1Aula 9 - Tratamento de Agua - Decantacao Filtracao Desinfeccao

Decantação e FlotaçãoDecantação e Flotação

Universidade Federal de Ouro PretoEscola de Minas

Departamento de Engenharia CivilCIV 640 – Saneamento Urbano

Decantação e FlotaçãoDecantação e FlotaçãoFiltração e desinfecçãoFiltração e desinfecção

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Objetivo da Objetivo da aula aula 9 9



Ao final desta aula o (a) aluno (a) deverá reconhecer as principais conceitos do de

decantação, flotação, filtração e desinfecção

Decantação

• Uma das técnicas mais antigas e simples de remoção de impurezas da água;

• Resulta da ação da força da gravidade sobre as • Resulta da ação da força da gravidade sobre as impurezas facilitando a sedimentação delas no funda da unidade.

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Esquema de um decantador

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Decantação

Conceito:

“São unidades destinadas à remoção departículas presentes na água, pela ação dapartículas presentes na água, pela ação dagravidade” (NBR 12216)

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Sistema de Abastecimento de Água

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Sedimentação de Partículas Discretas

Conceito:Partículas discretas: são aquelas que, durante asedimentação, não alteram seu tamanho, forma ou peso.

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Conceito:

Partículas floculentas são aquelas que durante a sedimentaçãochocam-se umas com as outras, e crescem, ocorrendo afloculação.

Condições:Metodologia Metcalf e Eddy (1981):

Sedimentação de Partículas Floculentas

Condições:

Distribuição uniforme daspartículas e seus diversosdiâmetros (topo até o fundo);

Temperatura uniforme;

Condições tranquilas.

Metodologia Metcalf e Eddy (1981):

Clássicos (convencionais/baixa taxa)

Seção retangular

Seção circular

Tipos de Decantadores

Seção circular

Tubulares (elementos tubulares/ alta taxa)

Fluxo ascendente

Fluxo horizontal

Comportas

Canal de Acesso Calha coletora

Cortina distribuidora

Decantadores Clássicos

Decantador retangular da ETA Itacolomi –SEMAE(Ouro Preto).

Decantador seção retangular.

distribuidora

Canal de AcessoCortina distribuidora


Decantador retangular da ETA Itacolomi –SAAE (Ouro Preto).

Esquema de um Decantador seçãoretangular.


Decantador retangular da ETA Rio Manso – COPASA (Brumadinho).

Cortina distribuidora

Calha coletora


Decantador circular da ETA deNepomuceno – SAAE

Decantador seção circular.

Cortina distribuidoraCortina distribuidora

Decantadores

Retangular Circular

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Velocidade longitudinal máxima permissível

Evitar o arraste de depósitos de fundo dos decantadores

NBR 12216


NBR 12216

A velocidade longitudinal máxima v0 não deverá ser superior a18xVs (fluxo turbulento com Reynolds maior que 15000)

Velocidade longitudinal máxima permissível

NBR 12216

Não sendo possível determinar a velocidade de sedimentação atravésde ensaios de laboratório, a velocidade longitudinal em decantadoresconvencionais deve ser:


convencionais deve ser:

ETA com capacidade até 10.000 m3/dia, 0,50 cm/s;

ETA com capacidade superior a 10.000 m3/dia, em que é possívelgarantir bom controle operacional, 0,75 cm/s e, havendo aindaremoção contínua de lodo por sistemas mecânicos ou hidráulicos,1,00 cm/s.

Número de decantadores da ETA

Uma unidade

• capacidade inferior a 1.000 m3/dia, em operação contínua

• capacidade de até 10.000 m3/dia, funcionamento 18h/dia

Dimensionamento de Decantadores

• capacidade de até 10.000 m3/dia, funcionamento 18h/dia

No mínimo duas unidades

• capacidade superior a 10.000 m3/dia

• funcionamento superior a 18 h/dia

NBR 12216

A velocidade de sedimentação (Vs) deverá ser multiplicadapor um fator K:

Dimensionamento de Decantadores

K = 0,50 (capacidade até 1000 m3/dia)

K = 0,70 ( capacidade de 1.000 a 10.000 m3/dia) – bomnível de operação, caso contrário, K = 0,50

K = 0,80 (capacidade superior a 10.000 m3/dia)

Dimensionamento de decantadores

• Taxa de aplicação superficial (TAS)

Q = vazão (m³/dia);A = Área (m²)TAS = taxa de aplicação superficial TAS = taxa de aplicação superficial (m³/m² dia)

Vazão tratada na ETA TAS

Até 1.000 m³/dia Até 25 m³/m² dia

Entre 1.000 e 10.000 m³/dia Até 35 m³/m² dia com bom nível operacional, caso contrário até 25 m³/m² dia

Mais de 10.000 m³/dia Até 40 m³/m² dia

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Decantadores de Fluxo Laminar

Reduzindo o comprimento do decantador.

