aula 06 - tecnicas de tratamento - parte 2 - 01.09
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Prof. Nelson VirgilioTRANSCRIPT
Tratamento de
Água e Efluentes
2º. Sem./2010
Eng.Ambiental
Programa
2
I UNIDADE
Introdução – Histórico – Panorama
Caracterização das Águas e Esgotos
Princípios Químicos, Físicos e Biológicos do TA
Interpretação de Análises e Elaboração de Laudos
Considerações Projetos e Técnicas de Tratamento
Tecnologia para Tratamento de Água
Parâmetros de controle de qualidade de Água
Legislação Aplicada e Padrões
Nesta Aula Veremos ...
Mini Seminário – Redução no Custo e Perdas
da ETA de Salinas-BA, após mudança do
ponto de Captação.
Coagulação
Floculação
Sedimentação
Arranjos de ETA (clarificação)
Estudo de Caso – Avaliação da eficiência do
Sulfato Férrico em diferentes temperaturas
Técnicas de
Tratamento
Clarificação
Produtos
Químicos
Reator de
mistura
Poço
Capitação
Aerador
Sedimentador
Floculador
Câmara desinfecção
Reservatório
Agua Tratada
Químicos controle
de pH e fluoretação Agente
oxidante
Lodo
Rio ou
lago
Filtro
areia
Esquema Convencional
6
Técnicas de Tratamento
Principais Efeitos
Parâmetro Processos
Aeração Sedimen-
tação
Filtração
lenta
Coagula-
ção e
filtração
rápida
Correção
dureza e
filtração
rápida
Desinfec-
ção
Bactérias 0 ++ ++++ ++++ (7) +++ (9) ++++
Cor 0 0 ++ ++++ ++++ 0 (10)
Turbidez 0 +++ ++++ (6) ++++ +++++ 0
Odor/Sabor ++++ (1) + +++ ++ ++ ++++ (11)(12)
Dureza + 0 0 - - ++++ 0
Corrosão +++ (2)
- - - (3)
0 0 - - (8) variável 0
Fe e Mn +++ (4) + (5) ++++ (5) ++++ (5) ++ 0 (10)
+ Efeito favorável
- Efeito adverso
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Técnicas de Tratamento
Principais Efeitos
Legenda
(1)Exceção para os sabores devido a clorofenóis
(2)Pela remoção de CO2
(3)Com adição de oxigênio
(4)Aeração seguida de uma unidade separadora para deposição
(5)Após a aeração
(6)Sujam-se ou entopem muito depressa
(7)Um pouco irregularmente
(8)A coagulação com sulfato de alumínio libera CO2
(9)Tratamento com cal em excesso
(10) Pode remover Fe e ter efeito sobre a cor
(11) Supercloração seguida de descloração
(12) cloração normal
8
Técnicas de Tratamento
Sólidos – por tamanho
Removidos por processos especiais
Removidos por sedimentação
simples e partículas + finas complementação
com filtração
Removidos por processos de clarificação e
filtração
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Solvente
Coagulante Colóide
Técnicas de Tratamento
Mistura Rápida
10
captação coagulação floculação sedimentação
Filtração Desinfecção Fluoretação Correção pH
Água final
Ag
en
te o
xid
an
te
co
ag
ula
nte
Alc
alin
izan
te
Ag
en
te o
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an
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po
lím
ero
polímero
Agente oxidante
Ag
en
te o
xid
an
te
Flú
or
Alc
alin
izan
te
11
captação coagulação floculação sedimentação
Filtração Desinfecção Fluoretação Correção pH
Água final
co
ag
ula
nte
Alc
alin
izan
te
Mistura rápida
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Técnicas de Tratamento
Mistura Rápida
Mistura Rápida
Finalidade de promover a dispersão do coagulante de forma homogênea e mais rápida possível
Coagulante / Floculante Função
Sulfato de Alumínio -
Al2(SO4)3
Cátions polivalentes (Al3+, Fe3+, Fe2+,etc)
neutralizam as cargas elétricas das
partículas suspensas e os hidróxidos
metálicos (ex.: Al2(OH)3), ao adsorverem os
particulados, geram uma floculação parcial.
