reduzir a volatilidade de constituintes. Procedimento:

1. Adicionar o agente preservante anteriormente à primeira coleta (ex. a análise da DBO as amostras devem ser mantidas a 4ºC, por não mais do que 24 horas). 2. Combinar todas as amostras em um único frasco para garantir a equalização da massa líquida e para economizar gastos e esforços de laboratório, devendo constar nos frascos: condições do tempo, data e horário da coleta, tipo de preservante utilizado e tipo de análise a ser realizada.

Classificações da água. 1. Água Bruta: É a água da forma como é encontrada na natureza. O termo bruta designa que ela não foi trabalhada pelo homem, não significando que ela não se preste para consumo. 2. Água Tratada: É a água que tenha sido submetida a algum tipo de tratamento, buscando torná-la adequada para o consumo. A água tratada não é, necessariamente, sinônimo de água potável. Assim por exemplo para muitas finalidades industriais, basta remover da água parte dos sólidos que ela traz em suspensão consigo. Isto não basta para assegurar a potabilidade da água. 3. Água Potável: Aquela que pode ser bebida sem causar danos à saúde ou objeções de caráter organoléptico. A água potável é uma solução de uma infinidade de substâncias, algumas das quais a água trouxe consigo da Natureza, outras que lhe são introduzidas ao longo dos processos de tratamento. Os limites em que essas substâncias podem estar presentes na água potável são estabelecidos pelo padrão de potabilidade. Não basta que a água seja isenta de substâncias ou microorganismos patogênicos para ser considerada potável. É também necessário que ela não

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traga consigo substâncias capazes de adicionar-lhe cor, turbidez ou gosto desagradáveis, ainda que essas substâncias sejam inofensivas ao organismo humano. 4. Água mineral : São aquelas provenientes de fontes naturais ou de fontes artificialmente captadas, que possuem composição química, ou propriedade física ou físico-química, distintas das águas comuns, com características que lhes confiram uma ação medicamentosa. Água obtida diretamente de fontes naturais ou artificialmente captadas, de origem subterrânea, caracterizada pelo conteúdo definido e constante de sais minerais (composição iônica) e pela presença de oligoelementos e outros constituintes.

Parâmetros de Análise As águas consideradas potáveis, obedecem a legislação nacional pela lei nº 518 do

Ministério da Saúde, aonde obedecem a limites aceitáveis para o consumo. A seguir serão discutidos os que significam estes parâmetros.

Turbidez Denomina-se água turva aquela água que contém

matérias em suspensão capaz de interferir com a passagem da luz. É de se esperar, portanto, que a turbidez dos rios seja maior em épocas chuvosas do que em épocas secas. Evidentemente, ela tende a ser mais alta nos cursos d’água no quais a água está em constante agitação e menor nos lagos nos quais o repouso da água permite a sedimentação das matérias em suspensão.

A turbidez em si não traria incovenientes sanitários, não fosse a natureza química de certas substâncias em suspensão que poderão estar presentes bem como a ocorrência, em muitos casos, de organismos patogênicos associados a essas substâncias.

A matéria em suspensão atua como escudo protetor para os organismos patogênicos, defendendo-os da ação de agentes desinfetantes utilizados nas estações de tratamento, e contribuindo para veiculação de doenças. A turbidez pode variar desde zero, em águas puras até centenas de milhares de unidades, em cursos d’água poluídos.

A determinação da turbidez é fundamentada no método de Jackson, que consiste em se determinar qual a profundidade que pode ser vista a imagem da chama de uma vela, através da água colocada em um tubo de vidro. É quantificado em Unidades Jackson de Turbidez (UJT). Os nefelômetros, são equipamentos mais modernos, em que se mede a quantidade de luz dispersa através da amostra d’água, sendo utilizado como padrão uma solução de formazina. Com não há uma relação entre a medição pelo método de Jackson e os nefelômetros, criou-se uma outra unidade a Unidade Nefelométrica de Turbidez (UNT).

Cor, Sabor e Odor Normalmente a cor de uma água se deve a presença de colóides orgânicos como os

taninos, lignina, como dos inorgânicos, ferro e manganês. A cor natural das águas potabilizadas deve-se a grande variedade de substâncias que

podem estar presentes, sob forma de solução na amostra a ser analisada. De modo geral, tais substâncias conferem á água uma coloração amarelo-amarronzada. A determinação da cor real ou verdadeira das amostras de água exige sua prévia centrifugação, de forma que apenas as partículas em solução sejam as responsáveis pela leitura desse parâmetro.

A presença de turbidez, devida ás partículas em suspensão, interfere na leitura da cor. Por esse motivo, denomina-se cor aparente à cor apresentada pela água quando a amostra a ser analisada não é previamente centrifugada. Normalmente os laboratórios de análises de água determinam a cor aparente.

Figura 25 Reperesentação de um turbidímetro

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Sabor e odor em águas, devem-se a presença de decomposição da matéria orgânica (em meio anaeróbio, odor de ovo podre – H2S), presença de cianobactérias (mofo), e fenóis que ao formarem clorofenóis, geram cheiro de peixe podre. Estas análises são feitas por padrões cromatográficos, tanto de odor como de sabor.

Condutividade É determinada pela presença de substâncias dissolvidas que se dissociam em ânions e

cátions. É a capacidade da água transmitir corrente elétrica. A unidade utilizada é o µΩ/cm. A condutividade pode variar desde 50 µΩ/cm a 50000 µΩ/cm (água do mar).

Substâncias Químicas Presentes na Água. Uma grande parte dos compostos inorgânicos é proveniente de atividades industriais,

atividades mineradoras, garimpos e dos agrotóxicos, sendo tóxicos e prejudiciais á saúde. Entre eles destacam-se os metais pesados como o arsênio, a prata, o chumbo (se acumula no organismo e leva a intoxicação crônica), o cádmio, o mercúrio - usado em garimpos na extração de ouro, é um dos metais mais perigosos, sendo o caso de maior repercussão na história foi o da contaminação da Bacia de Ninamata no Japão pelo mercúrio orgânico. O problemático destes metais é que mesmo em pequenas concentrações, são nocivos tanto aos humanos, quanto aos sistemas de tratamento de efluentes biológicos, além de apresentarem efeito bioacumulativo (o metal se acumula ao organismo e assim consegue propagar pela cadeia alimentar), provocam danos ao sistema nervoso central.

Substâncias como cloretos e sulfatos em água podem representar a presença de esgotos sanitários e industriais gerando problemas de corrosão, interferência em processos de tratamento biológicos (sulfatos favorecem a formação de H2S, aumento a toxicidade do meio) e na potabilidade da água, além dos sulfatos, apresentarem efeito purgativo.

Os compostos orgânicos, que mesmo em reduzidas concentrações estão associados a problemas de toxicidade e da bioacumulação. São provenientes de atividades industriais como os defensivos agrícolas, chamados de agrotóxicos, como DDT, aldrin, clordano, lindan. Atividades de processamento e refinamento de petróleo como o benzeno, por exemplo, além do fenol, que além de ser tóxico, tanto ao homem quanto ao tratamento biológico de esgoto, ainda apresenta o problema de reagir com o cloro provocando problemas de cheiro e gosto á água. Os fenóis são provenientes de efluentes de indústrias de borracha, colas, resinas..Além destes estão os detergentes ou tensoativos, que produzem problemas quanto a espumas que afetam o gosto da água, além de favorecerem a aceleração da eutrofização, pois além de serem ricos em fósforo, os detergentes comerciais exercem efeito tóxico sobre o zooplâncton, (que corresponde ao predador natural das algas). Estão associados a esgotos sanitários (geram em torno de 3 a 6 mg/L), indústrias de detergentes ( liberam em seus efluentes líquidos, em torno de 2000 mg/L do princípio ativo), além de outras indústrias de peças metálicas, que usam detergentes como desengraxantes, o município de Pirapora do Bom Jesus, à jusante da Região Metropolitana de São Paulo, sofre pela formação de espumas.

