1

WALTERLER ALVES DE SOUZA

TRATAMENTO DE GUA

2

Presidente da Repblica Luiz Incio Lula da Silva

Ministro da Educao Fernando Haddad

Secretaria de Educao Profissional e Tecnolgica Eliezer Moreira Pacheco

CEFET-RN Diretor Geral

Francisco da Chagas de Mariz Fernandes

Diretor da Unidade Sede de Natal Enilson Arajo Pereira

Diretor de Ensino Belchior de Oliveira Rocha

Diretor de Pesquisa Jos Yvan Pereira Leite

Coordenador da Editora do CEFET-RN Samir Cristino de Souza

3

WALTERLER ALVES DE SOUZA

TRATAMENTO DE GUA

2007

4

TRATAMENTO DE GUA Copyright 2007 da Editora do CEFET-RN

Todos os direitos reservados Nenhuma parte desta publicao poder ser reproduzida ou transmitida de qualquer modo ou por qualquer outro meio, eletrnico ou mecnico, incluindo fotocpia, gravao ou qualquer tipo de sistema de armazenamento e transmisso de informao, sem prvia autorizao, por escrito, da Editora do CEFET-RN.

Diviso de Servios Tcnicos. Catalogao da publicao na fonte.

CEFET/RN / Biblioteca Sebastio Fernandes

EDITORAO Samir Cristino de Souza

DIAGRAMAO E CAPA Aysla Monique Fernandes Ferreira

CONTATOS Editora do CEFET-RN Av. Sen. Salgado Filho, 1559, CEP 59015-000 Natal-RN. Fone: (0XX84) 4005-2668, 3215-2733 E-mail: dpeq@cefetrn.br

S729t Souza, Walterler Alves de. Tratamento de gua/ Walterler Alves de Souza. Natal :

CEFET/RN, 2007. 149 p.

Contm Bibliografia ISBN:

1. gua Tratamento. 2. Estudo Hidrolgico gua. 3. gua Utilizao. I. Ttulo.

CEFET-RN/BSF CDU: 628.16 CDD: 628.162

5

SUMRIO

Prefcio ................................................................................................

I - Introduo....................................................................................... 1. Ciclo Hidrolgico......................................................................... 2. Bacia Hidrogrfica....................................................................... 3. Consumo de gua....................................................................... 4. Parmetros de qualidade para os diversos usos da gua.......... 5. Distribuio da demanda de gua em uma localidade...............

II - Tratamento de gua....................................................................... 1. Tratamento de gua.................................................................... 2. Estao de tratamento de gua.................................................. 3. Tipos de tratamentos................................................................... 4. Elementos a serem considerados no tratamento de gua.......... 5. Finalidades do tratamento de gua............................................. 6. Parmetros de projeto.................................................................

III - Principais processos de tratamento de gua................................. 1. Aerao................................................................................... 2. Desinfeco............................................................................. 3. Clarificao.............................................................................. 4. Filtrao................................................................................... 5. Estaes de tratamento de gua compactas........................... 6. Fluoretao.............................................................................. 7. Correo do potencial hidrogeninico..................................... 8. Referncias..............................................................................

7

9 9

10 11 12 13

13 13 13 13 17 25 26

29 29 44 62

105 120 144 147 148

6

7

PREFCIO

O presente trabalho tem por objetivo apresentar os principais tipos de tratamento de gua empregados pelos servios pblicos de abastecimento de gua, procurando sintetizar o mximo possvel todos os contedos de modo a torn-los mais acessveis aos estudantes dos cursos tcnicos.

Considerando o fato de que medida que o desenvolvimento aumenta, se verifica uma interferncia cada vez maior do homem sobre os mananciais, tornando-os mais poludos ainda, de modo que a gua a ser fornecida a populao, quer para seu consumo direto, quer para o emprego industrial, necessite de tratamentos mais intensos e melhores. Assim as empresas fornecedoras de gua tm aumentado em muito os custos sem o tratamento de gua inclusive com o treinamento e contratao de mo de obra especializada.

Neste livro efetuamos um pequeno estudo hidrolgico da gua, contemplando o ciclo hidrolgico, as bacias hidrogrficas em quanto relacionamos os usos da gua e principais requisitos de qualidade, bem como as demandas da mesma. Quanto ao tratamento, relacionamos os principais elementos a serem considerados juntamente com os principais produtos qumicos, materiais e equipamentos, as finalidades do tratamento, parmetros de projeto, principais mtodos de tratamento. Para tanto foram consultados outros livros e catlogos dos fabricantes de materiais e equipamentos.

Finalmente tambm so apresentados exerccios resolvidos para que o aluno possa firmar melhor sua aprendizagem.

8

9

I - INTRODUO

1 - CICLO HIDROLGICO A gua tem a sua ocorrncia na natureza sob a forma slida,

representada por neve, gelo e granizo, sob a frmula lquida, como a gua da chuva e sob a forma gasosa que a neblina, tendo como base o ciclo hidrolgico, de modo que a radiao do Sol, provoca a evaporao das guas dos rios, dos lagos, da vegetao e dos oceanos, formando as nuvens . Quando ocorre a precipitao, podemos ter chuva, neve ou granizo que por sua vez, formam geleiras, rios ou lagos.Parte dessa gua se infiltra no solo,indo recarregar os lenis subterrneos,que por sua vez, surgem na superfcie atravs das nascentes, de modo a fornecer a gua para a vegetao e mantendo todos sistemas biolgicos. J outra parte que se infiltrou restituda a atmosfera por meio da evapotranspirao. A precipitao infiltrada tambm vai alimentar os rios, lagos e os oceanos, tambm mantendo a vegetao e os sistemas biolgicos.

Figura 1: Ciclo hidrolgico

De toda a gua na natureza,97,4% salgada (oceanos) e o restante, 2,6% representado pelos rios, lagos e fontes subterrneas, ou seja, a superfcie do planeta de 510.000.000 km, e as guas correspondem a 70,8% desta superfcie totalizando 361.000.000 km, no entanto, a maior parte desse percentual no tem um aproveitamento

10

direto, pois formam as geleiras e lenis profundos, onde a captao se torna economicamente invivel. Desse percentual aproveitvel, cerca de 0,3 %, a maior parte, est poluda ou no oferece condies para consumo.

GUA 100%

GUA SALGADA 97,4%

GUA DOCE 2,6%

GUA DOCE SEM APROVEITAMENTO

GUA NA NATUREZA

GUA 4/5 SOLO

4/5 1/5

GUA DOCE 2,6%

2,3%

GUA DOCE APRVEITVEL 0,3%

0,01% EM RIOS LAGOS E 0,29%EM FONTES SUBTERRNEAS

GELEIRAS, LENOIS PROFUNDOS ETC.

(mais de 800m)

Figura 2: A gua na natureza

2 - BACIA HIDROGRFICA

A Bacia Hidrogrfica formada pelo ciclo hidrolgico e definida como uma rea drenada total ou parcialmente por um curso dgua ou por um sistema conectado de cursos de gua , dispondo apenas de uma nica sada. na bacia hidrogrfica que ocorrem os grandes impactos ambientais, provenientes da ocupao humana e suas mais diversas atividades, tais como os processos industriais, as atividades agrcolas, e a produo de rejeitos e dejetos humanos. Os corpos receptores, sempre foram a base da histria do homem, j que as grandes cidades foram construdas ao longo dos rios, dos lagos e dos mares.

Durante o processo de infiltrao das guas no solo, a sua composio qumica est sempre sendo modificada pelas interaes com os elementos minerais das rochas e do solo(Silva Filho,1993)

11

A gua subterrnea, alm de se um bem econmico, considerada mundialmente uma fonte primordial de abastecimento de gua para consumo humano, para as populaes que no tm acesso rede pblica de abastecimento. Apesar da ausncia de dados completos sobre as dimenses de sua utilizao, estima-se que mais de 50 % da gua potvel do Brasil provm dos aqferos subterrneos.

Figura 3: Algumas Bacias Hidrogrficas do Rio Grande do Norte

.3 - CONSUMO DE GUA Consumo Tipos

Consumo Domstico

Consumo humano, cozimento dos alimentos, asseio corporal, lavagem de roupa, lavagem de utenslios domsticos,de roupas, limpeza da casa em geral, ajardinamentos

Consumo Comercial

Restaurantes, bares, lojas, escritrios

Consumo Industrial

Transformao de matria prima

Consumo na Recreao

Balneabilidade, recreao, prticas esportivas

Consumo na Segurana

Combate a incndios

12

4 - PARMETROS DE QUALIDADE PARA OS DIVERSOS USOS DA GUA.

USOS DA GUA PRINCIPAIS REQUISITOS Agricultura: Dessedentao de animais.

Igual ao do consumo humano

Irrigao de vegetais para consumo cru.

Menos de 1000 coliformes/100mL, Menos de um ovo de nematide intestinal por litro.

Indstria Varivel, em geralmente igual ao da gua potvel, ou ainda tratamento especial

Recreao e Esttica Ausncia de materiais flotantes, se-dimentveis ou ainda que produzam odor,cor, turbidez objetveis Ausncia de substncias txicas para a vida aqutica e silvestre

Recreao com Contato Alm dos requisitos estticos,deve apresentar menos 1000 coliformes por mL, alm de obedecer aos limites para substncias txicas.

Recreao sem Contato Semelhante aos requisitos estticos

Aquacultura Menos de 1000 coliformes fecais por 100mL,em tanques de peixes; eliminao de nematides; mnimo de 5mg/L de oxignio dissolvido; ausncia de petrleo e seu derivados, alm de limites para outros parmetros.

Outras Espcies e Vidas Silvestres

Ausncia de petrleo e seus derivados, alm de limite para outros parmetros.

13

5 - DISTRIBUIO DA DEMANDA DE GUA DE UMA LOCALIDADE. Uso Domstico Asseio corporal;descarga de bacias

sanitrias;cozinhas; lavagem de roupas; lavagem de automveis;consumo humano;rega de jardins;limpeza geral; aparelhos de ar condicionado.

Uso Comercial Bares;lojas;restaurantes;cinemas; teatros. Uso Industrial Transformao da matria prima; processos

de resfriamento;instalaes hidro-sanitrias. Uso Pblico Limpeza de logradouros pblicos; irrigao

de jardins e praas; fontes; bebedouros pblicos; limpeza da rede coletora de esgotos; limpeza do sistema de drenagem pluvial; consumo nos edifcios pblicos; piscinas pblicas; recreao;

Uso Especial Combate a incndios; Sistemas de transporte; Instalaes esportivas.

Perdas Vazamentos nas adutoras; Perdas e consumo nas estaes de tratamento; vazamentos na rede de distribuio; vazamentos em reservatrios;nas instalaes sanitrias domiciliares etc.

Desperdcios Desperdcios nos pontos de consumo.

II - TRATAMENTO DE GUA

1. TRATAMENTO DE GUA o conjunto de medidas necessrias para enquadrar a gua nos padres de potabilidade pr-estabelecidos.

2. ESTAO DE TRATAMENTO DE GUA a unidade do sistema de abastecimento de gua responsvel pelo enquadramento da gua a ser fornecida a populao nos padres de potabilidade.