Cloreto férrico – FeCl3
Sulfato férrico – FeSO4
Policloreto de alumínio (PAC)
Ca(OH)2 - Hidróxido de Cálcio Utilizados como agente controlador do pH.
Porém, os íons cálcio atuam também como
agentes de neutralização das cargas
elétricas superficiais, funcionando como um
coagulante inorgânico.
Técnicas de Tratamento
Tipos Coagulantes
Coagulante (Auxiliares) Função
Polímeros Aniônicos e
Não-Iônicos
Geração de “pontes” entre as partículas já
coaguladas e a cadeia do polímero, gerando flocos
de maior diâmetro
Polímeros Catiônicos Neutralização das cargas elétricas superficiais que
envolvem os sólidos suspensos e incremento do
tamanho dos flocos formados (via formação de
pontes). Usualmente utilizado no tratamento de
lamas orgânicas.
Policátions São polieletrólitos catiônicos de baixo peso
molecular, os quais possuem como função
principal a neutralização das cargas elétricas
superficiais e aumento do tamanho dos flocos.
Utilizados em substituição ao floculantes
inorgânicos convencionais.
Técnicas de Tratamento
Tipos Coagulantes
Do
sa
ge
m d
e
Co
ag
ula
nte
Sulfato de alumínio (liq. ou sol.) 5 a 100 mg/L
Cloreto férrico (sol.) 5 a 70 mg/L
Sulfato férrico (sol.) 8 a 80 mg/L
Coagulante orgânico catiônico (sol. ou liq.)
1 a 4 mg/L
Cloreto de Polialumínio (sol. ou liq.) -
O uso do sulfato de alumínio como coagulante irá aumentar o
nível de sulfato, porém não excederá o padrão de potabilidade
(250 mg/L)
Técnicas de Tratamento
Coagulantes - Dosagens
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Técnicas de Tratamento
Coagulantes - pH
Coagulante Faixa de pH
Sulfato de alumínio 5,0 - 8,0
Sulfato Ferroso 8,5 - 11,0
Sulfato Férrico 5,0 - 11,0
Cloreto Férrico 5,0 - 11,0
Sulfato Ferroso Clorado > 4,0
Aluminato de Sódio e Sulfato de Alumínio 6,0 - 8,5
Para um produto ser empregado como coagulante é
necessário que reaja com álcalis produzindo
precipitados floculentos.
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Alcalinizantes Fórmula
Óxido de cálcio (Cal Virgem) CaO
Hidróxido de cálcio (Cal Hidratada) Ca(OH)2
Carbonato de Sódio (Barrilha) Na2CO3
Técnicas de Tratamento
Alcalinizantes
Normalmente são empregados para conferir
alcalinidade a água para promover uma boa
floculação ou para correção de pH.
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Técnicas de Tratamento
Coagulação - Alumínio
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Técnicas de Tratamento
Coagulação - Ferro
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Técnicas de Tratamento
Clarificação
Coagulação (mistura rápida)
Floculação (floculadores)
Sedimentação (decantadores)
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captação coagulação floculação sedimentação
Filtração Desinfecção Fluoretação Correção pH
Água final
co
ag
ula
nte
Alc
alin
izan
te
po
lím
ero
Processo de Clarificação
Mistura rápida
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Técnicas de Tratamento
Clarificação
co
ag
ula
nte
Alc
alin
izan
te
CASA DE
QUÍMICA
ÁGUA BRUTA
FLOCULAÇÃO
DECANTAÇÃO
MISTURA RÁPIDA
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Técnicas de Tratamento
Coagulação e floculação
Coagulação (o que é ?): operação unitária
responsável pela desestabilização das partículas
coloidais em um sistema aquoso, preparando-as
para a sua remoção nas etapas subsequentes do
processo de tratamento.
Para que serve ? finalidade de transformar as
impurezas finais que se encontram em suspensão,
em estado coloidal, e algumas que se encontram
dissolvidas, em partículas que possam ser
removidas pela decantação e filtração
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Técnicas de Tratamento
Coagulação e floculação
Onde ? Câmara de Mistura e Floculadores
Como ? adicionando-se a água bruta uma
substância química especial, denominada
coagulante que reagindo com a alcalinidade da
água, forma, dentre outros , produto insolúvel
destinado a remover as impurezas responsáveis
pela Cor, Turbidez, bem como bactérias, vírus e
outros elementos considerados indesejáveis
Esses aglomerados gelatinosos por sua vez
se reúnem formando flocos.