Decantadores de alta taxa(fluxo laminar)

TAS de até 150 m³/m² dia(Para a área ocupada pelo decantador)

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total das placas

Decantador Laminar de Fluxo Ascendente

Rh = Am/Pm

↑n º bandejas → ↑ Pm


Decantador tubular típico, de fluxo ascendente.

↑n º bandejas → ↑ Pm

↑ Pm → ↓ Rh

↓Re = UDh/ν (regimelaminar)

Bandejas ou módulos inclinados, emgeral superior a 50º (auto-limpeza)

Decantador Laminar de Fluxo Ascendente


Módulos tubulares


Tipos de Decantadores Tubulares


Fonte: cidadesaopaulo.olx.com.br/tubos-retangulares

Montagem do decantador tubular

Detalhe do módulo tubular

Decantador tubular montado.

Canais de Acesso

Velocidade ao longo do canal

Maior que 0,10 m/s – evitar sedimentação

Menor que 0,45 m/s – evitar a quebra de flocos

Distribuição de Água Floculada

Menor que 0,45 m/s – evitar a quebra de flocos

Figura: Canal de acesso de água floculada.

Comportas

Objetivo: distribuir equitativamente aágua no decantador.

G = Máximo na última câmara defloculação

Canais de Acesso

NBR 12216

Decantadores iguais: vazões aproximadamente iguais


Decantadores iguais: vazões aproximadamente iguais

Decantadores diferentes: vazões proporcionais

Desvio máximo das vazões de ± 20%

Gradientes através das comportas inferiores a 20s-1

Cortina Distribuidora

Tem o objetivo de uniformizar o fluxo de água floculada emtratamento.

Velocidade baixa → distribui mal a vazão

Velocidade alta → quebra dos flocos


Velocidade alta → quebra dos flocos

Figura : Cortinas distribuidoras de água floculada

Material:

-Alvenaria

-Madeira

-concreto

Cortina Distribuidora


Foto: Cortina distribuidora da ETA Itacolomi – SAAE (Ouro Preto).

Calhas coletoras

Tubulações perfuradas

Coleta de Água Decantada

Foto: Calha coletora da ETA Itacolomi –SAAE (Ouro Preto).

Foto: Calha coletora da ETA Itabirito – SAAE.


Remoção de lodo no decantador retangular da ETA Rio Manso – COPASA(Brumadinho).


Coleta de água decantada da ETA Rio Manso – COPASA (Brumadinho).

Flotação

Conceito:

“Clarificação obtida por meio da produção de bolhas que seaderem aos flocos ou partículas em suspensão, aumentando oempuxo e provocando a ascensão dos flocos até a superfíciedo flotador”do flotador”

Indicação:

Quando as etapas de coagulação e floculação são insuficientes.

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Flotação

Vantagens:

Unidades mais compactas

Produzem lodo com maior teor de sólidos

Possibilita a redução de consumo e coagulante

Possibilita a redução do tempo de floculação

Reduz o volume de água descartado junto com o lodo

Promove a remoção de substâncias voláteis

Promove oxidação das águas.

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Flotação

Desvantagens:

Operação e manutenção mais complexas

Exigem operadores qualificados

Frequentemente precisam ser cobertas

Requerem equipamentos para a geração de microbolhas

Maior consumo de energia

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Flotação

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Flotação

Parâmetros de projeto:

Quantidade de ar fornecido

Tamanho das bolhas

Taxa e aplicação superficial Taxa e aplicação superficial

Tipo de produto químico utilizado no tratamento

Tamanho das partículas (flocos) em suspensão.

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Flotação

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Flotação

Mecanismos de remoção de lodo:

• Inundação

Maior consumo de água

Não requer equipamentos especaisNão requer equipamentos especais

• Raspagem

Operação e manutenção mais complexa

Economia de água

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FiltraçãoFiltração



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Filtração

Conceito:

“É um processo que consiste na remoção de partículassuspensas e coloidais e de microrganismos presentes naágua de abastecimento, através da passagem dessa águaágua de abastecimento, através da passagem dessa águapor um meio poroso geralmente constituído departículas de areia.”

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Classificação da Filtração

Com relação a taxa de filtração:

Lenta – baixa taxa de filtração

Rápida – alta taxa de filtraçãoRápida – alta taxa de filtração

Com relação ao meio filtrante:

Simples

Camadas Múltiplas

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Classificação da Filtração

Com relação ao sentido do fluxo:

• Ascendente

• Descendente• Descendente

Com relação ao projeto e Operação da ETA:

• Convencional

• Direta

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Exemplo de uma Unidade de Filtração

46Figura 1. Filtro de Fluxo descendente.