14

3. TIPOS DE TRATAMENTO

3.1-TRATAMENTO PARA GUAS SUPERFICIAIS

guas dos rios guas dos lagos guas das barragens

N.A.

Barragem

Figura 4: Perfil transversal

15

Figura 5: Apodi - Rio Grande Do Norte

3.2-TRATAMENTO PARA GUAS SUBTERRNEAS

Nvel fretico primitivo

Z

S

hH

Camada impermevel

Superfcie dedepresso

Nvel do Solo

N.S.

Figura 6: guas dos lenis freticos

16

Nvel piezomtrico primitivo

Curva dedepresso

Camadasimpermeveis Meio poroso

r

z he

S

H

Nvel do Solo

N.S.

Figura 7: guas dos lenis artesianos

17

filtros

DimetroInterno

dimetro interno

Dimetro dePerfurao

nvel esttico

N.D.

N.E.

Boca do Poo

Fundo do Poo

10

50

30

70

20

60

40NvelDinmico

14

Cimentao

Figura 8: Captao de gua Subterrnea - Perfil de Poo Tubular

18

4. ELEMENTOS A SEREM CONSIDERADOS NA QUALIDADE DAS GUAS

4.1. TURBIDEZ A turbidez da gua ocasionada pela presena de bactrias, protozorios, plncton e partculas de matria inorgnica, constituindo flocos com dimetros superiores a 1 (1 mcron).

4.2. COR A cor provocada pela presena de impurezas na gua que se encontram em suspenso fina, em estado coloidal ou ainda em soluo, constituindo partculas com dimetros variando de 1m (1 milimcron) a 1 (1 mcron) e s podem ser observadas atravs de microscpios de grande capacidade.

4.9.1. DISPERSO Uma disperso ocorre quando uma substncia distribuda uniformemente no seio de outra substncia, ficando finamente dividida.

4.2.1.1. SUSPENSO uma disperso opaca a luz, cujas partculas podem ser separadas por filtrao.

Ex.: Areia em um copo com gua.

4.2.1.2. SOLUO uma disperso transparente a luz, cujas partculas no podem ser separadas por simples filtrao.

Ex.: Acar em um copo com gua.

4.2.1.3. DISPERSO COLOIDAL OU COLIDES um tipo intermedirio de disperso que apresenta propriedades da suspenso e da soluo.

4.2.1.4. CLASSIFICAO DAS IMPUREZAS ENCONTRADAS NA GUA BRUTA SEGUNDO O TAMANHO

19

tomosMolculas

Colides Partculas Suspensas

Algas

MicroscpioComum

Poros de Papel-Filtro

UltraMicros-cpio

MicroscpioEletrnico

Bactrias

[m] Milimicron[] Micron[mm] Milmetros

1 10 1010

101

1010

1010

1010

2

-110-3

10-6 10-5 10-43

10-3 10 -2 10-1 1

10-23 4 5

2

6

4.3. ALCALINIDADE A alcalinidade de uma substncia produzida por impurezas que podem reagir com os cidos provocando a sua neutralizao. Assim a alcalinidade da gua definida como sendo a sua capacidade de neutralizar cidos fortes, sendo devido a presena de:

Hidrxido de sdio Hidrxido de magnsio Hidrxido de clcio Carbonato de clcio Carbonato de magnsio Carbonato de sdio Carbonato de potssio Bicarbonato de clcio Bicarbonato de magnsio

4.4. DUREZA A dureza da gua caracterizada pela presena de substncias que reagem com a gua, causando a precipitao do sabo e impedindo a formao de espuma. Tais substncias so:

Bicarbonato de clcio Bicarbonato de magnsio Sulfato de clcio Sulfato de magnsio

20

4.5. POTENCIAL HIDROGENINICO pH

Por definio potencial hidrogeninico o inverso do logaritmo decimal dos ons hidrognio (H+) em uma soluo saturada.

pH=log [ ]+H1

Exemplo: se a concentrao de ons hidrognio 10-5, ento:

pH=log [ ]+H1

= log 5101

= log 1-log 10-5= 0-log 10-5= -(-5)=5 pH=5

Considerando que os cidos se ionizam em ons hidrognio(H+) e por sua vez, as bases se ionizam em ons hidrxido (OH-), evidente que, em uma soluo, quanto maior a quantidade de ons hidrognio, maior a acidez da mesma.O potencial hidrogeninico, caracteriza o grau de acidez ou de alcalinidade que tambm pode ser chamada de basicidade, de uma soluo, expressos em uma escala do pH que vai de 0 a 14. Quando o pH igual a 7 , ocorre a neutralidade, j que as concentraes de H+ e de OH- so iguais. J um valor do pH superior a 7, indica uma soluo bsica ou alcalina, ocasio em que os ons hidrxido superam os ons hidrognio. Para um valor do pH inferior a 7, fica caracterizada uma soluo cida com a quantidade de ons hidrognio superior ao dos ons hidrxido.

21

Figura 9: A escala em pH baseada na quantidade de ons hidrognio, expressa em moles/L

4.6. ODOR Uma das caractersticas estticas da gua. O mau cheiro da gua pode ser provocado pela presena de gs sulfdrico (H2S), cloro (Cl2), ou ainda metano (CH4).

4.7. SABOR outra caracterstica esttica da gua. A presena de sais minerais, metano, cloro, alm de matria orgnica provoca alterao no sabor da gua.

4.8. POLUIO A presena de coliformes na gua caracteriza sua contaminao, alm de bactrias, protozorios, substncias txicas.

22

Contaminao da gua subterrnea pela deposio incorreta de resduos slidos e pelas perdas de red e de esgoto.

Depsito de rejeitosanitrio e lixo Vazamentos

de esgotos

Lagoa degua servida

4.9. CORROSIVIDADE Caracterizada pela presena de gs carbnico na gua (CO2), cidos diludos, cloretos, etc.

4.9.1. MTODO DE LANGELLIER Langellier estabeleceu um mtodo para determinao do carter agressivo ou incrustante de determinada gua a certa temperatura em funo das quantidades de clcio, carbonatos e bicarbonatos que representam a alcalinidade e do teor de slidos totais dissolvidos que representam a capacidade de transporte dos eltrons, atravs do nomograma, mostrado a seguir:

23

Figura 10: ndice de saturao de LANGELLIER

No eixo vertical esquerdo temos a escala representativa dos potenciais de alcalinidade (p alc) e de clcio (p clcio); as curvas indicam as temperaturas em graus Celsius, o eixo vertical direito corresponde a escala das Constantes de Temperatura; a retas s inclinada superior corresponde a dureza enquanto que a paralela inferior corresponde a alcalinidade. O eixo horizontal indica os teores de carbonato de clcio em mg/L.

Determinao do Potencial de Clcio: Partindo do eixo horizontal, do valor da dureza em clcio, traamos uma reta vertical at encontrar a reta inclinada superior; desse ponto traamos uma reta horizontal at chegar ao eixo vertical esquerdo onde encontramos o valor do p clcio .

24

Exemplo: Se a Dureza em Clcio de 150 mg/L, obtemos o valor de 2,8 para p cal.

Determinao do Potencial de Alcalinidade: Partido do eixo horizontal , do valor da alcalinidade , traamos uma reta vertical at encontrar a reta inclinada inferior, da traamos uma reta horizontal at ao eixo vertical esquerdo, onde obtemos o valor de p alc. Exemplo: para alcalinidade de bicarbonatos de 100 mg/L, obtemos para p alc, 2,70.

Determinao da Constante de Temperatura - partindo do eixo horizontal com o teor de slidos totais dissolvidos traamos uma reta vertical at encontrarmos a curva de determinada temperatura, da traamos uma reta horizontal at o eixo vertical direito, onde obtemos a Constante de Temperatura C. Exemplo: para temperatura de 50C e slidos totais de 240mg/l, obtemos C=1,7.

Determinao do pH de Saturao- pHsat= pCa +pAlc+C Exemplo: usando os elementos anteriores pHsat= 2,8+2,7+1,7=7,20

Determinao do ndice de Saturao- Isat= pH-pHsat Concluso: Se o ndice de Saturao for negativo a gua corrosiva, caso contrrio a gua incrustrante. Isat0 gua incrustrante Exemplo: Se o pH da gua referida nos exemplos anteriores igual a 8,5, temos. - Isat= pH-pHsat= 8,5-7,20=1,30 logo Isat>0, portanto a gua incrustrante

OBS- pCa= -log [ ]2+Ca onde 2+Ca a concentrao molar do on clcio. pAlc = -log [ ]3HCO onde 3HCO a concentrao molar do on carbonato.

25

PRODUTOS QUMICOS EMPREGADOS NO TRATAMENTO DE GUA. TIPOS DE TRATAMENTO PRODUTOS QUM. EMPREGADOS

Coagulao

Sulfato de Alumnio Sulfato Ferroso Sulfato Ferroso Clorado Sulfato Frrico Cloreto Frrico Aluminato de Sdio Auxiliares da Coagulao Bentonita Carbonato de Clcio Gs Carbnico Polieletrlitos Silicato de Sdio

Abrandamento Cal hidratada Carbonato de Sdio Cloreto de Sdio Gs Carbnico

Controle da Corroso Cal Hidratada Carbonato de Sdio Hidrxido de Sdio Polifosfatos de Sdio

Ajuste do pH Cal hidratada Carbonato de Clcio Carbonato de Sdio Hidrxido de Sdio cido Clordrico cido Sulfrico Gs Carbnico

Oxidao Cloro Hipoclorito de Clcio Hipoclorito de Sdio Dixido de Cloro Oznio Permanganato de Potssio

Desinfeco Cloro Gasoso Hipoclorito de Clcio Hipoclorito de Sdio Amnia Anidra Hidrxido de Amnia Permanganato de Potssio Sulfato de Amnia Oznio

Correo de Odor e Sabor Carvo Ativado Dixido de Cloro Cloro

26

TIPOS DE TRATAMENTO PRODUTOS QUM. EMPREGADOS Ajuste do Teor de Flor Fluorsilicato de Sdio

Fluoreto de Sdio Fluoreto de Clcio cido Fluorssilcico

Controle de Substncias Orgnicas

Dixido de Cloro Cloraminas

Remoo do Excesso de Cloro

Carvo Ativado Dixido de Enxofre Sulfito de Sdio Bisulfito de Sdio

5. FINALIDADES DO TRATAMENTO DE GUA

5.1. FINALIDADES HIGINICAS Remoo de bactrias, protozorios, vrus e outros microorganismos, remoo de substncias txicas, reduo do excesso de impurezas e de substncias orgnicas.

5.2. FINALIDADES ESTTICAS Correo de cor, odor, sabor e turbidez.

5.3. FINALIDADES ECONMICAS Reduo da cor, turbidez, dureza, corrosividade, da presena de ferro e mangans e correo do odor, sabor e pH.

27

6. PARMETROS DE PROJETO

Para o projeto de uma estao de tratamento de gua devem ser empregados os parmetros adotados para o projeto integral do sistema de abastecimento de gua.