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Técnicas de Tratamento
Coagulação e floculação
Fatores que influenciam a coagulação:
Espécie de coagulante, quantidade de coagulante
Características químicas da água.
Tempo de mistura rápida e lenta
Temperatura
Agitação
Presença de núcleos
Dosagem ótima coagulante / alcalinizante
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Técnicas de Tratamento
Coagulação e floculação
Produtos auxiliares de coagulação:
Carvão ativado: remover gosto/odor (M.O.)
Betonita: adicionado ao sulfato de alumínio
Ácido sulfúrico: auxiliar coagulação para águas
de cor e pH elevados
Sílica ativada: aumenta eficiência coagulação,
formando flocos maiores
Polieletrólitos: usado com coagulantes metálicos
para reduzir a dosagem (coagulantes), com o
aumento da densidade e do tamanho dos flocos.
Técnicas de Tratamento
Coagulação e floculação
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Técnicas de Tratamento
Coagulação e floculação
Floculação: tem com objetivo formar flocos ou
um ajuntamento de partículas, semelhantes a um
feixe de partículas fibrosas e porosas.
Quando ? A etapa da aglomeração das partículas
é feita após a coagulação na fase de mistura rápida.
O normal da floculação é ser feita em 10 a 15
minutos com agitação moderada.
Técnicas de Tratamento
Coagulação e floculação
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Técnicas de Tratamento
Coagulação e floculação
Mistura rápida: é a que permite a dispersão dos
produtos químicos em proporção uniforme e
constante, de maneira rápida em pontos de
turbulência: calha Parshall ou vertedores.
Mistura lenta: é o processo onde as partículas em
estado de equilíbrio se movimentam atraídas entre si
para formar o floco, geralmente em câmaras,
chamadas de floculadores, que podem ser:
mecanizados (eixo vertical e horizontal)
não mecanizados (chicanas com fluxo horizontal
ou vertical)
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Técnicas de Tratamento
Floculação
Tipos de Floculadores
mecanizados (eixo vertical e horizontal)
não mecanizados (chicanas com fluxo
horizontal ou vertical
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Sistemas de floculação
Técnicas de Tratamento
Clarificação
Sistemas de decantação
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Sistema de floculação
Técnicas de Tratamento
Clarificação
Sistemas de decantação
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Técnicas de Tratamento
Floculação
Sistema de floculação - Mecanizada
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Técnicas de Tratamento
Floculação
Sistema de floculação - Mecanizada
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Sistema de floculação – Não Mecanizada (Fluxo horizontal)
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Sistema de floculação – Não Mecanizada (Fluxo vertical)
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Técnicas de Tratamento
Floculadores (Tipos)
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Técnicas de Tratamento
Floculadores (Tipos)
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Técnicas de Tratamento
Floculadores (Tipos)
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Técnicas de Tratamento
Coagulação e floculação
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Técnicas de Tratamento
Jar Test
Como saber a dosagem ideal de coagulante e
alcalinizante ?
O Teste de Jarros ou Jar Test.
Jar Test - três etapas do processo:
dispersão rápida do coagulante (coagulação),
floculação
e decantação.
A quantidade exata de coagulante a ser aplicado e o
pH ótimo para que ocorra o processo será determinada
pela adição de quantidades crescentes do coagulante
num pH pré-determinado. (pH – 5,0 a 8,0)
Técnicas de Tratamento
Jar Test
Técnicas de Tratamento
Jar Test (Procedimento)
1. Coloca-se amostra da água bruta 1 (um) litro, em cada
copo do Jar Test. Mede-se o pH desta água bruta com o
medidor de pH.
2. Nos copos são mergulhadas as palhetas do agitador,
as quais são colocadas a girar em baixa velocidade, para
manter a suspensão em condições equilibradas.