Microbiologia Avaliar uma amostra de água, quanto a bactérias patogênicas pode ser considerado à

primeira vista, um método viável para determinar a qualidade bacteriológica. Mas um exame mais profundo consegue-se determinar uma série de problemas que limitam sua aplicação, por exemplo, a ausência de Salmonella não exclui a presença eventual de Shiguella ou Víbrio. As bactérias coliformes como a Escherichia coli, e os estreptococos fecais, que residem no intestino do homem, são eliminados em quantidades grandes nas fezes do homem e de outros animais de sangue quente, em média 50 milhões/g. Esgoto doméstico bruto, geralmente contém mais de 3 milhões de coliformes/100 mL. As bactérias e vírus patogênicos causadores de doenças ao homem originam da mesma fonte, ou seja, descargas fecais de pessoas contaminadas, logo a água contaminada por poluição fecal é identificada como sendo potencialmente perigosa pela presença de coliformes.

Pelas técnicas de detecção considera-se do grupo coliformes, aqueles organismos que na técnica de tubos múltiplos (ensaio presuntivo e conformativo) onde os coliformes fermentam a

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lactose, com a produção de gás a 35ºC; no caso da técnica da membrana filtrante, aqueles que produzem colônias escuras, com brilho metálico, a 35 ºC em meios de cultura do tipo Endo, no prazo máximo de 24 horas.

Coliforme Fecais: São as bactérias do grupo coliformes que apresentam as características do grupo, porém à temperatura de incubação é de 44,5 ºC ±0,2ºC por 24 horas. A contagem de bactérias heterotróficas em Unidades Formadoras de Colônias (UFC) obtida por semeadura, em placa de 1 mL de amostra e de suas diluições de modo a permitir a contagem mínima estabelecida no padrão bacteriológico, por incorporação em Agar padrão (“Plate Count Agar”) para a contagem, com incubação a 35 ºC ± 0,5 ºC por 48 horas.

Indicadores de Coliformes:

Como a detecção de agentes patogênicos é extremamente difícil devido a baixas concentrações, utiliza-se como indicador o grupo coliforme, pois apresentam-se em grande quantidade nas fezes humanas (>1010 células/habitante.dia), apresenta resistência similar à maioria das bactérias patogênicas intestinais, e as técnicas de detecção são rápidas e econômicas.

A legislação determina que a concentração de coliformes totais (não relacionadas aos patogênicos) em relação a coliformes termotolerantes seja no mínimo igual a 5 a relação direta.

Uma outra observação é a de que a relação coliformes termotolerantes/ estreptococus fecais deva ser a menor possível pois quanto maior esta relação maior a contribuição relativa a contaminação de origem humana. Assim, se esta relação for maior que 4 indica a contaminação predominantemente humana; menor que 1 indica contaminação predominantemente de outros animais, e entre 1 e 4 interpretação duvidosa.

Acidez e Alcalinidade Acidez: A acidez total representa o teor de gás carbônico livre, ácidos minerais e sais

ácidos fortes, os quais por dissociação resultam em íons hidrogênio na solução. A acidez é classificada em carbônica, mineral e orgânica. As águas são tamponadas por um sistema composto de dióxido de carbono (CO2) e bicarbonato (HCO3

-). O gás carbônico não é totalmente neutralizado, a não ser que o pH esteja fora da faixa do tamponamento ou seja abaixo de 4,5 ou acima de 8,3. Assim a acidez carbônicas situa-se na faixa de pH que varia de 4,5 a 8,2 e a acidez mineral ocorre em pH menor que 4,5.

8,3 pH 4,6 pH

H HCO COH -332

==

+↔ +

Alcalinidade: Resulta da presença de sais de ácidos fracos, carbonatos e bicarbonatos e silicato presentes na água. Normalmente encontrado na forma de CO3

2- e HCO3-. O seu significado

sanitário está vinculado a alcalinidade cáustica, causada por íon hidróxido, sendo indesejável e raramente encontrada em águas naturais. Sua quantificação está relacionada com o processo de coagulação de floculantes, com a prevenção de incrustação e corrosão em tubulações de ferro fundido.

Os três tipos de alcalinidade são possíveis de serem encontradas na carga natural: alcalinidade a hidróxido (OH-), carbonato (CO3

2-) e bicarbonato (HCO3-). Sendo que somente dois

tipos podem estar presentes simultaneamente numa mesma amostra, pois haveria uma reação entre hidróxido e bicarbonato, levando a formação de carbonatos (a alcalinidade é dada em mg CaCO3/L).

-232

-3

- CO OH HCO OH +→+

Tabela 7 – Relação entre pH e diversas formas de alcalinidade.

pH Alcali Maior que 9,4 OH-, CO3

2-

8,3 – 9,4 HCO3-, CO3

2-

4,4 – 8,3 HCO3-

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Cloro Residual A portaria 36 do Ministério da Saúde recomenda uma concentração mínima de 0,2 mg/L de

cloro residual livre em qualquer ponto da rede de distribuição.

Águas de Abastecimento Urbano Nesta etapa estão as etapas de clarificação da água (coagulação, floculação, decantação e

filtração), adição de cloro e flúor e correção do pH. Estas etapas são importantes para que a água possa obedecer a legislação – Portaria 518 MS.

Coagulação Parte da matéria insolúvel na água sedimenta com certa facilidade quando essa água não

é agitada, porém a matéria mais finamente dividida é mantida em suspensão, conferindo-lhe turbidez. Essas partículas são mantidas em suspensão porque possuem cargas elétricas negativas que se repelem. As forças de repulsão e o tamanho diminuto das partículas as conservam em suspensão.

Quando na água ou no efluente os sólidos sedimentáveis são muito consideráveis, podendo ser recolhidos sem coagulação, a decantação é simples ou primárias, mas há casos em que só a decantação não se consegue obter bons resultados necessitando então do uso de coagulação.

As cargas negativas são originadas por argilas, que são basicamente constituídas de silicatos de alumínio e também devido a matéria orgânica em suspensão na água, a valores de pH normais de 6 a 7, apresenta uma grande multiplicidade de compostos contendo os grupos fenólicos e carboxílicos parcialmente ionizados como seguem:

Figura 28 Cargas Elétricas

Isto confere cargas negativas à matéria em suspensão na água. O tamanho diminuto de certas partículas também contribui para que elas se mantenham suspensas na água.

Para se efetuar a clarificação de uma água parecem ser imprescindíveis a neutralização das cargas negativas da matéria em suspensão na água e a aglutinação das partículas para que as mesmas se tornem maiores e possam sedimentar rapidamente.

Quando se adicionam coagulantes à água como sulfato de alumínio, para se conseguir a coagulação verifica-se que eles reagem com a alcalinidade natural da água, ou adicionada para formar polímeros como hidróxido de alumínio ou hidróxido ferroso. Os hidróxidos formados por essas reações possuem carga superficial positiva. Estes polímeros neutralizam as cargas

Figura 26 - Representação do tratamento final da água

Figura 27 Fluxograma do tratamento de água urbano

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negativas dos colóides. Os flocos relativamente densos precipitam deixando a água praticamente livre de turbidez. Reações com alcalinidade natural:

( ) ( ) ( ) OH 18 CO 6 CaSO 3 OHAl 2 HCOCa 3 OH 18 SOAl 2243232342 +++→++ Reações com alcalinidade adicionada

( ) ( ) OH 4 CO 3 SONa 3 OHAl 2 CONa 3 OH 4 SOAl 22423322342 +++→++ Cada coagulante requer, para atuar um pH adequado, assim sendo, pode ser necessário

ajustar este parâmetro antes de adicionar o produto químico escolhido. Para tanto utiliza-se quase sempre a cal hidratada para aumentar o pH ou ácido sulfúrico para reduzi-lo.