6.1. ALCANCE o perodo de vida til do projeto Ex.: 20 anos

6.2. QUOTA PER CAPITA definida pela razo entre o volume de gua fornecido e a populao abastecida, durante 1 dia.

=

abastecidapopulaofornecidovolume

capitaperquota

Exs.: Natal Zona Sul 250 L/hab.dia Natal Zona Norte 200 L/hab.dia

6.3. COEFICIENTE DO DIA DE MAIOR CONSUMO K1=1,2

6.4. CONSUMO DE GUA DE LAVAGEM DE FILTROS percentual adotado: 5% sobre o volume fornecido.

6.5. PERODO DIRIO DE OPERAO o nmero de horas de operao do sistema por dia.

Ex.: 20 h/dia.

6.6. VAZO A SER TRATADA a vazo de gua tratada fornecida a populao e calculada por

36001

=

n

PqKQ Em que: Q vazo em L/s q quota per capita em L/hab.dia n nmero de horas de operao por dia K1 coeficiente do dia de maior consumo K1 = 1,2 para guas subterrneas K1 = 1,25 para guas superficiais, pois inclui 5% de lavagem dos filtros.

Obs.: se a quota per capita for dada em m3/hab.dia, a vazo a tratar obtida em m3/s.

28

EXERCCIOS a) Calcular a vazo a ser tratada para abastecer uma

populao de 14.000 habitantes com quota per capita de 180 L/hab.dia, coeficiente do dia de maior consumo igual a 1,2, operando 20 h/dia

Soluo

sLn

PqkQ /42360020

2,1180140003600

1=

=

=

b) Uma comunidade contava no ano 2000 com uma populao de 10.000 habitantes. No ano 2002, essa populao tinha aumentado para 10.400. Calcular a vazo de gua a ser tratada, considerando uma fonte de guas superficiais, alcance de 15 anos, quota per capita de 150 L/hab.dia, perodo dirio de operao 24h/dia, ano de incio da operao: 2006.

Soluo Clculo da populao de projeto

Ano do alcance: 2006+15-1=2020 Razo da progresso geomtrica

019,1

04,11000010400

1

2000200211 01

=

===

qPPq tt

o

Populao de projeto

.1457181,14570019,110000

019,11000020

2000202010

0

habPP

qPP tt

=

==

==

Clculo da vazo a tratar

hmousmouslQ

sln

PqKQ

/832,113/03162,0/62,31

/62,31360024

25,1150145713600

33

1

=

=

=

= L / s

L / s

29

c) Calcular em m3/h, a vazo a tratar de gua subterrnea, prevista em projeto, para abastecer uma populao de 6.000 habitantes, levando em conta ainda os seguintes elementos: Quota per capita: 220L/hab.dia Coeficiente do dia de maior consumo: 1,20 Perodo dirio de operao: 22h/dia

SoluohmQ

sln

PqKQ

/7236001000

20

/20360022

20,122060003600

3

1

==

=

=

=

30

III - PRINCIPAIS PROCESSOS DE TRATAMENTO DE GUA

1. AERAO

1.1. DEFINIO o processo atravs do qual gua e ar so postos em contato de modo a transferir substncias volteis da gua para o ar e substncias solveis do ar para a gua at se obter um equilbrio satisfatrio. 1.2. FINALIDADES

1.2.1. REMOO DE GASES EM EXCESSO NA GUA

- Gs sulfdrico (H2S) que causa odor desagradvel na gua;

- Gs carbnico (CO2) que torna a gua agressiva

1.2.2. REMOO DE SUBSTNCIAS AROMTICAS VOLTEIS QUE CAUSAM ODOR E SABOR

- Metano (CH4) - Cloro (Cl2)

1.2.3. INTRODUO DE GASES NA GUA a) Oxignio para precipitao dos compostos de ferro e mangans, que mancham tecidos, roupas, utenslios, aparelhos sanitrios, causam sabor desagradvel, prejudicam a preparao do caf e do ch, interferem nos processos industriais, prejudicando a fabricao de cerveja, papel, tecidos e etc; e ainda podem acarretar o desenvolvimento de bactrias ferruginosas nocivas.

b) Aumento dos teores de oxignio e nitrognio dissolvidos na gua.

1.3. AERADORES 1.3.1. DEFINIO So as unidades de um sistema de tratamento de gua que promovem a troca de substncias entre o ar e a gua.

31

1.3.2. TIPOS a) Aeradores de queda b) Aeradores de repuxo c) Aeradores de borbulhamento

1.3.3. AERADORES DE QUEDA So aqueles que utilizam a ao da gravidade para seu funcionamento. Podendo ser aeradores de cascata ou de tabuleiros.

AERADORES D CASCATA So aqueles constitudos por um conjunto de 3 ou 4 plataformas superpostas com intervalos de 0,25 m a 0,75 m, com seces crescentes de cima para baixo. A gua a ser aerada elevada atravs de uma tubulao at a plataforma superior de onde cai sob a forma de cascata, entrando em contato com o ar, sobre um tanque de coleta.

Rendimento mximo: 45% na remoo de gs carbnico.

Taxa de aplicao: 800 a 1000 m3/m2.dia.

32

Plataformas

Entrada

CB

A DVertedores

Aerador de Queda tipo Cascata

Figura 11: Aerador de Queda

Dimensionamento: rea ou seco da plataforma inferior

A

D

IQS =

em que S Seo da plataforma inferior em m2. QD Vazo a tratar relacionada ao dia de operao em m3/dia. IA Taxa de aplicao em m3/m2.dia.

33

EXERCCIOS a) Dimensionar uma aerador de queda, tipo cascata para

tratar uma vazo de gua igual a 22L/s, durante 24 horas por dia, com taxa de aplicao de 850 m3/m2*dia

Soluo Vazo diria

diamQdiammslQ

D /8,1900/8,1900360024022,0/22

3

33

=

=== L / s

Clculo da seco da plataforma inferior

2

2

236,2

236,2850

8,1900

mS

mIQS

A

D

=

===

Dimetro da plataforma

mD

mSD

688,1

688,114,3236,244

=

=

==

pi

b) Determinar o dimetro da plataforma inferior de um aerador de queda, tipo cascata, para tratar 72 m3/h de gua durante 22 horas por dia, com taxa de aplicao de 1000 m3/m2.dia.

Soluo Vazo diria diamQD /15842272 3== Clculo da seco da plataforma inferior

2584,110001584

mIQS

A

D===

Dimetro da plataforma

mSD 42,1

14,3584,144

=

==

pi

34

AERADORES DE TABULEIROS So aqueles constitudos por um conjunto de 3 ou 9 bandejas superpostas espaadas de 0,30 m a 0,75 m, com fundo de tela, tendo em uma dela uma camada de coque (carvo de pedra) ou mesmo de pedra grantica britada (brita). A gua a ser aerada impulsionada sob presso ou por gravidade at a bandeja superior, passando pela camada de coque ou de outro material e pela tela caindo sobre a bandeja imediatamente inferior at chegar a ltima bandeja de onde ela coletada para um reservatrio inferior

Rendimento mximo: 90% na remoo de gs carbnico Taxa de aplicao: 540 a 1630 m3/m2.dia

Orifcios dedistribuio

TANQUE DE COLETA

TABULEIROS COMCOQUE

ENTRADA

SADA

Aerador de Queda tipo Tabuleiros

35

Aerador de Tabuleiros (planta) N.A.

N.A.

CORTE

Reservatriode Coleta

Reservatriode Alimentao

Planta

36

POO

DECANTADOR

BOMBA TURBINADE EIXO PROLONGADO

RESERVATRIO

AERADOR DE QUEDA TIPO

TABULEIRO

BOMBAI

Tratamento de gua subterrnea: remoo de ferro - Esquema Geral

PARA A REDEDE DISTRIBUIO

Figura 12: Aerador de Tabuleiros

Dimensionamento de cada bandeja.

A

D

IQS =

Em que S Seo em m2. QD Vazo em m3/dia. IA Taxa de aplicao em m3/m2.dia.

37

EXERCCIOS a) Dimensionar um aerador de queda, tipo tabuleiro, com 5

bandejas, com camada de 10 cm de altura de coque em cada uma, para atender a populao de 8000 habitantes com quota per capita de 210 L/hab.dia, coeficiente do dia de maior consumo igual a 1,2, perodo dirio de operao 22 horas, com taxa de aplicao de 700 m3/m2.dia

Soluo Vazo diria diamQD /20162,1210,08000 3== rea da bandeja

288,27002016

mIQS

A

D===

Volume necessrio de coque

344,1510,088,2 mVc == b) Um aerador tem bandejas com reas individuais iguais a

4m2. Determinar a populao que poderia usar a gua aerada, considerando um coeficiente do dia de maior consumo igual a 1,2, quota per capita de 180 L/hab.dia, perodo de funcionamento de 20h/dia e taxa de aplicao de 750 m3/m2.dia

Soluo Vazo diria diamSIQ AD /30004750 3=== Vazo em L/s

slQ /67,4136002010003000

=

= L / s

Populao Abastecida

habitantes13890

138902,118036002067,41

36003600 1

1

=

=

=

=

=

P

P

qKnQP

n

PqKQ

c) No ano 2000, uma comunidade tinha uma populao de 4.200 habitantes. Sabendo que a taxa de crescimento

38

populacional de 2,5% ao ano, projetar um aerador de tabuleiros usando os seguintes dados:

Quota per capita: 250 L/hab.dia Coeficiente do dia de maior consumo: 1,25 Perodo dirio de operao: 24 horas Alcance do projeto: 15 anos Ano de incio de operao: 2005 Taxa de aplicao: 1200 m3/m2.dia Soluo Populao de projeto Ano do alcance: 2005 + 15 - 1 = 2019 Razo da progresso geomtrica

025,1100

5,21100

11 =+=+=xq

Populao 33,6714025,14200 200020190 0 ===

TTqPP P=6714 habitantes

Vazo diria

sln

PqKQ /28,24360024

25,125067143600

1=

=

= L / s

Vazo em m3/dia

diamQ

diamQ

D

D

/792,2097

/792,20973600241000

28,24

3

3

=

==

Seco das bandejas

2748,11200

792,2097m

IQS

A

D===

1.3.4. AERADORES DE REPUXO So aqueles que compreendem um reservatrio para coleta, sobre o qual se instalam diversas tubulaes munidas de bocais de asperso. A gua impulsionada sob presso para o conjunto de tubulaes e sai da mesma atravs

39

dos bocais, sob a forma de jato que sobem at certa altura, para a partir da carem no tanque de coleta. No percurso de subida e descida do jato, a gua entra em contato com o ar, sendo ento aerada. Rendimento: remoo de at 70% de gs carbnico Taxa de aplicao: 270 a 815 m3/m2.dia.

Reservatrio de ColetaCorte A-A

Reservatriode Alimentao

N.A.

N.A.

