1

Universidade Federal de São João Del Rei Departamento de Engenharia Química e Estatística

Laboratório de Engenharia Química II

Estação de Tratamento de Água

Bruna Barbosa – 094550009

Eliziane Oliveira – 094550007

João Paulo Vaz – 094550041

Nara Andrade – 094550046

Professor Alexandre Bôscaro

Ouro Branco, Agosto de 2014

2

Universidade Federal de São João Del Rei

Estação de Tratamento de Água

Trabalho realizado na disciplina

Laboratório de Engenharia Química II

Como parte da avaliação referente

ao segundo semestre de 2014.

Prefessor: Alexandre Bôscaro

Ouro Branco, Agosto de 2014

1

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO .................................................................................................................... 2

2. DESCRIÇÃO DO PROCESSO ............................................................................................ 5

3. MODIFICAÇÕES E SUGESTÕES PARA MELHORIA DO PROCESSO ...................... 11

4. CONCLUSÃO .................................................................................................................... 12

5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................ 13

2

1. INTRODUÇÃO

A água é um dos recursos indispensáveis ao desenvolvimento de uma sociedade e, por

tanto, deve ser preservada. A água é utilizada para diversos fins (agricultura, esporte, transporte,

etc.), sendo o consumo humano de água potável, o mais importante. O tratamento de águas de

abastecimento tem como objetivo produzir água com características físico-químicas e

biológicas em concordância com os padrões de potabilidades exigidos por leis. Para isso, faz-se

uso de diversas tecnologias, visto as diferentes características de água bruta e contextos sócio-

econômicos. No Brasil, o tratamento convencional de ciclo completo

(coagulação/floculação/decantação convencional ou de alta taxa/filtração) e sua variação com

filtração direta (coagulação/pré-floculação/filtração) são as principais tecnologias empregadas

no tratamento de águas superficiais e englobam, cerca de 7500 estações de tratamento de água

[1].

A produção de água potável pode ser vista como uma indústria em que de um lado, há a

matéria prima (água bruta) e insumos (produtos químicos) e de outro lado, o produto final

(água tratada) mais perdas de energia e perdas físicas (geração de resíduos). A indústria da água

gera resíduos que podem ser prejudiciais a saúde humana e ao meio ambiente. As

características e quantidades desses resíduos podem variar enormemente, face as diferentes

tecnologias e coagulantes químicos empregados. Vale ressaltar, a importância desse aspecto na

concepção de projetos de ETAs. Muitos estudos recentes baseiam-se no tratamento e

disposiçäo do lodo gerado nas ETA`s.

A qualidade da água pode ser representada através de diversos parâmetros, que traduzem as

suas principais características físicas, químicas e biológicas.

Os itens seguintes descrevem os principais padrões de qualidade da água:

1- Padrão de potabilidade: Portaria 518 (2004), do Ministério da Saúde

2- Padrão de corpos d’água: Resolução CONAMA 357 (2005), do Ministério do

Meio ambiente, e eventuais legislações estaduais

3- Padrão de lançamento: Resolução CONAMA 357 (2005), do Ministério do Meio

ambiente.

A Tabela 1 apresenta as exigências para cada tipo de utilização da água.

3

Tabela 1 – Relação das exigências de qualidade de água de acordo com seu uso.

A base de uma estação de tratamento de águas é similar para todas companias de

tratamento, porém algumas se diferem de acordo com a utilização do produto final [2].

A ETA presente no laboratório de Engenharia Quimica CAP possui os seguintes

equipamentos/processos:

4

1- Tanque de Homogeinização

2- Gradeamento/caixa de areia

3- Correção de pH

4- Adição de agente floculante

5- Talha

6- Tanque pulmão

7- Aerador

8- Coagulador

9- Floculador

10- Tanque de sedimentação

11- Tanque de água clarificada

12- Tanque de areia

13- Tanque de desinfecção

14- Correção de pH

15- Armazenamento para envio

16- Adsorverdor e Tratamento UV.

5

2. DESCRIÇÃO DO PROCESSO

Em uma ETA, a água passa por um conjunto de procedimentos físicos e químicos para que

as condições de consumo sejam atingidas, ou seja, para que a água se torne potável. O processo

de tratamento de água garante a não contaminação da mesma, evitando assim a transmissão de

doenças.