Figura 29 - Mecanismo de Coagulação

Tabela 8 – Faixa de pH recomendado para coagulantes

Coagulante Usos pH Sulfato de Alumínio Custo Baixo 5,0 a 8,0 Cloreto Férrico Ampla faixa de pH 5,0 a 11,0

Produtos alcalinos como Cal, Na2CO3 e NaOH que são usados quando a água natural apresenta alcalinidade total muito baixa e, ainda, para ajustar o pH ótimo no qual se dá a floculação.

A coagulação pode realizar-se com maior eficiência se forem utilizados, em conjunto com os coagulantes, os polieletrólitos, que são compostos de longas cadeiras moleculares que podem apresentar, quando lançados na água, um número de cargas muito grande. Tais cargas são responsáveis pela atração e fixação dos colóides que se deseja remover da água em tratamento.

São polímeros originários de proteínas e polissacarídeos. São de três tipos: catiônicos, aniônicos e não-iônicos, de acordo com a carga da cadeia polimérica. Os polieletrólitos tem um limite máximo de dosagem após o qual se tornam dispersantes e antieconômicos. Os polímeros são utilizados para aumentar a velocidade de sedimentação, a resistência e na redução da dosagem de coagulante primário. Muitas águas são muito bem clarificadas quando se aplica uma pequena quantidade de sulfato de alumínio e polieletrólito catiônico. O uso puro e simples de sulfato produziria um floco miúdo e demoraria muito para sedimentar. Outras vezes a água exige uma superdosagem e o uso de um polieletrólito aniônico para alcançar a melhor clarificação e uma rápida sedimentação dos flocos.

Jar test A dosagem requerida para o tratamento de uma água e o pH ótimo de floculação são

feitos experimentalmente em laboratório através do ensaio de floculação ou coagulação , o teste do jarro.

A menor dosagem de coagulante, indica que se obteve o melhor resultado (qualidade da água) em uma dosagem mínima de coagulante, encontrado então o pH ótimo da floculação (ponto isoelétrico do coágulo) para melhor formação do floco.

O aparelho utilizado para a realização do ensaio de floculação, denomina-se Jar Test. O Jar Test deve dar condições para que o operador possa simular uma estação de tratamento através de agitações rápidas na dosagem dos produtos, agitações lentas para uma boa floculação e condições favoráveis para a decantação. Geralmente são constituídos de 6 recipientes de vidro denominados de jarros, os quais possibilitam 6 ensaios ao mesmo tempo. Para tanto esses equipamentos possuem misturadores, com 6 pás cuja velocidade de agitação pode ser regulada.

Figura 30 - Jar Test

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Antes do teste devem ser determinados: pH, cor, turbidez, alcalinidade e Oxigênio Dissolvido para então o teste (os 6 jarros já posicionados).

A quantidade de coagulante adicionada deve ser dado a partir da turbidez da água, onde o 1º jarro contém a dosagem mínima e o 6º a máxima, entre os jarros fica disposto concentrações diferentes na faixa máxima e mínima. Exemplo:

Jarro 1 2 3 4 5 6 Sulfato de Alumínio (ppm) 13 15 17 19 22 25

A agitação rápida ocorre em 15 segundos, ocorrendo então a floculação (15 minutos), seguida de decantação. Durante a floculação é necessário que se meça o pH de cada jarro.

Após a decantação, desliga-se o aparelho e é retirado uma amostra de cada jarro e mede-se a cor, turbidez, alumina residual e oxigênio consumido.

Os dois jarros que obtiverem menor turbidez e cor devem ser identificados, junto a esta análise deve ser feito uma análise referente ao aspecto. A prova que estiver dentro desses valores será a escolha e os dados da dosagem serão transferidos ao processo de tratamento. Portanto o pH ótimo de floculação é o pH desse jarro determinado na fase de floculação.

Dosadores Após feitas as medições ideais de variação de velocidade, tempo de mistura e

concentração do coagulante, chega-se então a necessidade de misturá-los à água. Dosadores são dispositivos capazes de liberar quantidades pré-fixadas de produtos químicos na unidade de tempo, dispondo dos meios para permitir o ajuste da quantidade liberada, dentro dos limites que caracterizam sua capacidade.

21. Um canal tem 3 metros de profundidade e 2 metros de largura. Por ele passa água, cuja

lâmina tem 1 metro de altura e uma velocidade de 1,5 m/s. Determine a vazão. Resposta: 3,0 m3/s

22. Calcule a vazão sabendo que a lâmina é de 3 m (altura de água). Q = 1,710.(H)3/2 – Onde Q é a vazão em L/s e H a altura em m. Resposta:8,88 L/s

Partindo-se do ensaio de floculação no qual se determina a melhor dosagem de sulfato de alumínio e o pH ótimo de floculação, faz-se a conversão para a aplicação desse produto na água a ser tratada:

Obs. Para regular o dosador á vazão, coleta-se em uma proveta o volume encontrado pela fórmula no tempo de 10s.

23. Calcular a vazão para que caia na água 5 g/h de coagulante, sabendo que a concentração é de 100 ppm.

Resposta: 50 L/h. 24. Para se preparar uma solução de 200L com a concentração de 12%(p/V). Qual será a

massa necessária de sulfato de alumínio. Resp. 24 Kg.

25. Uma solução de sulfato de alumínio com 50%, será utilizada para o preparo de uma solução de 10m3 a 5%. Qual o volume da solução concentrada a ser utilizada?

Resp. 1m3 26. Um funcionário efetuou a análise da água de sua indústria pelo método do jarro (jarro

possui capacidade de 2L). Na análise fora gasto uma solução de sulfato de alumínio na quantia de 5 mL sendo esta solução apresenta uma composição de 2%p/V. Sabendo que o sulfato de alumínio apresenta uma pureza de 80%, determine a quantidade mensal a ser comprada de sulfato de alumínio para atender a uma vazão industrial de água de 6000 L/d.

Resposta: 11,250 kg/mês.

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Floculação Uma vez desestabilizada as partículas coloidais na fase de tratamento denominada

coagulação, pode-se em seguida, tratar de reuni-las umas ás outras formando os denominados flocos.

Para tanto, deve-se manter a água em agitação durante certo tempo, de forma que as partículas desestabilizadas choquem-se entre si.

No início do processo, existem, na água em tratamento, muitas partículas desestabilizadas a serem reunidas. Por este motivo, e para propiciar condições favoráveis ao choque entre elas, a agitação inicial é intensa.

Com o passar do tempo, os flocos que se formam como resultado desses choques vão se tornando menos numerosos e mais volumosos. Flocos maiores não resistem a agitações intensas podendo rompê-los. assim, a intensidade da agitação vai sendo reduzida com o tempo, e os flocos crescem cada vez mais ao longo do processo.

Os floculadores podem ser mecanizados (Introduz-se equipamentos mecânicos capazes de manter a água em constante agitação, onde o grau de agitação vai diminuindo de câmara após câmara) e hidráulicos ( Faz com que a água percorra um caminho cheio de mudanças de direção, através das chicanas ).