Bocal

N.T.

h

A A

Figura 13: Aerador de Repuxo

40

Dimensionamento Velocidade de sada nos bocais

gHCV V 2= v velocidade em m/s Cv coeficiente de reduo da velocidade (0,80 a 0,95) g acelerao da gravidade = 9,8 m/s2 H presso disponvel nos bocais em m Vazo em cada bocal

gHSCQ dB 2= QB vazo em m3/s Cd coeficiente de descarga (valor mdio = 0,82) S seco (rea) do bocal em m2 g acelerao da gravidade = 9,8 m/s2 H presso disponvel em m Altura de elevao de cada jato

HCh V =2

h altura em m Cv coeficiente de reduo da velocidade (0,80 a 0,95) H presso disponvel nos bocais em metros Tempo de exposio do jato de gua ao ar em segundos

gVT 2=

T tempo em s v velocidade de sada do bocal em m/s g acelerao da gravidade = 9,8 m/s2 Vazo a tratar (Q) em m3/s Quantidade de bocais necessrios

BB Q

Qn =

nB nmero de bocais Q vazo a tratar em m3/s QB vazo de cada bocal em m3/s

41

EXERCCIOS a) Dimensionar um sistema de aerao por repuxo

considerando os seguintes dados: Populao de projeto: 14.000 hab Quota per capita: 150 L/hab.dia Coeficiente do dia de maior consumo: 1,25 Perodo dirio de operao: 24 horas Presso disponvel nos bocais: 10m Dimetro dos bocais: 1 cm Acelerao da gravidade: 9,8 m/s2 Coeficiente de descarga: 0,82 Coeficiente de reduo da velocidade: 0,9 Soluo Vazo a tratar

smQ

sLn

PqKQ

/03038,01000

38,30

/38,30360024

25,1150140003600

3

1

==

=

=

=

Vazo de cada bocal

smQ

gHSCQ

B

dB

/0009,0

109824

01,014,382,02

3

2

=

==

Quantidade de bocais

bocais38

75,370009,003038,0

=

===

B

BB

n

QQ

n

Altura de elevao

mhmHCh V

10,810,8109,0 22

=

===

42

Velocidade de sada da gua nos bocais

smVgHCV V/60,12

60,12108,929,02=

===

Tempo de exposio do jato ao ar

sT

sgVT

57,2

57,28,960,1222

=

=

==

1.3.5. AERADORES DE BORBULHAMENTO Compreendem tanques ou reservatrios contendo a gua a ser aerada, onde se instalam prximos ao fundo dos reservatrios tubulaes perfuradas ou tubos porosos que servem para distribuir o ar em bolhas, que tendem a se elevar e chegar ao nvel da gua. Para que seja feita a distribuio do ar (bolhas), necessrio que o conjunto de tubulaes esteja interligado a um compressor de ar.

Taxas de aplicao: 75 a 1125 L/m3 (75 a 1125 litros de ar para cada metro cbico de gua)

Dimenses do tanque Profundidade: de 2,75 a 4 m Relao largura / profundidade < 2 Comprimento: funo do tempo de permanncia da gua no tanque de 10 a 20 minutos. Vazo de ar

IQQAR = QAR vazo de ar em L/s I taxa de aplicao em L/m3 Q vazo a tratar em m3/s

43

Compressorde Ar

Aerador de Borbulhamento (planta)

Compressorde Ar

N.A.

Figura 14: Aerador de Borbulhamento

EXERCCIOS a) Dimensionar um sistema de aerao por borbulhamento

considerando os seguintes dados: Vazo a tratar: 40 L/s Taxa de aplicao: 500 L/m3 Profundidade de tanque: 3,0 m Relao largura / profundidade: 1,0 Tempo de deteno no tanque: 20 minutos

44

Soluo Vazo a tratar smsLQ /040,0/40 3== Largura

mBB 313

==

Comprimento

3m

3m

Seco transversal 2933 mS ==

Vazo: 0,040 m3/s Velocidade

smSQV /004,0

904,0

===

Comprimento

mL

TVLVTL

80,46020004,0 ==

==

45

4,80

m

3,00 m

(Planta) (Corte A-A)

AA 3,00

m

3,00 m

Capacidade do compressor sLQIQAR /20040,0500 ===

Vazo de ar: min/1200/20 lsl = Presso de injeo: 3 m

2. DESINFECO

2.1. DEFINIO o processo de eliminao dos micrbios patognicos de uma gua para consumo humano ou industrial.

2.2. PRINCIPAIS AGENTES DESINFETANTES Calor Irradiao Luz ultravioleta Oznio (O3)

Permanganato de potssio (KMnO4) Compostos de cloro (hipoclorito de clcio; hipoclorito de sdio; cloro gasoso)

46

2.3. EMPREGO DOS COMPOSTOS DE CLORO

2.3.1. HIPOCLORITO DE CLCIO: Caractersticas: trata-se de um p branco com cerca de 60 a 70% de cloro ativo, com alta solubilidade na gua, estabilidade mxima de um ano, desde que esteja protegido da umidade.

Frmula qumica: Ca(OCl)2 Dosagem de cloro: 2 a 5 mg/L (ppm) Consumo dirio de cloro:

10000003600

=ndQCC

CC consumo de cloro em kg Q vazo em L/s d dosagem em ppm (mg/L) n perodo dirio de operao em horas Consumo dirio de hipoclorito de clcio

iCC CH

100=

CH consumo de hipoclorito de clcio CC consumo de cloro em kg i teor percentual do cloro no hipoclorito de clcio Volume da soluo

c

CV HS

=

100

VS volume da soluo em L CH consumo do hipoclorito de clcio em kg c concentrao da soluo em %

Vazo de dosagem

n

VQ SD = QD vazo em L/h VS volume da soluo em L n numero de horas de operao por dia

47

Dispositivos dosadores: existem vrios dispositivos dosadores, dentre os quais, destacamos as bombas dosadoras e os hidrojetores. Bombas dosadoras: so equipamentos de dosagem que operam com vazo intermitente, usando o sistema de pistes ou de diafragmas, para emprego em produtos qumicos.

Figura 15: Bomba Dosadora

Curvas de Operao de Bombas Dosadoras (vazo x presso de injeo x percentual de utilizao)

2-HIPOCLORITO DE SDIO encontrado em bombonas plsticas de 50 Kg em forma de soluo aquosa, com estabilidade mpaxima de um ms, podendo ser decomposto pela luz e pelo calor e portanto s deve ser armazenado em ambientes arejados e ao abrigo da luz

Frmula qumica: NaOCl Teor de cloro ativo: 10 % Dosagem de cloro: 2 a 5 mg/L (ppm) Consumo dirio de cloro

48

10000003600

=ndQCC CC consumo de cloro em kg Q vazo a tratar em L/s d dosagem em ppm (mg/L) n perodo dirio de operao em horas Consumo dirio de hipoclorito de sdio

iCC CH

100=

CH consumo de hipoclorito de sdio CC consumo de cloro em kg i teor percentual do cloro no hipoclorito de sdio

Volume da soluo

c

CV HS

=

100

VS volume da soluo em L CH consumo do hipoclorito de sdio em kg c concentrao da soluo em %

Vazo de dosagem

n

VQ SD = QD vazo em L/h VS volume da soluo em L n numero de horas de operao por dia

Dispositivos dosadores: bombas dosadoras, hidrojetores.

8.2.3.1 EMPREGO DO CLORO GASOSO Frmula qumica: Cl2 Acondicionamento: em cilindros pressurizados sob o estado lquido, com capacidades pa 50 e para 900 kg. Consumo dirio de cloro gasoso

10000003600

=ndQCC

CC consumo de cloro em kg Q vazo a tratar em L/s d dosagem de cloro mg/L n perodo dirio de operao em horas

49

Consumo mensal de cloro CMC CC = 30

CMC consumo mensal de cloro CC consumo de cloro em kg Quantidade de cilindros utilizados em 1 ms.

50MCCN = para cilindro de 50 kg

900MCCN = para cilindro de 900 kg

Dispositivos dosadores: para a dosagem do cloro gasoso so empregados dispositivos dosadores denominados cloradores.

8.2.3.2 DISPOSITIVOS DOSADORES Existem vrios tipos de dispositivos dosadores, dentre os quais destacamos as bombas dosadoras e os hidrojetores, para solues qumicas, e os cloradores, para o cloro gasoso.

Bombas dosadoras

Bombas Dosadoras so equipamentos de dosagem de soluo de produtos qumicos, acionados por motores eltricos, funcionando com o movimento de pisto ou de diafragma, aspirando a soluo atravs de mangueira e injetando a mesma no ponto de aplicao com presso superior a desse ponto com vazo descontnua.com o emprego de diafragma ou pisto

50

Figu

ra 16

: D

ose

- Kit

-Hem

fibra

51

Figura 17: Bombas Dosadoras de Diafragma MAXEL

52

Figura 18: Bombs dosadoras Barbar

Dimensionamento as bombas dosadoras so dimensionadas em funo da vazo de dosagem, de modo que sua capacidade mxima seja igual ao dobro da vazo de dosagem e a presso de injeo de acordo com a presso no ponto de aplicao.

53

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0 10 20

3 2 1

30 (L/h)

0 (Kg/cm)Esc

ala

(%

)

BOMBA DOSADORA

EXEMPLOS DE PONTOS DE OPERAO DE BOMBAS DOSADORAS(VAZO X PRESSO DE INVERSO X PERCENTUAL DE APLICAO)

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0 5 10 15 20 25 30 35

6 4 2 0 (Kg/cm)

(L/h)40

Esc

ala

(%

)

54

Curva de operao das bombas dosadoras( vazo, presso de injeox percentual de aplicao)

Vazo mxima da bomba dosadora QBD = QD QBD vazo mxima da bomba dosadora em L/h QD vazo de dosagem em L/h Presso de injeo

PI presso de injeo da bomba dosadora (conforme a curva de desempenho).

Esquemas de aplicao das bombas dosadoras:

Dosagem em poo tubular

N.T.

A

Bomba submersa

Valvulade reteno

RegistroBomba dosadora

Soluo

Esquema de Dosagem de Soluo de Produtos Qumicos para Poo Tubular.

Figura 19: Dosagem em poo de suco de estao elevatria

55

N.I.

POO DE SUCOSOLUO

BOMBA DOSADORA

ESTAO ELEVATRIA

Esquema de Dosagem de Produtos Qumicos em Estao Elevatria

BOMBA

Figura 20: DOSAGEM EM POO AMAZONAS

B

SOLUO

BOMBA DOSADORA

Esquema de Dosagem de Produtos Qumicos em Estao Elevatria

56

Hidrojetores: So dispositivos dosadores para solues qumicas,que utilizam a presso das bombas de recalque para atravs de dispositivos Venturi, internos, promover o vcuo, succionando as solues e injetando as mesmas nos pontos de aplicao com dosagens reguladas nos prprios hidrojetores

EXERCCIOS a) Dimensionar um sistema de desinfeco com o emprego

de soluo aquosa de hipoclorito de clcio, com os seguintes elementos:

Presso no ponto de aplicao: 26m Populao de projeto: 12.000 hab Quota per capita: 180 L/hab.dia Coeficiente do dia de maior consumo: 1,25 Perodo dirio de operao: 24 h Dosagem de cloro: 2,5 mg/L Teor de cloro no hipoclorito de clcio: 65% Concentrao da soluo: 5% Dispositivo dosador: bomba dosadora

Soluo Vazo a tratar

sLQn

kqPQ/25,31

36002425,118012000

36001

=

=

=

Consumo dirio de cloro

kgC

ndQC

C

C

75,61000000

3600245,225,311000000

3600

=

=

=

Consumo dirio de hipoclorito de clcio

kgCi

CC

H

CH

385,1065

10075,6100

=

=

=

Volume da soluo

LVc

CV

S

HS

70,2075

385,10100100

=

=

=

57

Vazo da dosagem

hLQn

VQ

D

SD

/65,824

70,207

=

==

Capacidade mxima da bomba dosadora

hLQQQ

BD

DBD

/30,1765,822

=

==

Presso de injeo PI = 3Kg/cm

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0 10 20

3 2 1

30 Q(L/h)

0 (Kg/cm)Esc

ala

(%

)

BOMBA DOSADORA

Especificao da bomba dosadora tipo: de pisto ou diafragma vazo para operao: 8,65 L/h presso de injeo : 3kg/cm vazo mxima: 17,30 L/h

58

Hidrojetores

Conceito so dispositivos dosadores que utilizam a presso da bomba de recalque para atravs de tubo Venturi promover o vcuo, succionando a soluo e injetando a mesma no ponto de aplicao a dosagem regulada no prprio hidrojetor. Esquema de ligao geral

SOLUO

HIDROJETOR

POO DESOLUO

N.T.