Para a realização da prática, foi utilizada uma Estação de Tratamento de Água (ETA de

bancada) como ilustrada na Figura 1, construída em acrílico para melhor visualização do

processo. O detalhamento do processo pode ser visto na Figura 2, onde se encontra o

fluxograma do processo.

Figura 1: Estação de Tratamento de água em bancada

Figura 2: Fluxograma para uma ETA

6

Cada uma das etapas mostradas no fluxograma é explicada detalhadamente a seguir:

Captação

Na captação é feita a seleção da fonte abastecedora de água para o processo. Nesta

seleção aspectos como a localização da fonte, a topografia da região e a presença de possíveis

focos de contaminação, devem ser considerados. A captação pode ser superficial ou subterrânea.

A superficial é feita nos rios, lagos ou represas, por gravidade ou bombeamento. A subterrânea é

efetuada através de poços artesianos, com perfurações de 50 a 100 metros, nos quais

motobombas instaladas perto do lençol d’água e enviada à superfície fazem a sucção. A água

dos poços artesianos está, em sua quase totalidade, isenta de contaminação por bactérias e

vírus, além de não apresentar turbidez [3].

Tanque de homogeneização

O tanque de homogeneização possui agitação constante e é responsável pela

homogeneização da vazão e da concentração do efluente. Evita choques hidráulicos e de

concentração (carga orgânica constante), homogeneíza o pH e garante alimentação contínua [4].

Caixa de areia

As impurezas que não foram sedimentadas no processo de decantação passa por filtros

constituídos por camadas de areia ou areia e antracito, suportadas por cascalho de diversos

tamanhos, que retêm a sujeira ainda restante [3].

Calha Parshall

A Calha Parshall é um dispositivo de medição de vazão em canais abertos de estações

de tratamento de água e esgoto, mas também é utilizado para mistura rápida de reagentes,

como o coagulante das ETAs [5].

Tanque Pulmão

O tanque pulmão é um dispositivo de auxílio, responsável por regularizar o montante de

água afluente que ingressa no processo. É muito importante em caso de escassez de água na

alimentação ou mesmo para a manutenção da ETE, evitando assim um possível Star Up do

processo que apresenta custos elevados.

Aerador

Tem finalidade de aumentar o nível de oxigênio na água e a remover compostos

voláteis, oxidáveis e gases indesejáveis. Para o processo de aeração podem ser empregados

7

modelos em hélice, por sopro ou cascata. No sistema de cascatas, a água cai sucessivamente

sobre diversos degraus, permitindo a entrada de oxigênio em seu meio [6].

Coagulador

Em um tanque de mistura rápida são adicionados coagulantes como sulfato de alumínio ou

cloreto férrico, que têm o poder de aglomerar a sujeira, formando flocos possíveis de serem

removidos na sedimentação ou na filtração. Para otimizar o processo adiciona-se cal, o que

mantém o pH da água no nível adequado [3].

Floculador

Na floculação, a água já coagulada movimenta-se de tal forma dentro dos tanques que os

flocos misturam-se, ganhando peso, volume e consistência, características que otimizam o

processo de decantação [3].

Decantador

A decantação é um processo simples de clarificação de água, no qual por simples ação

da gravidade, os flocos formados no processo de floculação separam-se da água, sedimentando-

se, no fundo dos tanques de decantação.

Tanque de Lama

O tanque de lama está conectado diretamente ao decantador. Nele é armazenado o

sedimento originário da decantação da água. A lama recolhida do tanque é então descartada ou

tratada de acordo com a finalidade de seu possível uso. A lama proveniente de estações de

tratamento de esgoto é mais contaminada que aquela proveniente de estações de tratamento de

água. Portanto, ela é enviada para aterros sanitários ou indústrias cimenteiras, diferentemente

das ETA’s que podem utilizar a lama formada para adubo. O tanque de lama deve se localizar

em parte alta no processo (parte que não esteja em subsolo) para que a remoção da lama seja

facilitada.

Tanque de água clarificada

O tanque de água clarificada está conectado ao decantador. É utilizado para armazenar a

água que sai do decantador (água clarificada). Esse tanque tem uma válvula de escape que serve

para coletar essa água armazenada, caso ela possa ser utilizada sem precisar passar pelas

próximas etapas da ETA.