Figura 31 - Floculadores Mecanizados e Hidráulicos

Decantação Após sair do floculador espera-se que praticamente toda a matéria em suspensão existente

na água esteja aglutinada entre si e com o hidróxido de alumínio, constituindo o que se denomina de flocos. Da mesma forma, espera-se que esses flocos tenham adquirido tamanho e peso suficiente para que possa ser separado da água em tratamento através da decantação, ou seja a separação por ação da força da gravidade. A água decantada é removida por calhas coletoras para esse fim.

Nos decantadores retangulares a água após ser admitida percorre a extensão do decantador com velocidade muito baixa, até atingir a zona de saída, já os circulares a entrada da água se faz pelo centro do decantador onde os flocos vão lentamente decantando e a água clarificada transborda em calhas coletoras de água, são tão eficientes quanto os retangulares.

Figura 32 Decantadores Retangulares e CircularesDecantador retangular e circular

Um outro tipo de decantador é o laminar, que parte da mesma filosofia do decantador

retangular, mas com uma adaptação, que consiste em adaptar bandejas intermediárias, fazendo com que seu comprimento seja reduzido. O objetivo disto é obter eficiências comparáveis às dos decantadores convencionais em unidades de menor volume, desde que elas sejam dotadas de

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fundos múltiplos. A água floculada é introduzida sob as placas. Ao escoar entre elas, ocorre sedimentação dos flocos. A água decantada sai pela parte de cima do decantador, após haver escoado entre as placas paralelas, e é coletada por calhas coletoras. As bandejas, ou módulos para a decantação laminar (que podem ser placas paralelas ou dutos superpostos, de diversas seções) são dispostos de modo a formarem um ângulo com a horizontal superior a 50º. Este módulos devem ser leves, por isso constituído de plástico e sendo muito fáceis de serem instalados.

Essa inclinação assegura que à medida que os flocos vão se sedimentando em seu interior, e aglutinando-se uns aos outros, as maiores massas de flocos vão se formando adquirem peso suficiente para se soltarem dos módulos e se arrastarem em direção do fundo. Dessa forma, os flocos removidos pelo decantador acabam por se precipitarem para o poço de lodo, onde permanecem acumulados até serem removidos através da abertura da descarga de fundo.

Figura 33 - Decantador Laminar

A descarga de fundo tem, como principal finalidade, a remoção do lodo sedimentado. O lodo sedimentado é arrastado até um poço de lodo. Nos raspadores rotativos o lodo é continuamente raspado pelo equipamento, que o dirige ao centro do poço de lodo onde encontra-se instalada a tubulação de descarga. Periodicamente uma válvula de descarga é acionada durante certo tempo, para permitir a saída do lodo sedimentado.

Figura 34 Remoção de Lodo

Flocodecantação O floco-decantador é um equipamento quer

possui dimensionamento e forma física quais garantem que à água a ser tratada floculará e decantará no mesmo equipamento. Este processo é muito utilizado em indústrias de bebidas para o tratamento de água.É claro que quanto maior o tempo de retenção melhor será a limpidez da água, pois as partículas terão mais tempo para sedimentar. É bom frisar que quanto maior for o tempo de retenção, maior será o tempo em que os filtros serão mantidos limpos. No fundo deste equipamento há descargas que possibilitam a remoção do lodo depositado na base, devendo ser aberta periodicamente para evitar o acúmulo do lodo no fundo

dos tanques de mistura.

Figura 35 Flocodecantador

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Tratamento de Água e Esgoto

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Filtração Após decantada, a água em tratamento é encaminhada aos filtros. Denominam-se

estações clássicas de tratamento de água as estações que realizam em unidades separadas a mistura rápida, a floculação, a decantação e a filtração.

A filtração, numa estação de tratamento clássica, remove da água em tratamento, as partículas em suspensão que não foram retiradas na decantação. Juntamente com essas partículas, a filtração remove também os microorganismos que a elas estiverem associados.

Existem diversos tipos de filtros, concebidos para atuarem de diferentes formas no tratamento de água, sendo a filtração conduzida de modo ascendente ou descendente.

São os filtros rápidos mais utilizados em estações clássicas de tratamento de água. A água a filtrar é introduzida na parte superior do filtro, percola em seguida através do leito filtrante, logo após, através da camada suporte, atravessa posteriormente o fundo falso e é encaminhada, finalmente ao duto ou reservatório de água filtrada.

Os filtros são constituídos de um leito filtrante, formado por uma ou mais camadas de material granular, instalada sobre um sistema drenante, denominado “fundo falso” (tendo em vista que sob ele é que encontra o fundo verdadeiro do filtro).

Entre ambos, é instalado a camada suporte.

Figura 36 - Representação de filtros de areia

É no leito filtrante que ocorrerá a filtração propriamente dita da água em tratamento. Os materiais utilizados nos filtros das ETA’s são materiais granulares especificados adequadamente. Os materiais filtrantes ficam estratificados no interior dos filtros. Estratificado significa que os grãos menores ficam em cima; os grãos maiores ficam em baixo; e que o tamanho dos grãos vai decrescendo de baixo para cima no interior do leito filtrante.Essa extratificação ocorre porque, nessas estações de tratamento de água, a lavagem dos filtros é feita com uma velocidade ascensional suficiente para fluidificar o leito filtrante. Quando isto acontece, os grãos menores são arrastados mais para cima do que os grãos menores.

O período decorrente entre 2 lavagens sucessivas de um mesmo filtro é denominado carreira de filtração. Duas situações indicam a necessidade de se lavar um filtro:

Quando for atingida a perda de carga máxima suportada hidraulicamente pela instalação. Quando houver risco de deterioração da qualidade da água filtrada se o filtro for mantido

em operação. Normalmente as ETA’s brasileiras, a lavagem é efetuada introduzindo água tratada em

contra corrente no filtro a ser lavado, com velocidade suficiente para fluidizar o leito filtrante (ou seja expandir o leito, para separar os grãos uns dos outros). A água de lavagem é quase sempre armazenada em reservatórios específicos para esse fim.

Figura 37 - Esquema de limpeza de filtros

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Desinfecção Tem por finalidade a destruição de microorganismos patogênicos presentes na água

(bactérias, protozoários, vírus). Não se deve confundir desinfecção com esterilização (destruição de todos os organismos patogênicos ou não). A desinfecção é necessária, porque não é possível assegurar a remoção total dos microorganismos, pelos processos físico-químicos, usualmente utilizados no tratamento da água.

A água pode ser responsável por muitas doenças, servindo de veículo para a transmissão de uma variedade de microorganismos, resultantes da ingestão de água contaminada (dejetos humanos ou de animais) ou do emprego de água poluída para a irrigação, pesca e recreação, as chamadas doenças de veiculação hídrica, por isso é importante que se faça o tratamento da água.

27. Determine a vazão de hipoclorito de sódio que deve ser despejado (solução 1500 ppm)

sobre a água, para que esta apresente uma composição de 5% p/V de hipoclorito de sódio. A vazão de água é igual a 4000 L/h.

Resposta:133,3 L/h.

Cloração O cloro é largamente usado na água porque é facilmente disponível como gás sendo

facilmente comprimido em líquido; é barato, fácil de aplicar devido á sua alta solubilidade; é capaz de destruir a maioria dos microorganismos patogênicos. Uma de suas desvantagens é que ele além de ser venenoso e corrosivo reagem com substâncias orgânicas como o fenol (clorofenol) e inorgânicos como o ferro.

A ausência de umidade no cloro possibilita o uso de metais ferrosos no seu armazenamento, mas com a umidade, ele se torna corrosivo, exigindo materiais como PVC, polipropileno, borrachas, para seu armazenamento. Esta disposição é feita geralmente em cilindros , de modo que a área de disposição dos cilindros deva ser de fácil acesso e ventilada, com temperaturas de 18 a 20ºC, evitando a exposição a qualquer tipo de aquecimento, pois o cloro quando disperso na atmosfera o seu odor é perceptível à concentração baixa, sendo letal em concentrações de 1 L/m3.