3. Em seguida, sob agitação vigorosa (0,9 m/s) durante
01 minuto, deverá ser adicionados os produtos
coagulantes (e corretivo de pH) simultaneamente (etapa
de geração dos núcleos de flocos). (literatura – quadro de
dosagem/turbidez)
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Técnicas de Tratamento
Jar Test (Procedimento)
Quadro de dosagem/turbidez
Técnicas de Tratamento
Jar Test (Procedimento)
4. Terminado o período de agitação rápida, diminui-se a
agitação para 0,3 m/s, deixando nesta faixa por 15-20
minutos, para favorecer o crescimento dos flocos.
5. Terminados este tempo, desliga-se o aparelho e
aguarda-se por 8 a 10 minutos; tempo necessário para
que a maior parte dos flocos formados possam decantar.
6. Verifica-se então em que copo com quantidade de
coagulante produziu boa decantação, ou seja, onde a água
se apresenta mais clarificada. A dose de coagulante usada
neste copo é a que deverá ser empregada para o
tratamento da água.
Antes e após do jar teste
Técnicas de Tratamento
Jar Test (Resultado)
• Preparação da solução de coagulante (tina):
• Após determinar a concentração ótima do
coagulante no Jar Test, prepara-se esta solução na
tina de dosagem:
• Exemplo: Volume da tina = 5 m3 e 100 kg de sulfato
de alumínio dissolvido, qual a Conc. (g/l) ?
• C = coagulante (g) = 100.000 g = 20.000 g/m3 = 20 g/l
• volume tina (m3) 5 m3
Técnicas de Tratamento
Dosagem Coagulante
Técnicas de Tratamento
Dosagem Coagulante
100 kg de
sulfato
dissolvido
Volume
tina = 5 m3
C = m/V
C = 20.000
g/m3 ou 20 g/l
Vazão da
solução
coagulante ?
• Após determinarmos, mediante ensaio de
coagulação, a quantidade de coagulante
necessário para uma boa floculação na água a ser
tratada, devemos calcular a vazão da solução de
coagulante preparada na tina para adicionarmos a
água.
• Exemplo: Vamos admitir que no ensaio de
coagulação a dosagem ótima foi de 10 mg/L e a
vazão da água bruta é de 90 m3/hora
Técnicas de Tratamento
Dosagem Coagulante
Técnicas de Tratamento
Dosagem Coagulante
100 kg de
sulfato
dissolvido
Volume
tina = 5 m3
C = m/V
C = 20.000
g/m3 ou 20 g/l
q - Vazão da
solução
coagulante
(l/h) ?
Q - Vazão de
água bruta
conhecida
(ex.: 90 m3/h)
d – dosagem ideal - Jar
test (ex.: 10 mg/l ou g/m3)
• Cálculo da vazão da solução de sulfato a ser
aplicada:
• C (conc. sulfato tina) = 20 g/l
• d = dosagem ótima (Jar Test) – mg/l ou g/m3
• Q = vazão da água bruta – m3/h
• q = vazão da solução de coagulante adicionado
• q = Q x d = 90 (m3/h).10 (g/m3) = 45 l/h
• C 20 (g/l)
Técnicas de Tratamento
Dosagem Coagulante
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Técnicas de Tratamento
Produtos Químicos
O que é ? a decantação é uma operação onde
ocorre a deposição de matérias em suspensão pela
ação da gravidade. É uma preparação da água
para filtração. Quanto melhor a decantação, melhor
será a filtração.
Como ? se consegue tornando as águas
tranquilas, reduzindo a velocidade a ponto de
causar a deposição destas partículas em
determinado tempo
Aonde ? num tanque com inclinação no fundo e
dispositivo de entrada e de saída da água.
Técnicas de Tratamento
Decantação
Controle da decantação: para oferecer ao filtro
água de boa qualidade, elevando assim a vida útil
do filtro, deve-se verificar os seguintes itens de
controle.
cor da água – na saída do decantador deverá
estar entre 5,0 a 10,0 UC
turbidez – remover 90%
oxigênio consumido – redução superior a 50%.
Técnicas de Tratamento
Decantação - Controle
Mecanismos da Decantação: uma partícula é
acionada por:
Força horizontal – velocidade da água
Força vertical – peso, ação da gravidade
Técnicas de Tratamento
Decantação - Mecanismo
F.v
F.h
A partícula avança e desce simultaneamente.