8

Deste tanque a água pode ser encaminhada para o filtro de areia e dar continuidade ao

processo de purificação; ou pode ser encaminhada diretamente para indústrias que a utilizam em

lavagem de equipamentos ou tingimento em indústrias têxteis, por exemplo, já que a mesma não

serve para ingestão.

Filtro de areia

O filtro de areia é um tanque preenchido de areia e outros meios filtrantes, com fundo

drenante e com esgoto em fluxo descendente, onde ocorre a remoção de impurezas que não

foram sedimentadas no processo de decantação. Depois desse processo a água geralmente fica

muito mais límpida, já que, até mesmo depois da clarificação e estabilização, a água ainda é um

pouco turva. É considerado como um processo final de remoção de impurezas na ETA, portanto

é um dos responsáveis pelo cumprimento dos padrões de potabilidade da água. Na filtração, as

impurezas são retidas num meio filtrante sendo necessária a lavagem dos filtros após certo

período de tempo. Mesmo estando nesse estágio, a água ainda pode conter algum tipo de vírus.

Sendo assim ela passa por uma desinfecção [7].

Tanque de desinfecção

Nos tanques de desinfecção de tratamento de água, geralmente é utilizado um produto

que contenha cloro para eliminar alguns microrganismos causadores de doenças que ainda estão

presentes na água. O cloro age como desinfetante (inativando ou destruindo os microrganismos

patogênicos, algas e bactérias de vida livre) e como oxidante de compostos orgânicos e

inorgânicos presentes. Uma vantagem de sua utilização é o fato de o cloro ser relativamente

barato, porém não é tão eficiente e não pode ser aplicado em superdosagens [8].

Tanque de correção de pH

Neste tanque, a correção do pH é efetuada através da adição de produtos químicos para

que a água não se torne excessivamente ácida ou básica. A acidez possibilita a corrosão de

tubulações e equipamentos. E correntes excessivamente alcalinas podem provocar incrustações.

No processo observado, a correção do pH da água foi feita adicionando-se soda ao tanque

destinado a esse procedimento [9].

Adsorverdor

É onde ocorre a retenção na superfície de aglomerados de bactérias ou biomassa devido

a ação adsorvente do carvão. O carvão proporciona a adsorção de uma ampla gama de

compostos orgânicos dissolvidos, presentes em efluentes, sendo empregado como pré-

tratamento da osmose inversa, na remoção de carga orgânica refratária aos processos biológicos

9

e na redução da toxicidade crônica decorrente da presença de substâncias orgânicas não

biodegradáveis [8].

Desinfecção por UV

A desinfecção é considerada um mecanismo para a inactivação/destruição de

organismos patogénicos de modo a prevenir o alastramento de doenças presentes na água para

os seus utilizadores e para o meio ambiente.

O sistema de desinfecção por Ultravioleta (UV) transfere energia electromagnética de

uma lâmpada de arco de mercúrio para um organismo de material genético (DNA e RNA).

Quando a radiação UV penetra a parede celular de um organismo destrói a capacidade

reprodutora da célula, ou seja, a radiação UV, gerada por descarga eléctrica no vapor de

mercúrio, penetra no material genético dos microorganismos e retarda a sua capacidade para se

reproduzir.

A eficiência de um sistema de desinfecção por UV depende das características da água a

tratar, da intensidade da radiação UV, o tempo de contacto dos microorganismos à radiação

UV, etc. A eficiência de desinfecção está em torno de 99,99%.

A desinfecção da água por Ultravioleta é utilizada nos seguintes casos:

No tratamento da água (ultra pura) para a indústria electrónica e de semicondutores, e

similares.

Indústria farmacêutica, por exemplo, que requer padrões exigentes para aplicações

clínicas e a medida de controlo de qualidade na produção de medicamentos.

Medidas de controle de qualidade nas cervejeiras e nos fabricantes de bebidas macias

de modo a impedir danos provocados por bactérias.

Açúcares líquidos.

Produção alimentar na parte da produção que envolve utilização de água.

Água para beber, desde sistemas à escala doméstica até sistemas de abastecimento de

grandes comunidades.

Nas máquinas de venda, de modo a prevenir o crescimento bacteriano nas máquinas da

bebida ou nos tanques de arrefecimento da água armazenada.