A alimentação dos cloradores é feita sempre com cloro gasoso, através de cloradores à vácuo, e aplicando-o na água com o uso de difusores, o mais rápido possível. A cloração pose ser feita antes da adição do coagulante ou após a água ser filtrada, sendo que em ambos os casos a água deve garantir que haja a presença de cloro residual. O tempo de cloração irá depender da concentração de desinfetante, pH (quanto maior o pH, maior será a dosagem de cloro), temperatura da água (quanto maior a temperatura, mais rápido será a cloração).

Figura 38 – Clorador Figura 39 - Difusor

Quando o cloro é adicionado à água ocorre a seguinte reação: HOCl HCl OH Cl 22 +↔+

Em temperatura normal esta reação é completada em poucos segundos, sendo que em pH de 4,0 o equilíbrio se desloca para a direita e pouco cloro existe.

O ácido hipocloroso (HOCl) sofre ionização originando cátion hidrogênio (H+) e ânion hipoclorito (OCl-) em uma reação reversível cujo grau de ionização varia em função do pH e da temperatura:

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-OCl H HOCl +↔ + O cloro existente na forma de ácido hipocloroso e de ânion hipoclorito é definido como

cloro livre. Deixa um residual em solução de concentração facilmente determinável, que não sendo

perigoso ao homem, protege o sistema de distribuição O resíduo de cloro que permanece na água após o tempo necessário para a sua atuação é denominado cloro residual. Este resíduo é muito importante pois assegura a eliminação de todos os organismos patogênicos além de prevenir futuras contaminações durante a distribuição da água tratada.

Caso a água vier a se contaminar na rede ou nos reservatórios do sistema distribuidor, ela ainda será capaz de combater essa contaminação. A diferença entre o teor de cloro aplicado e o residual de cloro indica a quantidade de cloro consumido durante a desinfecção ( demanda de cloro). À pH 5 ou menor, a dissociação é suspensa, e então o residual é devido somente ao HClO e à pH 10 ou superior o cloro residual passa a ser devido somente ao hipoclorito.

Experiências comprovaram que pequenas concentrações de ácido hipocloroso destroem as bactérias. Formou-se então a hipótese de que o ácido hipocloroso atravessaria a membrana celular dos microorganismos e provocaria a oxidação ou simples inibição das enzimas responsáveis pelo seu processo respiratório. O fato de que os vírus são mais resistentes à atuação do cloro reforça esta teoria: como são seres desprovidos de enzimas, a sua destruição só é possível pela oxidação de toda a sua matéria protéica.

Verificou-se que o ânion hipoclorito apresenta menor ação desinfetante, isto seria explicado pela sua dificuldade em atravessar a parede celular em função da carga iônica negativa que possui.

O hipoclorito de cálcio e o de sódio são usados com freqüência em pequenas instalações. O hipoclorito de cálcio comercial é um pó branco com cheiro de cloro, contendo entre 25 a 37% em peso de cloro disponível, já o hipoclorito de sódio comercial contém 12 a 15% de cloro disponível e é fornecido sempre em solução. O dosador de hipoclorito mais utilizado é a bomba dosadora de diafragma. A solução de hipoclorito é preparada na concentração de 1 a 2,5%, em tanques colocados próximos aos dosadores e carregados periodicamente.

O cloro na forma de ácido hipocloroso pode combinar-se com a amônia ou com o íon amônio presente na água, formando cloramina, que é menos ativo que o cloro livre (cerca de 25 vezes menor), mas apresenta a vantagem de não reagir com fenóis e previne o crescimento de ferro bactérias e limo nas canalizações. A cloramina neste caso age como cloro residual pois na presença de água ele se dissocia e forma o ácido hipocloroso, que age como bacterecida. Ozonio

É um gás instável, tóxico, azulado e muito solúvel na água. É um poderoso oxidante, tem uma ação desinfetante mais intensa e mais rápida do que o cloro, por isso usado nos processos de purificação da água. É produzido no próprio local de uso e também muito tóxico. Sua ação é rápida e mais eficiente que o cloro na eliminação patogênicos, por exemplo, com um residual de 0,2 mg/L reduz mais de 99% dos coliformes. Um de seus incovenientes está o fato de seu custo ser alto tanto do equipamento como na sua produção.

3 2 O 2 O 3 → - através de descarga elétrica de alta voltagem (corrente alternada)

Desinfecção por Ultra Violeta

A fonte de UV deve emitir luz com comprimento de onda de 254 nm. O processo de desinfecção por UV deve levar em consideração a intensidade da luz que é relacionada com a vida útil da lâmpada, a distância ao local de desinfecção e a vazão da água. No comprimento de onda da desinfecção por UV as bases purínicas e pirimidínicas constituintes do DNA celular absorvem a radiação UV, o que provoca mutações letais impedindo a replicação do DNA e eliminação da célula bacteriana.

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Fluoretação A adição de flúor constitui a mais simples, segura de ofertar proteção contra cáries para as

condições brasileiras, sendo assim a mais econômica forma de se levar esse elemento à dietas das crianças.

A fluoretação da água em sistemas de abastecimento em que existe estação de tratamento é obrigatória no Brasil, de acordo com a Lei Federal N. 6050, de 24 de maio de 1974. Entretanto é importante salientar que, enquanto dosagens abaixo da adequada resultam ineficazes, dosagens elevadas poderão ocasionar a fluorese dentária, responsável pelo aparecimento de manchas nos dentes.

Diversos compostos do flúor podem ser utilizados com essa finalidade, entre os quais merecem destaque:, fluorsilicato de sódio - sólido; ácido fluorsilícico -líquido. Segundo os padrões de potabilidade do Serviço de Saúde Pública dos Estados Unidos, as concentrações ótimas do íon flúor na água dependem da temperatura da região.

Evidentemente, a dosagem a ser aplicada deverá levar em conta a concentração de flúor já existente na água bruta, de forma que, após a dosagem a concentração de íon flúor na água tratada atinja o valor recomendado anteriormente.

Correção de pH As águas após o tratamento (coagulação, decantação e filtração), ficam agressivas e

geralmente mais corrosivas do que as águas naturais. As águas tratadas, antes de serem distribuídas, recebem uma certa quantidade de cal para a elevação do pH, não bastando elevar a 7, sendo necessário remover todo o CO2, para reduzir a agressividade da água. A fina camada de carbonato formada que protege a tubulação dos ataques de corrosão e deve ser aplicada geralmente após a cloração.

Quando uma água corrosiva (ácida) é admitida num encanamento, processa-se um ataque ao material ferroso. A agressividade da água depende da: - Relação entre pH e alcalinidade; - Relação entre o gás carbônico livre e alcalinidade.

Quanto menor for a alcalinidade em mg/L, tanto maior deverá ser o pH para prevenir a corrosão. Assim uma água que tiver alcalinidade de 50 mg/L não causará manchas de ferrugem se o pH for 7,3 e não será agressiva se o pH for 8,1. Se o pH for elevado para 8,5 a água depositará carbonato de cálcio.

Foi determinado experimentalmente que a agressividade de uma determinada água pode ser reduzida, aumentando-se a alcalinidade e conseqüentemente reduzindo –se o conteúdo de gás carbônico livre. Assim uma água com 5 mg/L de gás carbônico livre (CO2), será decididamente agressiva se a alcalinidade for 7,5 mg/L de CaCO3, levemente agressiva se a alcalinidade for de 100 mg/L e definitivamente não agressiva se a alcalinidade for de 160 mg/L.