Filtração rápida

• Mecanimos:– Transporte

– Aderência

– despreendimento

• Fotores intervenientes:– Características do meio filtrante (espessura, tamanho,

massa específica, forma e distribuição do tamanhodos grãos;

– Operação dos filtros rápidos

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Definição

• Carreira de filtração: intervalo de tempo decorrido entre o momento em que o filtro é colocado em operação e o momento em que ele é retirado de operação para limpeza;ele é retirado de operação para limpeza;

• Transpasse: aumento da turbidez na água filtrada.

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Filtros rápidos de fluxo descendente

Mais utilizados em estações convencionais

Filtros Rápidos

O leito filtrante pode ser simples ou duplo

O fluxo da água de lavagem é ascendente

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Filtros Rápidos

Figura 2: Filtro Rápido de Fluxo Descendente da ETA Itacolomi – SEMAE (OuroPreto). 50

Filtros rápidos de fluxo ascendente

Camada espessa de areia (2 m)

Filtros Rápidos

Camada suporte de 60 cm

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Filtros rápidos de fluxo ascendente

Filtros Rápidos

Figura 3: Filtro de Fluxo ascendente. 52

Leitos Filtrantes

Figura 6: Leito Filtrante e Camada Suporteda ETA Itabirito – SAAE.

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Filtros de fluxo ascendente

Distribuem água coagulada ou floculada e água delavagem

Fundos Falsos

Poderá conter sólidos, folhas, gravetos, etc

Projeto

fundo desmontável

facilmente inspencionável

a água afluente passe por pré-tratamento adequado aotipo de fundo falso

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Camada Suporte

Figura 14. Camada Suporte Utilizada pela COPASA MG para Fundos Falsosque Utilizam Vigas Californianas. 55

Lavagem de Filtros

Filtros rápidos

Introduzir água lavada em contracorrente com velocidadesuficiente para fluidificar o leito filtrante

Velocidade da água 0,60 a 1,00 m/minuto Velocidade da água 0,60 a 1,00 m/minuto

Deve promover a expansão do leito filtrante de 20% a 30%

Filtro de fluxo ascendente – velocidade mínima de 80cm/minuto

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Lavagem de Filtros

Figura 15. Lavagem do Filtro rápido de Fluxo Descendente da ETA Itacolomi – SEMAE (OuroPreto).

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Dimensionamento de filtros

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Filtros Lentos

Utilizados para potabilizar águas brutas deexcelente qualidade, física, química e físico-químicas.

Redução expressiva do índice de coliformes

Processo predominantemente biológico

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Filtros Lentos

Caindo em desuso, porque requer:

Águas brutas de boa qualidade

Grandes áreas para implantação

Lavagem do leito filtrante é quase sempre manual

Após lavagem necessita que a camada filtrantebiológica se restabeleça

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Filtração lenta

Segundo NBR 12.216/92: Espessura mínima do meio filtrante de 0,90 mTAS = 3 a 6 m³/m² dia

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Filtro lento com duas unidades em paralelo

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Lavagem de Filtros

Filtros lentos

Remoção manual da camada superficial (2,5 cm dacamada superficial)

Intervalo média é de 25 dias, e varia, de instalação para Intervalo média é de 25 dias, e varia, de instalação parainstalação (7 a 90 dias)

Descarga de fundo (filtro fluxo ascendente)

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Limpeza do filtro lento

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Padrão para água filtrada

• Portaria 2.914/2011

• Água pós filtração rápida 0,5 uT em 95% das amostrasdas amostras

• Águra após filtração lenta 1,0 uT em 95% das amostras

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DesinfecçãoDesinfecção



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DesinfecçãoDesinfecção

Desinfecção

• Objetiva:

– eliminação de organismos patogênicos (bactérias protozoários e vírus);

– Manutenção preventiva de residual na rede de abastecimento (caso ocorra alguma contaminação)

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Ação dos agentes desinfectantes

• Destruição da estrutura celular;

• Interferência no metabilismo e inativação de enzimas;

• Interferência na biossíntese e no crescimento • Interferência na biossíntese e no crescimento celular;

Limitações: Tipo de patógenos: em formas esporuladas e encistadas são especialmente resistentes.

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Principais fatores da desinfecção

• Dosagem• Tempo de contato• Tipo de agente• Temperatura e pH

• Cloro gasoso é o agente químico mais utilizado nas estações de tratamento de água do Brasil;

• Derivados do cloro: hipoclorito de cálcio ou de sódio (em estaçõesmenores);

• Alernativos: ozônio, dióxido de cloro, peróxido de hidrogênio, radiação ultravioleta e combinações desses.