N.A.

Emprego de Hidrojetor para Dosagem de Produtos Qumicos

5 63 4

1 2

Emprego de Hidrojetor para Dosagem de Produtos Qumicos

1 - Hidrojetor2 - Hidrojetor3 - Tina de Soluo4 - Poo de Suco das Bombas Centrfugas5 - Bomba Centrfuga6 - Bomba Centrfuga

Figura 21: SOLANIL

59

CURVA DE DESEMPENHO

Vazo em Litros por Hora0 4 8 12 16 20

1

2

3

4

5

Pos

io

da

e

sfe

ra

HIDROJETOR

120

25

54321

95

198

Figura 22: Hidrojetores til

Cloradores

Conceito so dispositivos dosadores constitudos por um conjunto de peas e acessrios que relacionamos a seguir:te

Filtro para cloro Regulador de vcuo Medidor Limitador de vcuo Acessrios: ejetor; tubos flexveis; bomba centrfuga.

Funcionamento uma bomba centrfuga recalca gua com certa vazo aa ejetor, que pelo seu formato, com seces transversais variveis, cria um vcuo, permitindo a entrada do gs cloro no clorador, tendo antes passado por filtro para cloro, o qual retm as impurezas que so da ordem de 0,01%. A entrada do gs no clorador se d pela vlvula reguladora de vcuo que acionada por uma mola reduzindo a presso do cloro antes da sua entrada no clorador. Depois o cloro passa pelo medidor que regulado manualmente, determinando sua vazo. O medidor constitudo basicamente por um tubo rotmetro; do medidor o gs passa para o limitador de vcuo, cuja funo manter a constncia do vcuo necessrio para o funcionamento do clorador. Esquemas de clorao a gs- conforme figura na pgina a seguir.

60

INSTALAO TPICA DE CLORADOR - 70C1710(CABEA DE CILINDRO)

ARMRIO PARAEQUIPAMENTOS DE

SEGURANA

FILTRO MANMETRO DEPRESSODE GUA

BOMBA CENTRFUGA

LINHA DE SADADE SOLUO

EJETOR

1/2 ou 3/8TUBO DE POLIETILENO

PARA GS CLORO

CLORADOR

CILINDRO DE CLORO

JANELA DE EXAUSTO

CILINDROS DE CLORO

TELA CONTRA INSETOS

3/8 TUBO DE POLIETILENO P/ VENT.

BALANA

61

Capacidade do clorador

n

CC CCL =

CCL capacidade do clorador CC consumo de cloro em kg n nmero de horas de operao por dia

Caractersticas da bomba centrfuga auxiliar tanto a vazo com a presso da gua para iniciar o processo de dosagem de cloro gasoso so obtidos na tabela seguinte em funo da presso existente no ponto de aplicao e capacidade mxima do clorador, com isso se define o ponto de operao da bomba centrfuga auxiliar.

62

TIPOS DE CLORAO E DEMAIS ELEMENTOS Tipo de

Clorao Dosagem de Cloro mg/L)

Tempo de

contato

pH Cloro residual

mnimo(mg/L) Residual Combinado disponvel

1 a 5

3 horas

63

Consumo mensal de cloro

kgCCC

MC

CMC

80,38896,123030

=

==

Caractersticas da bomba centrfuga auxiliar capacidade diria do clorador

diakgCC

C

C

/96,122454,0

=

=

presso no ponto de aplicao:

2/2,2102222 cmkgm ==

Vazo e presso (relacionando na tabela a coluna de contra-presso com a linha de capacidade mxima do clorador. Temos que para contra-presso de 2,8 kg/cm (>2,2 kg/cm) e para a capacidade do clorador de 22,7 kg/dia (> 12,96 kg/dia), vazo de 11,70 L/min e presso de 7,35 kg/cm.

ponto de operao da bomba centrfuga auxiliar vazo: 11,70 L/min presso: 7,35 kg/cm2 = 73,50 m

3-CLARIFICAO 3.1-DEFINIO o processo tratamento de gua que visa reduzir a cor e a turbidez da gua.

3.2-FASES BSICAS O processo de clarificao se compe das seguintes fases bsicas: Mistura Coagulao Floculao Decantao

3.2.1-MISTURA consiste na distribuio rpida e homognea de um coagulante ou outro reagente qumico na gua a ser tratada, utilizando-se energia hidrulica, mecnica ou outro meio. Trata-se de uma operao puramente fsica que tem a finalidade de garantir a uniformidade do tratamento em

64

toda massa de gua, antes que as reaes qumicas se completem.

AGENTES QUMICOS EMPREGADOS: Coagulantes primrios: sulfato de alumnio, sulfato ferroso, sulfato frrico, cloreto frrico e outros.

Coagulantes Primrios eFaixas de pH em que so utilizados

Coagulantes

Sulfato de alumnioSulfato ferrosoSulfato frricoCloreto frricoSulfato ferroso cloradoAluminato de sdioSulfato de alumnio

5,0 a 8,08,5 a 11,05,0 a 11,05,0 a 11,0

acima de 4,0

6,0 a 8,5

Faixa de pH

- lcalis: cal virgem, cal hidratada, barrilha (carbonato de clcio), bicarbonato de sdio. Para a determinao das dosagens timas de coagulante, a serem empregados no tratamento das guas, utilizado o teste dos jarros , atravs do qual so determinadas as condies timas para a sua floculao, tendo como caractersticas o tempo e a agitao necessrios para isso.O equipamento usado para o teste dos jarros constitudo por 6 recipientes, tendo cada um eixo com rotor que gira por meio de motor eltrico(rotao em torno de 100 RPM) provocando a agitao da gua, e recebe o coagulante atravs de um funil. O teste dos jarros envolve ainda conceitos que no so objetos do presente curso, e que servem de elementos bsicos para o projeto de uma estao de tratamento de gua.

65

Figura 23: ENSAIOS DE FLOCULAO JAR-TEST

O emprego do coagulante sulfato de alumnio, funo do pH, da alcalinidade, da turbidez e da quantidade de slidos presente na gua a ser tratada; levando em conta

as caractersticas das guas superficiais do Brasil, as dosagens do referido coagulante se situam entre 5 e 50 mg/L ou ppm, porm podem chegar a valores superiores a 50 mg/L, por ocasio do inverno

O ensaio consiste basicamente na disposio de certos volumes da gua bruta nos 6 recipientes do aparelho jar test. Dentro desses bequers, so introduzidas palhetas que por vez se acoplam a um motor eltrico o qual gira, forando o giro das palhetas em uma rotao que depende do operador, geralmente em torno de 100 RPM. A finalidade desse ensaio simular no laboratrio, as fases do processo de clarificao, ou seja a mistura rpida, a floculao e a decantao. O teste iniciado com a rotao mais elevada, simulando o gradiente de velocidade da mistura rpida, quando adicionado a soluo de sulfato de alumnio, com a concentrao de 0,1%, o que corresponde a 1g por litro; a partir se utilizam doses previamente preparadas dentro da faixa de 5 a 50 mg/L, de modo crescente de 3 em 3 mg/L ou de 5em 5 mg/L. Aps a adio do coagulante que deve ser feita de modo simultneo, quando deve ser mantida a agitao por 1 ou2 minutos, quando ento

diminuda a rotao, o que permitir a formao dos flocos, em um perodo de 15 a 20 minutos, o motor ento desligado, quando ento iniciada a decantao dos flocos por um perodo de 10 a 30 minutos, ocasio em que se verificada qual o bequer tem a gua mais floculada, adotando-se a dosagem correspondente do coagulante.

Exemplo: Partindo de uma soluo de sulfato de alumnio com concentrao de 5%, para se operar com a leitura da bureta, devemos contar com uma soluo a 0,1% para isso temos:

66

5kg de sulfato de alumnio para cada 100 L ou seja 5000g para cada 100L, ou que corresponde a 50g para cada 1000mL, enquanto com a concentrao de 0,1%, corresponde a 100g para cada 100 L, ou ainda 1g para cada 1L e ainda que 1mL corresponde a 1mg; assim podemos calcular

50g/L de sulfato para ---------------1000ml 1g/L ------------------.----------------- X

X= =20 mL/L

Conclumos ento que 20mL o volume da soluo a 5% que deve ser diludo em 1 litro de gua para a obteno de soluo a 0,1%, necessria para a operao como o jar-test

A partir desta soluo a 0,1%, retiram-se quotas da mesma para serem dispostas nos bequers; desta forma ,retiramos ,por exemplo , 5mL da referida soluo, o que corresponde a 5mg, j que 1mL equivale a 1mg, que diludos em 1litro, obtemos uma soluo de 5mg/L; a soluo de 10mg/L obtida com 10mL, retirados da soluo bsica e diludos em 1 litro e assim por diante.

A rotao imposta pelo motor s palhetas,deve provocar uma turbulncia equivalente ao mximo grau de turbulncia da mistura rpida da estao de tratamento da gua, de modo geral em torno de 100 RPM,durante um perodo de 1 a 2 minutos, quando ento se diminui a rotao para 40 RPM aproximadamente que o nvel de turbulncia da floculao, durante o intervalo de 15 a 20 minutos. Depois dessa etapa, o motor desligado e aguardamos ento em um perodo de 15 a 30 minutos, a formao e o adensamento dos flocos,com a conseqente decantao dos mesmos. Finalmente feito um comparativo entre os bequers, optando-se pela dosagem daquele que apresentou melhor clarificao

Misturadores: so as unidades em uma estao de tratamento de gua responsveis pela disperso dos reagentes no seio da massa lquida, dentre os misturadores, destacamos as calhas Parshall e os misturadores mecnicos.

As calhas Parshall so dispositivos instalados na entrada das estaes de tratamento de gua, construdos em fibra de vidro, concreto, ao, etc, que pelas suas caractersticas geomtricas com seces decrescentes, garganta e seces decrescentes, fundo no trecho a montante da garganta plano, na garganta descendente, a jusante da garganta ascendente, provoca a mudana do regime de

67

escoamento lento com a brusca sobre elevao da superfcie livre da gua acompanhada de agitao e de grande dissipao de energia. Esse fenmeno fsico utilizado para a disperso dos reagentes no seio da massa lquida.