A correção de pH realizada pela adição de álcalis (principalmente a cal barrilha) neutraliza o gás carbônico e cria condições de instabilidade para o carbonato de cálcio presente na água, favorecendo a deposição da camada protetora. Quando uma água ataca o ferro com dissolução do mesmo, há decréscimo da capacidade no tubo e aquisição de ferro pela própria água. Em conseqüência acumulam-se depósitos de ferro em pontos mortos e a água em função da velocidade variável do fluxo na linha distribuída apresenta-se em determinados ocasiões avermelhadas, ferruginosas, e com sabor característico. Toda água de abastecimento se possível, deverá ser alcalina para que não se tenha problemas de corrosão nos tubos de abastecimento.

Entre os métodos de aplicação está em elevar a água até pH 8,3 (valor que se acredita eliminar o gás carbônico) pelo uso de cal e assim sabe-se a dosagem correta. Outra maneira é pelo ensaio do Índice de Langelier (I.L.), para que mantenha levemente positivo, onde faz-se a diferença entre o pH da água (pH) e o pH de saturação (pHs) - corresponde ao pH que uma amostra de água atinge quando tratada com carbonato de cálcio, este começa a precipitar-se, porque a água fica saturada..

I.L = pH - pHs

Tm (ºC) Cót (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

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Remoção de Sólidos em Suspensão e Sais Após a água ser coagulada e sedimentada, ela é enviada a etapas seguintes com o

objetivo de se tornar cada vez mais límpida, existindo a filtração, resinas e carvões por exemplo.

Osmose Reversa Processo pelo qual a água é forçada sobre pressão, através de uma membrana semi-

permeável, produzindo uma água de altíssima pureza química e microbiológica. A água irá passar de uma solução de alta concentração para uma solução de baixa

concentração de sal. Como a pressão é maior que a Pressão Osmótica, a membrana (barreia semi permeável feita de polímero como acetato de celulose ou poliamida) ira´ expulsar contaminantes orgânicos e até 99 % dos íons e até 99,9 % de vírus, bactéria e colóides da água, mas este processo não permite a remoção de gases dissolvidos.

Antes da osmose deve-se colocar filtros de partículas e de carvão ativado (devido ao cloro livre), para evitar a degradação da membrana.

Resinas A deionização é o processo de purificação que utiliza resinas sintéticas (obtidas por

polimerização do estireno, se adicionando durante o processo de obtenção 5 a 12% de divinilbenzeno) para permitir a troca seletiva de íons H+ ou OH- pelas impurezas na água. Em geral, utiliza-se uma resina catiônica e depois uma aniônica,em função da sua resistência química e física, elas funcionam como um filtro que protege as reinas aniônicas.As resinas catiônicas em geral são regeneradas com HCl ou H2SO4 de concentrações que variam de 2 a 4%. Já as resinas aniônicas são regeneradas com solução de NaOH, em concentração que varia de 2 a 10%, sendo recomendado a lavagem da coluna antes de ser aplicados as soluções para a remoção de sólidos. Há ainda os abrandadores são resinas catiônicas do tipo ciclo de sódio que trocam cálcio e magnésio por sódio e são regeneráveis por tratamento de salmoura.

O processo de deionização remove sólidos ionizáveis dissolvidos e gases ionizados dissolvidos. Não remove material particulado, bactérias e pirogênio. Como vantagens se ressalta o custo baixo, fácil operação e é regenerável.

Assim um exemplo do que ocorre com a água é visto a seguir: Reação que ocorre na resina catiônica:

( ) 32223 COH 2 RCa RH HCOCa +→+

Reação que ocorre na resina aniônica:

( ) OH 2 RCO OHR COH 23232 +→+ Utiliza-se o deionizador com leito

separado, que permite a regeneração das colunas. A qualidade da água que é produzida na deionização, é relacionada com a forma com que as resinas foram regeneradas.

Indica-se a utilização de filtro de carvão ativado antes do deionizador para retirada do cloro residual e matéria orgânica que será adsorvida pelo carvão ativado. O cloro residual deve ser removido para não oxidar a estrutura da resina com o tempo.

A reação que passa nessa remoção é :

222 CO HCl 4 OH 2 C Cl 2 +↔++ Com a retirada do cloro residual, a flora bacteriana tende a crescer podendo gerar

pirogênicos, sendo necessário, pelo menos a cada 15 dias a aplicação de um processo de

Figura 40 Representação do funcionamento de uma resina catiônica -aniônica

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desinfecção com derivado clorado orgânico, o que não é indicado devido a interação que existe com a resina, então indica-se o uso de Ultra Violeta.

Remoção de Ferro Águas com ferro (na forma ferroso - Fe+2) e manganês (manganoso - Mn+2), são formas

solúveis que se não removidas formam óxidos amarronzados que alteram cor e sabor da água, gás sulfídrico dissolvido provoca alteração no gosto e sabor (gosto levemente metálico). O ferro além de se depositar em tubulações, promove o aparecimento de ferrobactérias. Em ETE’s o ferro funciona como nutriente. A Organização Mundial de Saúde (OMS) não estabelece concentração limite para o Ferro, cita que as concentrações da ordem de 2 mg/L podem ser consumidas sem risco para a saúde e 0,5 mg/L de Manganês. Entre os vários processos para remoção de ferro nas águas incluem-se a oxidação com oxigênio do ar ou cloro seguida de contato ou filtração e a aeração (torna-os insolúveis), seguida de coagulação, decantação e filtração.

( ) ( ) OH 2 8CO OHFeO 4 O HCOFe 4 22223 ++↓→+

( ) ( ) HCl 2 4CO OHFeO 2 Cl HCOFe 2 2223 ++↓→+

Carvão Ativado

Carvão Ativado Na remoção dos gostos, odores e cor da água pelo carvão ativado, o material pode ser aplicado como pó seco diretamente na água, em um ou mais pontos precedendo a filtração ou a sedimentação, ou a água pode passar através de um leito de carvão ativado. Pode ser aplicado também acompanhando substâncias químicas do processo de tratamento como o sulfato de alumínio. O carvão ativado é também utilizado na retirada de algas, além de retirar gás sulfídrico, matéria orgânica e certo resíduos industriais como fenol e derivados. Não tem atuação sobre os sais minerais que são retirados pelo processo de dessalinização.

O carvão ativado é um material de carvão poroso, com tamanho médio do poro de 20 Å, que tem a capacidade de adsorção de resíduos orgânicos e de ácido hipocloroso. É a experiência mais antiga de remoção de precursos de trihalometanos, também adsorve, outros derivados clorados, que são utilizados como defensivos agrícolas.

A utilização do carvão ativado, em geral, carreia partículas de carvão para a água tratada, sendo aconselhável se colocar um filtro de 1 µm após o filtro de carvão ativado. Em função de retirar o cloro residual da água, permite o crescimento de microorganismos, principalmente no deionizador, que está após o filtro de carvão. Indica-se a utilizaçãode filtros antes da utilização do carvão ativado, pois as partículas em suspensão podem gerar entupimentos nos canais formados dentro do cartucho de carvão ativado, antes dele ser saturado.

O carvão após algum tempo de operação perde sua atividade e pode ser reativado passando-se vapor pelo leito do filtro. Quando sua eficiência na remoção do cloro cair a valores indesejados, ele deve ser substituído.

Águas de Caldeira Caldeiras são equipamentos destinados a gerar vapor podendo ser do tipo fogotubulares e

aguatubulares. Utilizam como material o aço carbono, pois formam quando atacados uma película de proteção nas condições normais de operação.