Água de lavagem, por exemplo na lavagem preliminar dos vegetais que vão ser

posteriormente empacotados e esquemas de irrigação em hotéis e campos de golfe.

Água de aquecimento, de modo a minimizar o risco de infecção por legionella.

Aquários, para controlar as algas.

Pisciculturas, para proteger as larvas de peixe de doenças, para desinfectar a água de

entrada e o efluente das fábricas. [10]

10

Tanques de estocagem

Tanque de Cloro

Este tanque é utilizado para armazenamento do Cloro utilizado no processo de cloração.

Cloração é o processo de adição de cloro (Cl 2) á água como um método de purificação de

água para torná-la apto ao consumo humano como água potável. A filtração e a cloração da

água diminuem significativamente a carga de micróbios.

Como halogênio, o cloro é um desinfetante altamente eficiente e é adicionado à água de

abastecimento público para eliminar agentes patogênicos causadores de doenças, tais

como bactérias, vírus e protozoários que geralmente crescem nos reservatórios de abastecimento

de água, sobre as paredes de condutores de água e em tanques de armazenamento.2 Os agentes

microscópicos de muitas doenças, como cólera, febre tifóide e disenteria mataram inúmeras

pessoas antes de métodos de desinfecção serem empregados de forma rotineira.

Tanque de soda cáustica

O tanque de soda cáustica é utilizado para o armazenamento da mesma para utilização

no processo. A soda cáustica é utilizada para corrigir o pH durante o processo de purificação da

água e é adicionada em dois pontos da ETA. A primeira correção de pH ocorre antes da adição

do agente floculante para garantir a ação do mesmo, a intenção é manter o pH ótimo para

coagulação que corresponde à situação em que as partículas coloidais apresentam menor

quantidade de carga eletrostática superficial. O objetivo é atingir o Potencial Zeta. A segunda

correção do pH ocorre na parte final do processo, antes do tanque de armazenamento/envio de

água. O pH levemente basico ajuda contra a corroção do sistema de tubulações. Uma pequena

película de carbonato formada na parede da tubulação ajuda contra a corrosão da mesma, porém

o pH não pode ser muito alto, pois levaria à inscrustações.

O tanque de soda cáustica deve ser cuidadosamente escolhido segundo às orientações de

segurança. Geralmente são tanques de aço carbono com a temperatura abaixo dos 60°C.

Tanque de Sulfato de Alumínio

Este é o tanque para estocagem de Sulfato de Alumínio. As impurezas encontradas na

água estão carregadas superficialmente com cargas negativas, o que impede o seu

aglutinamento. Para remover essas cargas é necessária a aplicação do coagulante, neste caso o

Sulfato de Alumínio. O Sulfato de Alumínio desestabiliza as partículas de sujeira aglutinando

toda a matéria em suspensão e forma flocos que ganham em densidade e se sedimentam [11].

11

Tanque de água Tratada

Após todo o processo de tratamento a água é enviada para o tanque de água tratada. Este

tanque econtra-se no final do processo para a estocagem e envio da água para o destino. A água

neste ponto deve estar de acordo com todas as exigências físicas, químicas e biológicas

regulamentadas de acordo com sua utilização final.

3. MODIFICAÇÕES E SUGESTÕES PARA MELHORIA DO PROCESSO

A estação de tratamento de água observada, apesar de se mostrar bastante eficiente, poderia

sofrer algumas modificações que melhorariam ainda mais o processo, como por exemplo, o uso

de grades e/ou peneiras para uma primeira separação das partículas sólidas de maiores

dimensões no início do processo, o que evitaria possíveis danificações nos equipamentos

utilizados durante o tratamento da água, como bombas e tubulações, por exemplo [12].

Outra alteração que poderia ser considerada é o controle do pH da água no mesmo momento

da adição do coagulante, introduzindo cal ao tanque. A cal é usada em conjunto com sulfato de

aluminio ou sais de ferro para uma melhor coagulação dos sólidos em suspensão para a remoção

da turbidez da água "bruta". Mantendo o pH apropriado para a maioria das boas condições de

coagulação. Em algumas plantas de tratamento de água, lamas de sulfato de aluminio são

tratadas com cal para facilitar o espessamento destas lamas nos filtros prensa [13].