PLANTA

SEO

Ressalto Hidrulico

68

ESQUEMA TPICO DE INSTALAOJUNTO CALHA PARSHALL

FLUXO

VLVULAGAVETA 2

TUBO DE LIGAO 2A

500

W

TABELA PARA UTILIZAO DECALHA PARSHALL

CDIGO WVASO

MXIMAm/h

Ht A

101.03.01 3 100 547 155

101.03.02 6 350 700 207

101.03.03 9 850 853 293

101.03.04 1 1400 1005 457

101.03.05 1 2000 1005 483

101.03.06 2 2850 1005 508

101.03.07 3 4500 1005 559

101.03.08 4 6100 1005 610

69

Os misturadores mecnicos so constitudos por motores eltricos acoplados a um eixo em cuja extremidade inferior se instalam um rotor; com giro dos motores, os rotores tambm giram misturando os reagentes na gua.

A A

CORTE BB

CORTE AA

Figura 24: Emprego do reagente sulfato de alumnio Turbina para Disperso

70

Frmula qumica: Al2(SO4)3 Teor de impurezas: em torno de 5% Dosagem: 30 a 50 mg/L

Consumo dirio de sulfato de alumnio puro

10000003600

=

ndQCSP CSP consumo de sulfato puro em kg Q vazo a tratar em L/s d dosagem de sulfato de alumnio em mg/L n nmeros de horas de operao por dia

Consumo de sulfato com impurezas por dia

x

CC SPSI

=

100100

CSI consumo de sulfato com impurezas em kg CSP consumo de sulfato puro em kg n nmeros de horas de operao por dia x-teor percentual de impurezas no sulfato de alumnio Volume da soluo

Vs=c

CSP 100. em que Vs o volume da soluo em litros

CSP o consumo de sulfato de alumnio puro c a concentrao da soluo (peso/volume) em %

Vazo de dosagem

QD=n

VS em que QD a vazo de dosagem em L/h

VS o volume da soluo em L N nmero de horas dirias de operao

Dispositivo dosador: bomba dosadora Capacidade da bomba dosadora: Capacidade mxima: QBD=2QD Vazo de dosagem : QD Presso de injeo da bomba dosadora Conforme a curva de desempenho da bomba dosadora

71

EXERCCIOS a) Considerando os dados e o grfico a seguir, calcular a

bomba dosadora para o emprego de coagulante. Sendo dados:

Vazo a tratar 22 m3/h Perodo dirio de operao: 24 h/dia Coagulante: sulfato de alumnio com 6% de impurezas Dosagem do coagulante: 32 mg/L Concentrao da soluo: 10% Presso no ponto de aplicao: 0 m

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0 20 40 60 80 100 120 140

3 12 (Kg/cm)Esc

ala

(%

)

(L/h)

0

72

Soluo Vazo a tratar

Q=220 m3/h=3600

1000.220=61,11 L/s

Consumo dirio de sulfato de alumnio puro

10000003600

=

ndQCSP = 10000003600.24.32.11,61

=168,96 kg

Consumo dirio de sulfato com impurezas

x

CC SPSI

=

100100

=

6100100.96,168

=179,74kg

Volume da soluo

Vs=c

CSP 100. =

10100.96,168

=1689,60 L

Vazo da dosagem

QD=n

VS=

246,1689

=70,40 L/h

Capacidade mxima da bomba dosadora QBD=2QD=2.70,40=140,80 L/h Presso de injeo = 0km/cm

3.2.2-COAGULAO o processo unitrio que consiste na formao de cogulos atravs da reao do coagulante de modo que ocorra um estado geral de equilbrio eletrostaticamente instvel de partculas dentro da massa lquida. A coagulao definida pelas mudanas fsico-qumicas produzidas pela disperso, na gua, de um coagulante solvel que se hidrolisa em partculas carregadas positivamente, anulando as cargas negativas dos colides, formando com eles os cogulos.

3.2.3-FLOCULAO o processo unitrio que ocorre logo aps a coagulao, consistindo no agrupamento das partculas eletricamente desestabilizadas que so os cogulos, de modo a formar outras maiores, denominadas flocos que podero ser removidas posteriormente por decantao, por flutuao e

73

por filtrao. Para que acontea a floculao, a gua deve ser agitada de modo muito mais suave do que na mistura dos reagentes, com o emprego da energia hidrulica ou mecnica.

Floculadores Hidrulicos de Chicanas so canais divididos por placas paralelas (chicanas) constituindo cmaras nas quais a energia hidrulica dissipada. Em virtude da localizao das chicanas a gua efetua um movimento sinuoso dentro dos floculadores. Conforme a direo do fluxo de gua os floculadores se classificam em: Floculadores de Fluxo Vertical so aqueles em que a gua sobe e desce passando por aberturas inferiores no fundo do canal e por cima das chicanas na parte superior.

V2

V1

hf

VERTEDOR AFOGADO

H

ORIFCIO

Cmara com chicanas de fluxo vertical - Corte transversal.

DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES DE CHICANAS DO TIPO VERTICAL 1-Parmetros preliminares 1.1-Gradientes de velocidade : 80 a 20 s-1 1.2

-

Velocidades de escoamento : entre 0,10 e 0,30 m/s 1.3-Velocidades nas passagens : 2/3 das velocidades de escoamento

2-Fixao do nmero de canais ou setores : n 3-Fixao da largura de cada canal: bi 4-Determinao da profundidade de cada compartimento

em funo de outras unidades de estao de tratamento 5-Fixao do comprimento de cada canal : Li

74

6-Fixao do nmero de cmaras de floculao para cada canal : 7-Espaamento entre chicanas

ei= em que ei o afastamento entre chicanas em metros de um canal E a espessura da chicana em metros Ni o nmero de chicanas de um canal L o comprimento do canal em metros

8-Velocidade da gua

entre chicanas

= em que V1i a velocidade de escoamento em m/s Q a vazo em m3/s, ei o afastamento entre chicanas em metros a largura de cada canal em 9-Velocidade nas passagens

V2i= em que V2i a velocidade nas passagens em m/s V1i a velocidade de escoamento em m/s 10- Extenso Mdia Percorrida pela gua em cada Canal Li=60V1it em que Li a extenso percorrida pela gua no canal em metros V1i a velocidade de escoamento em m/s t o tempo de deteno em cada canal em minutos

11-Rio hidrulico dos canais entre chicanas

RH= Em que RHi o raio hidrulico em metros ei o espaamento entre chicanas em metros bi a largura do canal em metros

12-Perda de carga por atrito- frmula de Manning

Em que RHi o raio hidrulico em metros V1i a velocidade de escoamento em m/s Km coeficiente de Manning

75

Li a extenso percorrida pela gua no canal em metros a perda de carga por atrito no canal em metros

13-Perdas de carga nas passagens

HPi= em que: HPi e a perda de carga nas passagens alargamento e contrao da seco em metros Ni o nmero de chicanas V1i a velocidade de escoamento em m/s V2i a velocidade nas passagens em m/s g a acelerao da gravidade em m/s2

14-Perda de carga total em um canal hfi= HAi + HPi em que hfi a perda de carga total em metros HAi a perda de carga por atrito em metros HPi a perda de carga nas passagens em m

15-Gradientes de velocidade

Gi= Gi= em que Gi o gradiente de velocidade em s-1

hfi a perda de carga total no canal em m t o tempo de deteno no canal em minutos a viscosidade absoluta em N.s/m2 o peso especfico da gua em N/m3

16- Passagens sob chicanas superiores Pi=1,5ei em que Pi a diferena entre a aresta inferior da chicana superior e o fundo do floculador em metros agens em metros

76

EXERCCIO: Dimensionar um floculador hidrulico de chicanas tipo vertical, constitudo por 3 canais ou setores de floculao, com chicanas tipo vertical com vazo a ser tratada de 120 L/s, considerando ainda os seguintes elementos:

a-Gradientes de velocidades obtidos em ensaios, 45,35 e 30 s-1, para os 3 setores respectivamente b-Largura prefixada para cada canal : 0,50m c-Comprimento prefixado para cada canal: 12 m d-Tempo de deteno ou floculao : 18 minutos e-Peso especfico da gua a 20 C : 9789 N/m3 f-Espessura das chicanas em madeira : 30mm g-Profundidade : 3m

77

Soluo 1-Espaamento entre chicanas

ei=

1.1- 1 canal e1=

1.2- 2 canal e2= =1,06 m

1.3- 3 canal e3= = 1,17m

2-Velocidade d gua entre chicanas

=

2.1- 1 canal V11= =0,25 m/s

2.2-2 canal V12= =0,23 m/s

2.3-3 canal V13= =0,21 m/s

3-Velocidade nas passagens pelas chicanas

V2i=

3.1- 1 canal V21= =0,17 m/s

3.2- 2 canal V22= =0,15 m/s

3.3- 3 canal V23= = 0,14 m/s 4-Extenso mdia percorrida pela gua em cada canal Li=60V1it 4.1- 1 canal L1 =60x0,25x6=90m 4.2- 2 canal L2 =60x0,23x6=82,8m 4.3- 3 canal L3 =60x0,21x6=75,6m

78

5-Raio hidrulico dos compartimentos entre chicanas

RHi=

5.1- 1 canal RH1= =0,165m

5.2- 2 canal RH2= =0,170m

5.3- 3 canal RH3= =0,175m

6-Perda de carga por atrito nos canais

.

6.1- 1 canal .

HA1= =0,0105m

6.2- 2 canal HA2= =0,00786m

6.3-3 canal HA3= =0,00575m

7-Perdas de carga nas passagens

Hpi=

7.1- 1 canal HP1= =0,059m

7.2-2 canal HP2= =0,045m

7.3-3 canal HP3= =0,035m

8-Perda de carga total em cada canal hfi= HAi+HPi 8.1- 1 canal hf1=0,0105+0,059= 0,070m 8.2- 2 canal hf2=0,00786+0,045=0,053m 8.3- 3 canal hf3=0,00575+0,035=0,041m

79

9-Gradientes de velocidade

Gi=

9.1- 1 canal G1= =43,63 s-1

9.2- 2 canal G2= =39,96 s-1

9.3- 3 canal G3= =33,38 s-1

10-Espaos livres para as passagens sob as chicanas superiores Pi=1,5ei 10.1- 1 canal P1=1,5x0,97=1,46m 10.2- 2 canal P2=1,5x1,06=1,59m 10.3-3 canal P3=1,5x1,17=1,76m

Floculadores de Fuxo Horizontal so aqueles em que a gua assume um movimento sinuoso em relao ao plano horizontal em virtude da posio das chicanas.

V1V2

Cmara com chicanas de fluxo horizontal - planta.