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Conceito

“É o processo de destruição ou inativação de organismospatogênicos (bactérias, vírus, protozoários e vermes) em

Desinfecção

patogênicos (bactérias, vírus, protozoários e vermes) emágua de abastecimento, bem como de outros organismosindesejáveis (algas, por exemplo)”

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Desinfecção: destruição de parte ou todo de um grupo deorganismos patogênicos

Diferença entre Desinfecção e Esterilização

Esterilização: destruição de todos os organismos,patogênicos ou não.

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Poder de destruir os organismos patogênicos em umtempo razoável

Não devem ser tóxicos, nem causar gosto e cheiro

Disponíveis a um custo razoável

Atributos para o Desinfetante

Disponíveis a um custo razoável

Apresentar facilidade e segurança:

no transporte armazenamento manuseio aplicação

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Terem sua concentração na água determinada deforma rápida e precisa, por meio de métodosimples.

Atributos para o Desinfetante

Produzir residuais persistentes na água,assegurando a qualidade da água contra eventuaiscontaminações nas diferentes partes deabastecimento do sistema

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Espécie e concentração do organismo a ser destruído

Espécie e concentração do desinfetante

Fatores que Interferem na Desinfecção

Tempo de contato

Características físicas e químicas da água

Grau de dispersão do desinfetante na água

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Fatores que Interferem na Desinfecção

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Figura 1: Eficiência de inativação de vários tipos de microrganismos, em função da dosagemcorrespondente a inativação de 100% E. coli.

Agentes químicos

Cloro

Ozônio

Desinfetantes Utilizados

Ozônio

Agentes físicos

Calor

Radiação ultravioleta

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Aspectos Gerais

Produzido pela eletrólise da salmoura

2NaCl + H2O + corrente elétrica → 2NaOH + Cl2 + H2

Desinfecção pelo cloro -Cloração

2NaCl + H2O + corrente elétrica → 2NaOH + Cl2 + H2

Poderoso bactericida

Forte oxidante

Na ausência de água não ataca os metais ferrosos

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Solução aquosa

Poderoso oxidante

Remoção de ácido sulfídrico

Desinfecção pelo cloro -Cloração

H2S + 4Cl2 + 4H2O → H2SO4 + 8HCl

Remoção de ferro

2Fe(HCO3)2 + Cl2 + Ca(HCO3)2 → 2Fe(OH)3 + CaCl2 + 6CO2

Formação de clorofenol (indesejável)

C6H5OH + HClO → C6H4ClOH + H2O78

Cl2 + H2O ↔ HCl + HClO

HCl ↔ H+ + Cl-

HClO ↔ H+ + ClO-

Reações do Cloro com a Água

HClO ↔ H + ClO

Cl2: cloro, gás disponível

HClO: ácido hipoclorosoForte desinfetante

ClO-: íon hipoclorito

Fraco desinfetante

Figura 2: Dissociação do ácido hipocloroso emfunção do pH e temperatura

Cloro residual livre

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Desinfecção com cloro gasoso

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Tanque de contato de cloro (emconstrução)

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O ozônio é uma forma alotrópica do oxigênio, onde 3átomos de elemento oxigênio combinam-seformando o O3

Aspectos Gerais

Desinfecção pelo Ozônio

Aspectos Gerais

Composto instável: produzido no local

Pouco solúvel em água

Muito volátil

Decompõe com rapidez

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Aspectos Gerais

Redutor de odor, gosto, ferro e manganês

Destrói fenóis, detergentes e pigmentos coloridos


Destrói fenóis, detergentes e pigmentos coloridos

Amplamente utilizado na Europa

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Vantagens

Redução de odor, gosto e cor

Poderoso oxidante


Ação desinfetante para uma ampla gama de pH

Ação bactericida 300 a 3000 vezes mais rápida doque a do cloro, para o mesmo tempo de contato

A superdosagem não acarreta perigo

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Desvantagens

Não tem ação residual

Gasto com energia elétrica de 10 a 15 vezes maior


Gasto com energia elétrica de 10 a 15 vezes maiorque o gasto com cloro

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Aspectos gerais

Exposição de um filme de água (120 a 300 mm)

Luz ultravioleta: produzida por lâmpadas de

Desinfecção por Ultravioleta

Luz ultravioleta: produzida por lâmpadas devapores de mercúrio com bulbo de quartzo

Também é eficiente na desinfecção de esgotossanitários

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Vantagens

Não se introduz material na água, portanto, suascaracterísticas físico-químicas não se alteram


Período de contato ou tempo de exposiçãopequeno

A superdosagem não possui efeito nocivo

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Desvantagens

Vírus são menos suscetíveis do que as bactérias

Não há ação residual


Não há ação residual

Material e energia de custo elevado

Problemas de manutenção

Não se determina rapidamente a eficiência doprocesso

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Desinfecção com cloro gasoso

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Tanque de contato de cloro

90

[email protected]@em.ufop.br

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