DECANTADOR
Turbilhonamento
decantação
ascensão
repouso
Técnicas de Tratamento
Decantadores - Zonas
Zona de turbilhonamento: é a parte de entrada da água
onde as partículas estão em turbulência.
Zona de decantação: é a zona onde não há agitação e as
partículas avançam e descem lentamente, caminhando para
a zona de repouso.
Zona de ascenção: é a zona onde os flocos que não
alcançaram a zona de repouso seguem o movimento
ascensional da água e aumentam a velocidade tornando-se
máxima na passagem pelo vertedor.
Zona de repouso: é onde se acumula o lodo. Nesta zona
não há influência da corrente de água do decantador, a não
ser que haja inversão das camadas de água pela brusca
mudança de temperatura; fermentação do lodo, etc.
Técnicas de Tratamento
Decantação - Parâmetros
Tempo de detenção (t): é o tempo que a água
permanece no decantador.
t = C / Q
Onde: t = tempo de detenção (h)
C = capacidade do decantador (m3)
Q = vazão (m3/h)
o tempo detenção corresponde ao necessário para
encher o decantador com a vazão Q.
Técnicas de Tratamento
Decantadores - Tipos
Tipos: retangulares (os mais comuns), circulares,
trapezoidais, de placas paralelas (fluxo laminar);
estes dois últimos são mais modernos e de
menores dimensões.
Corte longitudinal de um
decantador convencional
Corte longitudinal de um
decantador paralelo
Técnicas de Tratamento
Decantadores - Tipos
Decantadores convencionais (condições
operacionais):
Tempo de detenção 2 à 4 horas;
Velocidade da água em torno de 0,5 cm/s;
Taxa de escoamento 5 à 80 m3 /m2 dia em função
do tipo de partícula a remover;
Profundidade 3,6 à 6,0 m para decantadores de
escoamento horizontal;
Relação comprimento(L) Largura(B) L=2,5.B
(para melhor funcionamento o comprimento deve ser
longo para evitar correntes transversais);
Técnicas de Tratamento
Decantadores - Tipos
Decantador Convencional:
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Técnicas de Tratamento
Decantadores - Tipos
Decantador de placas paralelas (fluxo laminar) :
São decantadores de taxa acelerada,
consequentemente de tempo de detenção
reduzido.
As taxas em função da área coberta pelos módulos
estão compreendidas entre 180 e 240 m3/m2 dia.
Isto corresponde a cerca de 5 vezes as taxas
adotadas em decantadores convencionais.
Técnicas de Tratamento
Decantadores - Tipos
Decantador de fluxo laminar (placas paralelas):
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Técnicas de Tratamento
Arranjos - Clarificação
Mistura rápida
Coagulação
Floculação
Sedimentação
Canal de água coagulada
CASA DE
QUÍMICA
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Técnicas de Tratamento
Arranjos - Clarificação
Ca
na
l de
ág
ua
co
ag
ula
da
CASA DE
QUÍMICA Mistura rápida
Coagulação
Floculação
Sedimentação
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Técnicas de Tratamento
Arranjos - Clarificação
Canal de água coagulada
CASA DE
QUÍMICA
Mistura rápida
Coagulação
Floculação
Sedimentação
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Técnicas de Tratamento
Arranjo - Clarificação
Regra Geral: quanto mais próximo a câmara de
mistura rápida estiver dos tanques de floculação,
maior eficiência
Motivo: nos canais inicia-se uma floculação a
gradientes baixos, formando flocos fracos que
serão rompidos em decorrência dos gradientes
mais elevados no início dos tanques de floculação.
ABNT – percurso (canal) max. 60 seg. Se houver
sistema agitação (canal) pode aumentar max. 3 min
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Técnicas de Tratamento
Estudo de Caso
Mini Seminário – Avaliação da eficiência do
Sulfato Férrico em diferentes temperaturas
Onde Estudar a Aula de Hoje
Nos Livros
• Azevedo Netto, José & Richter, Carlos –
Tratamento de Água – Tecnologia Atualizada – Ed.
Blücher ( Cap. 2, 4 e 5)
• Mierzwa, José Carlos & Hespanhol, Ivanildo –
Água na Industria – Uso Racional e Reuso – Ed.
Oficina de Textos (Cap. 4 – Técnicas de
Tratamento de Água)
Contato
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