80

DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES DE CHICANAS DO TIPO HORIZONTAL

1.1-Gradientes de velocidade entre 10 e 60 s-1 1.2-Lminas dgua inferiores a 1,5m

2-Espaamento entre chicanas

ei= em que ei o espaamento entre chicanas de um canal em metros

3-Espaamento entre a aresta de um chicana e a parede de um canal

si= 1,5xei em que si o espaamento entre a aresta da chicana e a parede do canal em metros ei o espaamento entre chicanas em metros

3-Largura de cada canal bi =b+si em que bi a largura de um canal em metros b largura adotada para a chicana em metros si o espaamento entre a aresta da chicana e a parede do canal em metros

4- Percurso da gua em um canal entre chicanas Lci=b+ei em que Lci o percurso efetuado pela gua no compartimento entre chicanas em metros b a largura da chicana em metros ei o espaamento entre chicanas no canal em metros

5-Extenso mdia percorrida pela gua em um canal Li=60V1iti em que Li o percurso mdio no canal em metros V1i a velocidade de escoamento da gua no canal pr-fixada em m/s ti o tempo de deteno em minutos em um canal

6-Velocidade da gua nas passagens em um canal

V2i= em que V2i a velocidade da gua nas passagens pelas chicanas em m/s

81

Q a vazo em m3/s h profundidade em metros si o espaamento entre a aresta da chicana e a parede do canal em m/s

7-Nmero de canais ou compartimentos entre chicanas em um canal

Ni= em que Ni oi nmero de canais entre chicanas Li o percurso da gua em um compartimento entre chicanas em metros Lci a largura do canal em metros

8-Perdas de carga nas voltas

Hpi= em que Hpi a perda de carga nas voltas junto s chicanas em metros Ni o nmero de compartimentos entre chicanas em um canal V1i a velocidade de escoamento da gua entre canais em m/s V2i a velocidade da gua nas voltas em m/s g a acelerao da gravidade em m/s2

9-Raio hidrulico dos compartimentos em um canal

RHi= em que RHi o raio hidrulico em metros ei o espaamento entre chicanas em metros h a lmina dgua em metros

10-Perda de carga por atrito em cada canal

HAi em que HAi a perda de carga por atrito em um canal em metros V1i a velocidade da gua no canal em m/s Km o coeficiente de Manning Li a extenso mdia percorrida pela gua em um canal em metros RHi o raio hidrulico dos compartimentos em metros

82

11- Perda de carga total em um canal hfi= HAi+HPi em que hfi a perda de carga total em um canal em metros HAi a perda de carga por atrito em um canal em metros HPi a perda de carga nas voltas em metros

12-Gradiente mdio de velocidade em um canal

Gi= em que Gi o gradiente de velocidade em s-1

hfi a perda de carga total no canal em m t o tempo de deteno no canal em minutos

a viscosidade absoluta em N.s/m2 o peso especfico da gua em N/m3

83

EXERCCIO Dimensionar um floculador hidrulico de chicanas, tipo horizontal,. Considerando os seguintes dados:

a-Vazo:40 L/s b-Nmero de canais a ser adotado: 3 c-Lmina dgua : 1,10m d-Velocidades adotadas para o escoamento nos 3 canais: 0,20m/s; 0,13m/s;0,08m/s e-Dimenses das chicanas : espessura 15mm; altura 1200mm; largura 2450mm f-Material das chicanas : fibro-cimento g-Tempo de deteno: 27 minutos

84

1 canal : 8,5 minutos 2 canal : 9,0 minutos 3 canal : 9,5 minutos

Soluo

1-Espaamento entre chicanas

ei=

1 canal e1= =0,182m

2 canal e2= =0,279m

3 canal e3= =0,455 m

2-Espaamento entre a aresta das chicanas e a parede do canal si=1,5ei 1 canal s1= 1,5x0,182=0,273 m 2 canal s2=1,5x0,279=0,419 m 3 canal s3=1,5x0,455=0,683 m

3-Largura dos canais bi=b+si 1 canal b1=2,45+0,273=2,723m 2 canal b2=2,45+0,419=2,869m 3 canal b3=2,45+0,683=3,133m

4-Percurso da gua em canal entre chicanas Lci=bi+ei 1 canal Lc1= 2,723+0,182=2,905 m 2 canal Lc2=2,869+0,279= 3,148 m 3 canal Lc3=3,133+0,455= 3,588 m

5-Extenso mdia percorrida pela gua em cada canal Li=60V1iti 1 canal L1= 60x0,20x8,5=102,00 m 2 canal L2= 60x0,13x9,0= 70,20 m 3 canal L3= 60x0,08x9,5= 45,60 m

85

6-Velocidade da gua nas passagens em um canal

V2i=

1 canal V21= =0,133 m/s

2 canal V22= =0,087 m/s

3 canal V23= =0,053 m/s

7-Nmero de canais (compartimentos) entre chicanas

Ni=

1 canal N1= = 35

2 canal N2= = 22

3 canal N3= = 13

8-Perda de carga nas voltas

Hpi=

1 canal Hp1 = = 0,105 m

2 canal Hp2= = 0,028 m

3 canal Hp3= = 0,006 m

9-Raio hidrulico dos compartimentos em cada canal

RHi=

86

1 canal RH1= = 0,078 m

2 canal RH2= = 0,111 m

3 canal RH3= = 0,161 m

10-Perda de carga por atrito em cada canal

HAi=

1 canal HA1= =0,0207 m

2 canal HA2= = 0,00376 m

3 canal HA3= = 0,00056m

11-Perda de carga total nos canais

hfi= HAi+HPi 1 canal hf1= 0,0207+0,105=0,1257 m 2 canal hf2= 0,00376+0,028=0,03176m 3 canal hf3= 0,00056 +0,006=0,00656 m

12-Gradientes mdios de velocidade nos canais

Gi=

1 canal G1= =49,12 s-1

2 canal G2= =23,99 s-1

3 canal G3= =10,60 s-1

87

Floculadores Mecnicos so aqueles constitudos por agitador mecnico, redutor de velocidade, variador de velocidade e motor eltrico. O agitador mecnico se compe de hlice, turbina, paletas e demais acessrios. Tais equipamentos so instalados em tanques de seco quadrada constituindo um prisma. (23)

BB

AA

N.A.

CORTE AA

CORTE BB

Sistema de floculao mecnica de eixo vertical do tipo de paletas

N.A.

88

8.3.2.1 DECANTAO um processo dinmico de separao das partculas slidas suspensas nas guas; tais partculas tendero a cair, se depositando no fundo dos tanques com uma certa velocidade, em funo do seu peso.

Finalidades

- remoo de areia a areia em excesso, na gua, pode provocar eroso, depsitos, entupimentos, danificar bombas e instalaes mecnicas empregam-se tanques denominados caixas de areia para essa finalidade.

- remoo de partculas sedimentares sem coagulao quando se tem uma turbidez muito alta, deve ser feita uma decantao preliminar sem o emprego de coagulante.

- reteno de flocos aps a coagulao o caso mais usual nas estaes de tratamento.

89

DECANTADORES

So tanques para onde encaminhada a gua floculada e onde sua velocidade diminuda para que acontea a decantao dos flocos.

Classificao

Decantadores de fluxo horizontal so aqueles em que a gua entra por uma extremidade movendo-se horizontalmente na direo longitudinal saindo pela outra extremidade.O decantador pode ser dividido em 4 zonas: zona de turbilhonamento- aquela que corresponde a entrada da gua, nela se verifica uma certa agitao, de modo que a localizao das partculas varivel zona de decantao-nesta regio do decantador no h agitao, de modo que as partculas avanam e descem lentamente zona de asceno- nesta zona, os flocos que no descem, acompanham o fluxo da gua, inclusive aumentando a sua velocidade zona de repouso- a regio limitada pelo fundo do decantador, onde se acumula o lodo; nas condies normais de operao, o fluxo da gua no tem influncia sobre a mesma. O decantador deve ser lavado quando a camada de lodo estiver muito espessa ou ainda quando se iniciar o processo de fermentao

90

91

Decantadores de fluxo vertical so aqueles em que a gua floculada entra pela sua parte superior se deslocando para o seu interior e posteriormente subindo at a superfcie.

Figura 25: Decantador vertical com mdulos tubulares

Decantadores lamelares-so aqueles em que se instalam mdulos tubulares e a gua segue um fluxo ascendente passando pelos mdulos; com eles obtemos um rendimento mais elevado no processo de decantao

92

Taxas de escoamento superficial so estabelecidas em funo da qualidade da gua conforme a tabela seguinte:

OPERAO TAXA DE ESCOAMENTO SUPERFICIAL (m3/m2..dia)

Remoo de Areia 600 a 1200 Sedimentao Simples sem Coagulao

5 a 20

Clarificao de guas Coloidais

15 a 45

Clarificao de guas Turvas 30 a 60 Clarificao de guas Coloidais com Slidos

60 a 100

Clarificao de guas Turvas com Slidos

70 a 120

Clarificao de guas Duras com Slidos

80 a 160

93

DIMENSIONAMENTO DE DECANTADORES DE FLUXO HORIZONTAL

Relao comprimento/dimetro

4> 5,2BL

em que L o comprimento em m

B a largura em m Nmero mnimo de decantadores: 2

Tempo de deteno : 1,5 a 3,0 horas Lmina de dgua : 3 a 5m

rea total de decantao A=

IQD

em que A a rea em m2

QD a vazo diria em m3/dia I a taxa de aplicao em m3/m2.dia

rea de cada decantador AD= N

A em que AD a rea de cada decantador em m2

A a rea total de decantao em m2 N a quantidade de decantadores projetados

Perodo de deteno: de 1,5 a 3 horas em cada decantador, podendo variar em funo da qualidade da gua.

T=H

D

QV

em que VD o volume do decantador em m3

QH a vazo de cada decantador em m3/h T o perodo de deteno em horas

Altura til do decantador

HD=D

D

AV

em que VD o volume do decantador em m3

AD a rea do decantador em m2 HD a altura do decantador em metros

94

Velocidade de escoamento em cada decantador

v= em que v a velocidade de escoamento em m/s que deve ser inferior a 1,25 cm/s Qd a vazo em cada decantador em m3/s Sd a seco transversal de cada decantador em m2

EXERCCIO Dimensionar um sistema de decantao considerando os seguintes dados: Vazo a tratar: 62 L/s Nmero de decantadores: 2 Largura do decantador: 4,00 m Tempo de deteno: 90 minutos

Taxa de escoamento superficial: 60 m3/m2.dia Operao: 24 h/dia

SOLUO Vazo diria

QD= 100024.3600.62

=5356,8 m3/d

rea total de decantao A=

IQD

=

608,5356

=89,28 m2

rea de cada decantador AD= 2

28,89=44,64 m2

Dimenses do decantador Largura: B=4,00 m

Comprimento AD=B.L=44,64 m2 L= 00,464,44

=11,16m

Verificao BL

=

00,416,11

=2,79 2,5

95

QH= 24.28,5356

24.=

NQD

=111,60 m3/hora

Volume til VD= T. QH=1,5.111,60=167,4 m3 Altura til

H=D

D

AV

=

64,444,167

=3.75m

Velocidade de escoamento no decantador

v= 0,0021m ou 0,21 cm/s< 1,25 cm/s

Canal de alimentao de decantadores A distribuio de gua floculada para os decantadores feita atravs de canal, com vrias sadas de gua, que correspondem s entradas nos decantadores, feitas por comportas, que fazem a alimentao dos mesmos de modo uniforme. A gua no referido canal deve ter uma velocidade entre 0,15m/s e 0,65 m/s , evitando uma decantao preliminar ou a quebra dos flocos, no caso das velocidades mais altas. O canal de seco retangular, dever ter a sua lmina dgua pr-fixada, restando ento o clculo da largura em funo da seco transversal, obtida atravs da equao da velocidade, ou seja