Figura 42 Representação de remoção de ferrro

Figura 41 Aerador

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Tabela 9 Impurezas e consequencias delas nas águas de caldeiras

Impurezas doenças Cor e/ou turbidez corrosão Incrustração Deterioração resinas arraste Gás carbônico x Oxigênio x Amônia x Gás Sulfídrico x Dureza (Ca +2 e Mg +2) x x Ferro e Manganês x x x x Sílica x x x Sólidos Totais Dissolvidos x x x x Sólidos Suspensos Totais x x x x Matéria Orgânica x x x x Microorganismo x x x

Corrosão em Caldeiras A corrosão em caldeiras é um processo eletroquímico que pode se desenvolver nos

diferentes meios: ácido, neutro e básico. Evidentemente que, em função do meio e da presença de oxigênio se pode fazer uma distinção relativamente à agressividade do processo corrosivo: meio ácido aerado é o de maior gravidade, sendo o básico não-aerado o de menor gravidade.

Tabela 10 Reações de formação de corrosão

Meio Ácido Meio Básico Aerado Meio Básico não aerado

2e Fe Fe 2 +→ +

2H 2e H 2 →++

22 H Fe 2H Fe +→+ ++

2e Fe Fe 2 +→ + -

2 2OH 2e O21 HOH →++

( )2-2 OHFe 2OH Fe →++

( ) 22432 H O2H OFe OHFe 3 ++→

2432 4H OFe OH 4 Fe 3 +→+

Fatores Aceleradores

pH ácido: A corrosão ácida se deve a águas de baixo valor de pH, devido ao uso de águas de poços artesianos com pH menor do que 6 ou devido ao escape de ácidos regeneradores nas unidades de desmineralização. Oxigênio: O oxigênio pode ocasionar corrosão por aeração diferencial e fratura da magnetita protetora, estabelecendo pilha galvânica. Hidróxido de Sódio – Corrosão Cáustica: Hidróxido de sódio é usado na água de caldeira para elevar o valor de pH, preservando um fino filme protetor. Entretanto, quando em concentrações elevadas (acima de 5%), reage diretamente com o ferro.

Dureza Águas duras são aquelas que incrustação tubulações e caldeiras, dificultando a

transferência de calor, custo na manutenção, super aquecimento do tubo com possibilidade de rompimento e risco de explosão. De um modo geral, ela é devida à presença de Cálcio e Magnésio, ferro ferroso e manganês manganoso.

São classificadas em Dureza Temporária e Dureza Permanente - Dureza Temporária: Os bicarbonatos, pela ação do calor ou pela reação com substâncias alcalinas provocam a formação de carbonatos, que são insolúveis e precipitam, formando as incrustações:

( ))( )(

CO OH CaCO calor HCOCa 22323

InsolúvelSolúvel

++→+

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- Dureza Permanente: Deve-se a presença de sulfatos ou cloretos de Cálcio ou Magnésio em solução. O calor não tem ação sobre este tipo de dureza, somente é influenciada pelas substâncias alcalinas.

423324 SONa CaCO CONa CaSO +→+

Tabela 11- Classificação da água pela dureza

Classificação Valor Água mole Menor que 50 mg CaCO3/L Dureza Moderada 50 a 150 mg CaCO3/L Dura 150 a 300 mg CaCO3/L Muito Dura Maior que 300 mg CaCO3/L

28. Calcular a Dureza de uma água (antes e após uma resina) que foi analisada em um laboratório, gastando na titulação com uma solução de EDTA (0,01 mol/L – fc = 1,020) 8,0 mL na água antes da resina e 0,3 mL após a resina.Considere que a análise foi efetuada em 100 mL de água e com uma diluição de 4 vezes. Verifique a eficiência da resina em % de remoção de dureza. Classifique a dureza da água antes da resina e verifique se esta água pode ser usada em uma caldeira (antes e após a resina) de média pressão.

Resposta: 326,4 mg/L CaCO3; 12,24 mg/L CaCO3; 96,25%.

Tabela 12 Métodos de remoção de determinadas substâncias da água de caldeiras

Tabela 13 Valores permitidos de determinadas substâncias na água

Processos x Impurezas O2 CO2 NH3 H2S Ca2+ Mg2+ Fe, Mn Sílica STD SST Cor/turb. Aeração X X X X Clarificação X X X Desaeração X X X X Abrandamento X X Troca catiônica X X X Troca aniônica X X

Externo

Desmineralização X X X X Sulfito de Sódio X Hidrazina X Fosfatos X

Interno

Quelatos X X

Figura 43 Dureza em tubo devido a carbonatos Figura 44 Dureza em tubos devido a fosfato

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Produtos Utilizados nas águas de caldeiras

Alguns produtos são utilizados com o intuito de fazer a remoção de problemas encontrados nas águas de caldeiras. Estes produtos são comprados prontos e de não formulação não apresentadas (segredo do fabricante), sendo apenas informado o princípio ativo, usados principalmente para a remoção de gases (gás carbônico e oxigênio) e dureza da água.

Deve-se remover gases com a finalidade de controlar o processo corrosivo no sistema.

Combate ao Oxigênio Dissolvido

Utilização do sulfito de sódio O sulfito de sódio ( Na2SO3 ) é usado como sequestrante,que se faz através da reação:

2 Na2SO3 + O2 → 2 NaSO4 Normalmente utilizado em fábricas em que ocorre o contato entre vapor e produtos

alimentícios e farmacêuticos. O inconveniente do sulfito de sódio é que o sulfato de sódio formado pela reação, sendo um produto sólido, aumenta a concentração de sólidos na caldeira, exigindo contínuas descargas para a manutenção do total máximo permissível. Além disso, o sulfito se decompõe em altas temperaturas, originando SO2 e H2S, que são corrosivos. Utilização de Hidrazina

A hidrazina ( N2H4 ) é um líquido claro, miscível com a água e comercialmente encontrada sob a forma de hidrazina hidratada, N2H4 . H2O, em soluções de 15 a 60 % em peso. Sua principal propriedade química é de ser um redutor poderoso, sendo por isso usada para combate oxigênio dissolvido: N2H4 + O2 → H2O + N2

A remoção de oxigênio pela hidrazina produz água e nitrogênio, gás inerte que se desprende com o vapor, e é expelido no deaerador (equipamento que remove gases por ação de calor antes de entrar na caldeira). Ao contrário do sulfito de sódio, o uso de hidrazina evita o aumento de sólidos dissolvidos na água da caldeira.

Outros redutores, são utilizados em caldeiras de média e alta pressão, tanto pela eficiência quanto pelas suas propriedades não-cancerígenas, ao contrário da hidrazina. Entre eles estão a hidroquinona, dietilidroxilamina, metiletilcetoxima, carboidrazida e eritorbato.

29. Determine a quantidade de hidrazina a ser usada para tratar a água com concentração de

oxigênio igual a 2 ppm devendo chegar a 0,001 ppm de O2. Sabe-se que a proporção de hidrazina é a mesma de oxigênio , e que a hidrazina é comprada em uma solução onde a mesma representa 0,030 % da solução.

Resposta: 6,67 L.

Combate ao Gás Carbônico

O gás carbônico (CO2) quando dissolvido em água forma o ácido carbônico, que baixa o valor do pH do meio, e conseqüentemente provoca a corrosão. CO2 + H2O → H2CO3 H2CO3 → HCO3

- + H+ HCO3-→ H+ + CO3

2-

Com a presença simultânea de O2 haverá nova liberação de CO2 e o processo se toma autoperpetuante: 4 Fe(HCO3)2 + O2 → 2 Fe2O3 + 8 CO2 + 4 H2O

Uma classe de inibidores conhecida como "aminas neutralizantes" é geralmente utilizada para evitar a corrosão pelo gás carbônico.