Uma terceira modificação seria a utilização de ozônio como um método alternativo para a

desinfecção da água. Esta alternativa é mais rentável e de alta intensidade energética. Trata-se

de borbulhagem de ozônio na água, o que quebra todos os parasitas, bactérias e todas as outras

substâncias orgânicas nocivas. No entanto, este método não deixa qualquer residual para

controlar a contaminação da água, após o processo ter sido concluído [14].

Por fim, a fluoretação da água tratada seria uma forma de melhorar o seu aproveitamento,

garantindo ainda mais benefícios para a população usuária desta água purificada. Como os sais

de flúor são muito importantes na prevenção da cárie dental, quando aplicados aos indivíduos na

idade suscetível, isto é, até aos 14 anos de idade, a técnica de fluoretação de abastecimento

público é o meio mais eficaz e econômico de controle da cárie dental [12].

12

4. CONCLUSÃO

A Estação de Tratamento da Água (ETA) é constituída por uma sequência de operações que

conjuntamente consistem em melhorar suas características organolépticas, físicas, químicas e

bacteriológicas, a fim de que se torne adequada ao consumo humano.

O processo observado no laboratório mostrou a importância de cada etapa do tratamento da

água, considerando sua aplicação e viabilidade. Pôde-se observar que é possível fazer

modificações tanto nos equipamentos quanto nos produtos utilizados no processo, garantindo

resultados mais eficientes e econômicos de acordo com a aplicação, além da distribuição da

água dentro dos padrões de potabilidade e de saneamento básico, promovendo mais qualidade

de vida, saúde e higiene para toda população.

13

5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] CORDEIRO.J.S. O problema dos lodos gerados em decantadores de estações de

tratamento de águas, EESC/USP - SHS, tese de doutorado, Escola de Engenharia de São

Carlos, 342p, 1993.

[2] SPERLING, Marcos von. Introdução qualidade das águas e ao tratamento de esgotos.

2.ed. Belo Horizonte: Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental UFMG, 1996. 243 p.

[3] COPASA. Brasil (Org.). Tratamento da Água. Disponível em:

<http://www.copasa.com.br/cgi/cgilua.exe/sys/start.htm?sid=98>. Acesso em 28 de Agosto de

2014.

[4] AMORIM, E. L. C. Centro de Tecnologia, UFAL. Tratamento de efluentes domésticos e

industriais. Disponível em:

<http://www.ctec.ufal.br/professor/elca/Aula%20Tratamento%20preliminar%20Eduardo.pdf>.

Acesso em 20 de Agosto de 2014.

[5] HEMFIBRA, Brasil. Calha Parshall. Disponível em:

http://www.hemfibra.com.br/site/resource/download/calha-parshall2.pdf Acesso em 28 de

Agosto de 2014.

[6] MARTINS, Osmar. UFG, 2006. Sistemas avançados de tratamento de água e esgoto.

Disponível em: < http://eec-ufg.tripod.com/Apostila_SATAE_2006.pdf > Acesso em 28 de

Agosto de 2014.

[7] Centro de ciências naturais e tecnológicas, UNIFRA. Filtro de areia e sumidouro.

Disponível em: www.unifra.br/.../FILTRO%20DE%20AREIA.ppt> Acesso em 28 de Agosto de

2014.

[8] BRAGA, Benedito; et al. Introdução a Engenharia Ambiental. 2.ed. São Paulo: Pearson

Prentice Hall, 2007. 318 p

[9] Sistema de tratamento de água, SAAE. Sistema Autônomo de Água e Esgoto, 2006.

[10] Calderon, R. L.. (2000). "The Epidemiology of Chemical Contaminants of Drinking

Water". Food and Chemical Toxicology 38 (1 Suppl): S13–S20 pp.

[11] ROSA, André Henrique. Meio Ambiente e Sustentabilidade. Artmed; ISBN 978-85-407-

0197-7. p. 331.

[12] SAAE São Mateus. Tratamento. Disponível em

<http://www.saaesma.com.br/tratamento> Acesso em 29 de agosto de 2014.

[13] SNatural Tratamento de Água. Disponível em <http://www.agua-

tratamento.com.br/produtos-quimicos/cal> Acesso em 29 de agosto de 2014.

[14] Neumann, H. Bacteriological safety of tapwater in developing countries. 1981. Public

Health Rep.84:812-814.