Sc= em que Sc a seco transversal do canal Q a vazo total a ser decantada em m3/s Vc a velocidade da gua no canal em m/s Obtida a seco transversal, podemos obter a largura do canal, pois

Bc= em que Bc a largura do canal em metros Sc a seco transversal do canal em m2 Hc a lmina dgua no canal em metros Comportas em cada decantador- a velocidade nas comportas dever ser inferior a 0,65 m/s e portanto a largura da comporta deve ser obtida pela tabela seguinte:

96

Quantidade Total de Comportas, no Canal (NT)

Relao entre Largura da Comporta e a Largura do Canal

04 0,40 06 0,30 08 0,25 10 0,20 12 0,15

Largura de cada comporta:

Pelo nmero total de comportas, temos a relao, obtida na tabela anterior e da o valor de b

b= xBc

Vazo em cada decantador :

Qd= em que Qd a vazo em cada decantador em m3/s QD a vazo diria total em m3/3 N o nmero adotado de decantadores

Vazo em cada comporta

Qco= em que Qco a vazo em cada comporta em m3/s Qd a vazo em cada decantador em m3/s n o nmero de comportas por decantador

Altura de cada comporta

h= em que h a altura de cada comporta em metros Qco a vazo em cada comporta em m3/s b a largura da comporta em metros Vco a velocidade da gua na comporta em m/s

97

EXERCCIO: Determinar a largura do canal de gua floculada, bem como as dimenses das comportas, considernado os dados do exerccio anterior , alm de lmina de gua de 0,40 m e velocidade de 0,20m/s no canal e 2 comportas por canal

Soluo Seco transversal do canal

Sc= = =0,31 m2

Largura do canal Bc= = =0,78m

Comportas:

Para NT=2x2=4 , pela tabela temos =0,4 de onde obtemos b=BC.0,4 b=0,78x0,4=0,31m Vazo em cada decantador

Qd= = =0,031m3/s Vazo em cada comporta

Qco= = =0,0155m3/s Velocidade pr-fixada na comporta Vco=0,25 m/s Altura da comporta

h= = =0,20m

Cortinas Distribuidoras dos Decantadores

Tratam-se de cortinas, tambm chamadas de difusoras em concreto ou em madeira, dotadas de orifcios de mesmo dimetro, igualmente espaados, dispostas transversalmente nos decantadores e tem como finalidade a distribuio uniforme do fluxo nas direes vertical e horizontal. Em geral as cortinas so instaladas a 0,8m da parede frontal de montante do decantador, para permitir a entrada do operador e para o seu dimensionamento existem vrios mtodo entre os quais apresentamos o de Hudson que determina o dimetro e a quantidade de orifcios, a partir de um valor conveniente do gradiente

98

de velocidade compatvel com o da ltima cmara dos floculadores; para tanto o mtodo emprega a tabela seguinte:

D (mm) 75

D(mm) 100

D(mm) 125

D(mm) 150

Gradiente de Velocidade (s-1) Q L/s

V m/s

Q L/s

V m/s

Q L/s

V m/s

Q L/s

V m/s

10 0,5 0,11 0,8 0,10 1,5 0,12 2,2 0,13 20 0,7 0,16 1,3 0,17 2,3 0,19 3,5 0,20 30 0,9 0,20 1,8 0,23 3,1 0,25 4,4 0,25 40 1,1 0,25 2,0 0,25 3,7 0,30 6,2 0,34 50 1,3 0,29 2,3 0,29 4,2 0,34 8,0 0,45

Figura 26: Cortina Distribuidora

Dimensionamento: o critrio de Hudson, parte do valor do gradiente de velocidade, correspondente ao do seguinte G:gradiente de velocidade em s-1 D : dimetro do orifcio em metros Q: Vazo por cada orifcio em L/s V: Velocidade da gua em m/s

99

Escolhido o Gradiente de velocidade, fazemos um comparativo que relaciona os 4 dimetros de orifcios e se verifica nele qual o dimetro mais conveniente

EXERCCIO:Dimensionar a cortina difusora para um decantador , com largura de 4,00m, lmina dgua d 3.60m, vazo a ser decantada de 30 L/s e sabendo que o gradiente de velocidade da ltima cmara de floculao 12 s-1 SOLUO 1-Gradiente de velocidade escolhido: 10 s-1

100

3.2- Nmero de Orifcios Necessrios Preliminarmente

NO100= = 38,2 - 39 orifcios

3.3- rea de Influncia de cada Orifcio:

AI100= =0,369 m2

3.4- Dimetro da rea de Influncia de cada Orifcio

DI100= =0,686m

3.5--Nmero de Fileiras Horizontais

NFH100= = 5,2 - 6 fileiras

3.6- Nmero de Fileiras Verticais

NFV100= = 5,8 - 6 fileiras

3.7- Nmero Final de Orifcios Nfo=6x6=36 orifcios

3.8-Verificao: Qo=36x0,8=28,8 L/s

3.9-Concluso : 28,8 < 30 L/s no serve

4-Orifcio Do=125 mm 4.1- rea Total Necessria para Os Orifcios

AT125= =0,25 m2

4.2-Nmero de Orifcios Necessrios Preliminarmente

NO125= =20,38 - 21 orifcios

101

4.3- rea de Influncia de cada Orifcio:

AI100= =0,686 m2

4.4- Dimetro da rea de Influncia de cada Orifcio

DI125= =0,935m

4.5--Nmero de Fileiras Horizontais

NFH125= = 3,85 - 4 fileiras

4.6- Nmero de Fileiras Verticais

NFV125= = 4,28 - 5 fileiras

4.7- Nmero Final de Orifcios Nfo=4x5=20 orifcios

4.8-Verificao: Qo=20x1,5=30 L/s

4.9- Concluso : ento as 20 fileiras de orifcios de 125mm de dimetro so aceitas.

Sada de gua Decantada A gua que sofreu o processo de decantao, sai das unidades de decantao, atravs de calhas coletoras que visam um distribuio do fluxo, reduzindo as velocidades ascencionais na estrutura de sada dos decantadores,diminuindo o arrastamento dos flocos .tais calhas tem seco transversal de vrios modelos conforme a figura seguinte:

102

Figura 27: Seces transversais para calhas

Dimensionamento das calhas de gua decantada

Vazo Linear QL 0,018HI em que QL a vazo linear em L/s.m H a altura til do decantador em metros I a taxa de escoamento superficial no decantador em m3/m2.dia

Comprimento Total do Vertedor :

LV= em que LV o comprimento total para o vertedor em metros

QD a vazo do vertedor em L/s QL a vazo linear das calhas em L/s.m Comprimento de cada Calha LC=0,20L em que LC o comprimento de cada calha em metros L o comprimento do decantador em metros Nmero de Calhas para cada Decantador

NC= em que NC o nmero de calhas LV o comprimento do vertedor em metros LC o comprimento de cada calha Nmero de Calhas Adotado

103

NCA o nmero inteiro maior ou igual ao nmero de calhas calculado

Novo Comprimento do Vertedor LVN =2NCA.LC em que LVN o novo comprimento do vertedor, em metros NCA o nmero de calhas adotado LC o comprimento de cada calha em metros Nova Vazo Linear

QLN= em que QLN a nova vazo linear em L/s.m QD vazo no decantador em L/s LVN o novo comprimento do vertedor em metros

Espaamento entre Calhas

EC= em que EC o espaamento entre calhas em metros B a largura do vertedor em metros NCA o nmero de calhas adotado.

EXERCCIO: Dimensionar o sistema de calhas de gua decantada em um decantador para a vazo de 19008 m3/dia, largura de 12 m, comprimento de 46 m, lmina de gua de 4,0m, vazo linear de 2,5 L/s.m

SOLUO:

Vazo: 19008m3/dia = =220 L/s Taxa de Escoamento Superficial :

I= =34,43 m3/m2/dia

Vazo Linear Calculada QL 0,018HI 0,018x4x34,432,48 L/s.m

Vazo Linear adotada QL=2,5 L/s.m

104

Comprimento Total do Vertedor

LV= = = 88m

Comprimento de cada Calha LC=0,20L =0,20x46=9,2m Nmero de Calhas

NC= = =4,5 Nmero de Calhas Adotado NCA= 5 Novo Comprimento do Vertedor LVN =2NCA.LC = 2x5x9,2=92m

Nova Vazo Linear

QLN= = =2,39L/s.m Espaamento entre Calhas

EC= =2,4 m

Figura 28: Decantador e suas calhas

105

Limpeza dos Decantadores Periodicamente, os decantadores, devem ter a sua operao suspensa para que possa sejam feitas a sua lavagem e a retirada do lodo acumulado; para isso os decantadores devem contar com 1-Descarga de fundo para esvaziamento rpido, bem como facilitar a remoo do lodo 2-Fundo com declividade, canaleta ou poo de descarga 3-Sistema pressurizado de gua para lavagem.

Figura 29: Poos em fundo de decantador

Comporta para Esvaziamento do Decantador O clculo da seco da comporta feita pela seguinte expresso

S= em que S a seco da comporta em m2 AD a rea superficial do decantador em m2 h a lmina de gua acima do eixo horizontal da comporta em m T o tempo de esvaziamento do decantador em horas

106

O dimetro obtido em funo da referida seco

D= em que D o dimetro da comporta em metros S a rea da seco da comporta em m2

EXERCCIO: seja um decantador com 12m de largura, 46m de comprimento, profundidade til de 4,00m e tempo previsto para esvaziamento de 2 horas. Calcular o dimetro da comporta admitindo que ela tenha o seu eixo horizontal a 20cm do fundo

Soluo Seco da Comporta

S= = =0,111m2

Dimetro da Comporta

D= = =0,376m ou 376mm Dimetro para a comporta ser adotada D=400mm

Em conseqncia o tempo de esvaziamento ser menor do que 2 horas, como podemos verificar a seguir

S= = 0,1256m

T= =1,77 horas ou ainda 1 hora e 46,2 minutos.

4- FILTRAO

4.1-DEFINIO o processo de remoo das partculas que no foram retiradas pela decantao, alm dos microorganismos a elas associadas.

107

4.2-FILTROS 4.2.1-DEFINIO so as unidades das estaes de tratamento responsveis pela reteno das partculas existentes na gua que no foram removidas pela decantao.

4.2.2-CONSTITUIO os filtros em geral so constitudos por:

Tanque so estruturas de conteno da gua a ser filtrada, podendo ser executados em alvenaria de tijolo, concreto armado, ao ou fibra de vidro.

Leitos filtrantes so as camadas de material filtrante, areia, carvo antracito com granulometria definida, situadas acima das camadas-suporte

AREIA

CASCALHO

180

0,50

2,00

Camadas-suporte so camadas de material granular e pedregulhos de granulometria bem maior que a dos leitos filtrantes e servem de sustentao para os mesmo.

108

10 cm1,68

a3,36 mm

3,36a