Pressão pH Oxigênio Alcalinidade como OH-

Dureza Total como CaCO3

Fosfato (PO4)3-

Sulfito (Na2SO3)

Sílica (SiO2)

Sólidos Dissolvidos

Sólidos em Suspensão

Hidrazina Residual

Kgf/cm2 - ppm ppm ppm ppm ppm ppm ppm ppm Ppm Baixa Pressão 3,5 – 7,0

11-12 0,03 200 -500 Zero 40 – 60 40 – 60 250 3000 3 0,1 -

Média Pressão 7,0 -28,0

10,5 – 12 100 -300 Zero 30 -50 30 – 50 200 3000 2,5 0,1 -

Alta Pressão 28 – 42

10 -11,5 0,005 50 - 100 zero 20 -40 20 -40 50 2500 1,5 0,05 -

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A amônia , NH3 na presença de água forma hidróxido de amônio, a qual neutraliza o ácido carbônico e eleva o pH NH3 + H2O → NH4OH NH4OH + H2CO3 → (NH4)2CO3 + H2O

A cicloexilamina ( C6H11NH2 ) e a morfolina ( C4H9NO ) são as aminas neutralizantes mais freqüentemente utilizadas.

Os valores de pH utilizados no controle da corrosão variam entre 8,0 e 9,0. O problema deste sistema é que quando não operado corretamente pode conduzir a corrosão localizada.

Controle de Incrustações

Utilização de fosfatos (Tratamento Convencional) Este tratamento químico provoca a precipitação de lodos mais moles e menos aderentes,

ao invés de incrustrações, podendo ser removido por purga pelo fundo da caldeira. 10 Ca 2+ + 6 PO4

3- + OH- → 3 Ca3(PO4)2.Ca (OH)2 - Hidróxiapatita Os fosfatos normalmente utilizados incluem ortofosfatos, como ortofosfato monossódico (

NaH2P04), e polifosfatos como o tripolifosfato de sódio (Na5P3O10 O tratamento com fosfatos pode ser coadjuvado por agentes dispersantes, tais como

tanino, amido, lignina ( polímeros naturais), ou poliacrilamidas e poliacrilato de sódio ( polímeros sintéticos ). Esses agentes têm a função de dispersar a borras formadas na caldeira e causadas pelas precipitações, principalmente, de cálcio e magnésio. As borras dispersas têm menor tendência em formar incrustrações sobre os tubos das caldeiras.

As quantidades de polímeros a serem usadas dependem da qualidade da água de alimentação das caldeiras, especialmente da dureza dessa água. Em geral recomenda-se injeção contínua de 2 a 15 ppm de polímero. O valor do pH deve ser ajustado para 10 -11 com a utilização de soda cáustica.

Torre de Resfriamento Após a água passar pelo equipamento de troca térmica, ela retorna para um reservatório –

torre de resfriamento, onde ela circula através do ar, para diminuição da temperatura. (SANTOS FILHO,1985). O tratamento químico deste sistema, há que se levar em conta o fato do aumento das concentrações de produtos químicos devido ás perdas por evaporação, exigindo uma reposição de água no sistema e descargas para manter o teor de sólidos em níveis considerados aceitáveis.

Três fatores que devem ser controlados contribuem para os problemas no sistema

1.Contaminações Microbiológicas Causadas por fungos, bactérias e algas, que em condições favoráveis causam corrosão,

bloqueiam tubos e através de processos corrosivos misturam água de resfriamento contaminada com determinado produto, colocando em risco a qualidade sanitária.

As algas crescem boiando na superfície da água, ou fixada na parede da torre. Para seu desenvolvimento precisam de ar, luz e água condições de pH (5,5 a 8,9) e temperatura adequadas (20 a 40º C). Assim produzem oxigênio que acelera a corrosão (Ex. a alga verde). Fungos requerem umidade para seu crescimento, em geral, não crescem debaixo d’água, uma vez que necessitam de oxigênio atmosférico. São encontrados acima do nível de água, ou associados ao lodo bacteriano.

O crescimento destes microorganismos deve ser controlado, pois ao se depositar no trocador de calor impede a ação do inibidor, devido ao acúmulo de lama. São causadas pelo ar que transporta bactérias e fungos, além da água de reposição que carreia bactérias e algas.

Entre os meios inibidores estão: - Derivados Clorados: Feito por cloro ou hipoclorito de sódio ( 0,5 a 1 mg Cloro Residual Livre/L) dióxido de cloro (ter de se produzi-lo no local); - Compostos Organoestanosos e Organosulfurosos

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2.Controle da Incrustação O controle pode ser feito por Floculantes que provocam a aglomeração catiônica de

partículas em um floco leve e fofo, que fica suspenso na água, sendo os flocos removidos pela purga (descarga); Dispersantes que são polieletrólitos aniônicos usados para gerar cargas negativas, que interferem na aglomeração das partículas e na sua atração às superfícies metálicas. As partículas são envolvidas com o dispersante e, em função da carga negativa em excesso na superfície da matéria em suspensão, os sólidos se repelem mutuamente; Polieletrólitos não iônicos tem sido úteis no controle de contaminantes de características oleosas. Eles atuam dispersando o óleo em minúsculas gotas que se distribuem na água de modo uniforme, sendo facilmente retirado por meio das descargas de fundo;. Quelantes reagem com os íons metálicos gerando complexos solúveis e estáveis.

3. Controle da Corrosão -Cromatos: São os mais baratos e os mais eficientes inibidores para refrigeração devido a formação de óxidos, os cromatos são extremamente tóxicos. - Polifosfato (Hexametafosfato e Tripolifosfato de sódio) em certas condições na presença de cálcio e/ou magnésio, pode levar a formação de lama, induzido a precipitar, provocando o processo incrustante severo e gerando pites que aceleram a corrosão.

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Referência: ANDREOLI, Cleverson V. VON SPERLING, Marcos, FERNANDES, Fernando. Lodo de Esgotos: tratamento e disposição final.Belo Horizonte. Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental – UFMG; Companhia de Saneamento do Paraná. 2001. NUNES, José Alves. Tratamento Físico-Químico de Águas Residuárias Industriais.3ª Edição. Aracajú: Gráfica e Editora Triunfo Ltda. 2001. VIANNA, Marcos Rocha. Hidráulica aplicada às Estações de Tratamento de Água.Belo Horizonte: Instituto de Engenharia Aplicada, 1992. VON SPERLING, Marcos. Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de esgotos. 2.ed. – Belo Horizonte: Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental. Universidade Federal de Minas. 1996. ANDREOLI, Fabiana de N., SOTTORIVA, Patrícia R. S. Apostila de Capacitação em Tratamento de água. Curitiba: SEED – PR.2006. GIORDANO, Gandhi. Tratamento e Controle de Efluentes Industriais.Rio de Janeiro: Departamento de Engenharia Sanitária e do Meio Ambiente – UERJ.2005. GENTIL, Vicente. Corrosão. 3ª Edição. Rio de Janeiro: Editora Guanabara Dois. 1996. BRAGA, Mª Cristina. Notas de Aula de Ciências do Ambiente. Curitiba: UFPR 2004. SANTOS FILHO, Davino F. Tecnologia de Tratamento de água. 3ª Ed. São Paulo: Ed. Nobel. 1989. RITCHER, Carlos, AZEVEDO NETO. Tratamentos de água. São Paulo: Editora Edgard Blücher Ltda. 1991. MACEDO, J.A.B. Águas e Águas. Belo Horizonte: Editora CRQ MG. 1982.


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