Introdução ao Tratamento de Água - PDF
Download "Introdução ao Tratamento de Água"
Vítor Gabriel Camilo Aleixo
1 Introdução ao Tratamento de Água
2 Introdução O abastecimento da água deve atender a critérios: quantidade e qualidade Requisitos: potabilidade (Portaria MS 2014/2011) Enquadramento dos corpos d água (Res. CONAMA n. 357/05) A qualidade da água pode variar naturalmente ou pela ação humana A não-proteção dos mananciais pode implicar sérios problemas relacionados à potabilização da água, aumentando os riscos sanitários e inviabilizando o emprego de técnicas de tratamento mais simples e menos onerosas
3 O excesso de impurezas na água, de natureza química ou biológica, pode causar sérios danos à saúde humana e às suas atividades econômicas Indispensável a caracterização da água (física, química, biológica e radioativa da água), indicará: Quão impactado está o manancial Em que classe de qualidade de água está incluído Quais as restrição ao uso desse manancial Qual tecnologia de tratamento será mais adequada em função dos usos da água
4 IMPUREZAS NA ÁGUA O conceito de impureza na água está intimamente ligado ao uso ao qual ela se destina. Por que? Resolução CONAMA 357/2005 : Dispõe sobre a classificação dos corpos de água e diretrizes ambientais para o seu enquadramento, bem como estabelece as condições e padrões de lançamento de efluentes. Resolução CONAMA 396/2008 águas subterrâneas 4
5 Resolução CONAMA 357/2005 Substituiu a Res.20/86 Classificação dos corpos d água: As águas doces, salobras e salinas do Território Nacional são classificadas, segundo a qualidade requerida para os seus usos preponderantes, em treze classes de qualidade.
6 Resolução CONAMA 357/2005 Das Águas Doces Art. 4o As águas doces são classificadas em: I - classe especial: águas destinadas: a) ao abastecimento para consumo humano, com desinfecção; b) à preservação do equilíbrio natural das comunidades aquáticas; e, c) à preservação dos ambientes aquáticos em unidades de conservação de proteção integral.
7 Resolução CONAMA 357/2005 II - classe 1: águas que podem ser destinadas: a) ao abastecimento para consumo humano, após tratamento simplificado; b) à proteção das comunidades aquáticas; c) à recreação de contato primário, tais como natação, esqui aquático e mergulho, conforme Resolução CONAMA no 274, de 2000; d) à irrigação de hortaliças que são consumidas cruas e de frutas que se desenvolvam rentes ao solo e que sejam ingeridas cruas sem remoção de película; e exigente, desde que este não prejudique a qualidade da água, atendidos outros requisitos pertinentes. e) à proteção das comunidades aquáticas em Terras Indígenas.
8 Resolução CONAMA 357/2005 III - classe 2: águas que podem ser destinadas: a) ao abastecimento para consumo humano, após tratamento convencional; b) à proteção das comunidades aquáticas; c) à recreação de contato primário, tais como natação, esqui aquático e mergulho, conforme Resolução CONAMA no 274, de 2000; d) à irrigação de hortaliças, plantas frutíferas e de parques, jardins, campos de esporte e lazer, com os quais o público possa vir a ter contato direto; e e) à aqüicultura e à atividade de pesca.
9 Resolução CONAMA 357/2005 IV - classe 3: águas que podem ser destinadas: a) ao abastecimento para consumo humano, após tratamento convencional ou avançado; b) à irrigação de culturas arbóreas, cerealíferas e forrageiras; c) à pesca amadora; d) à recreação de contato secundário; e e) à dessedentação de animais. V - classe 4: águas que podem ser destinadas: a) à navegação; e b) à harmonia paisagística. A resolução fornece parâmetros e valores máximos de indicadores para cada classe
10 Fonte: AESA
12 Coordenadoria de Medição Ambiental Programa: Monitoramento de corpos d água Superintendência de Administração do Meio Ambiente 2007 Rio Mamanguape Estação de Amostragem MM01 Bacia Hidrográfica Bacia do Rio Mamanguape Enquadramento DZS 206 Classe 3 Coordenadas UTM 25M UTM Data Hora Amostra Temperatura Cor Turbdez ph Condutividade Salinidade SDT OD DBO DQO CF de Coleta de Coleta Padrão CONAMA 357 NE a 9 NE < 0, NE 4,00E : , ,8 0,6 # 1,10E : , ,6 # 3,60E : , , ,0 1,0 # 2,50E : , ,8 1,1 # 9,20E : , , ,2 # 3,20E : , ,8 3,5 # 2,80E : , ,3 0,6 # 1,40E : , , ,5 1,3 # 2,10E : , , ,1 1,0 # 2,00E : , ,2 0,1 # 5,40E : , ,4 3,0 # 0,00E : , ,8 2,8 # 5,40E+02 Média Mínimo Máximo , , ,0 1,5 #DIV/0! 6,15E , , ,2 0,1 0 0,00E , , ,3 3,5 0 2,80E+03 Número de não conformidade NE NE NE 0
13 Controle da qualidade para o consumo humano BRASIL Padrões de potabilidade da água para o consumo humano: Portaria do Ministério da Saúde nº 2914/2011: Estabelece os procedimentos e responsabilidades relativos ao controle e vigilância da qualidade da água para consumo humano e seu padrão de potabilidade, e dá outras providências.
14 Portaria do Ministério da Saúde nº 2914/2011 Toda a água destinada ao consumo humano (soluções individuauis e coletivas) deve obedecer ao padrão de potabilidade e está sujeita à vigilância da qualidade da água. Responsabilidades: Cabe ao(s) responsável(is) pela operação de sistema ou solução alternativa de abastecimento de água exercer o controle da qualidade da água:
15 Físicas Características da Água Químicas Biológicas
16 Características Físicas Relacionadas principalmente com o aspecto estético da água Cor: resulta da existência na água, de substâncias em suspensão. Esta característica é acentuada quando há, na água, presença de matéria orgânica, de minerais como o ferro e o manganês ou de despejos coloridos contidos em esgotos industriais. Turbidez: causada pela presença de materiais em suspensão na água, tais como, partículas insolúveis de solo, matéria orgânica e organismos microscópicos. Sabor e Odor: resultam da presença, na água, de alguns compostos químicos (como: sais dissolvidos produzindo sabor salino; alguns gases resultando em maus odores) ou de substâncias, tais como a matéria orgânica em decomposição, ou ainda, de algas associadas às impurezas químicas ou biológicas da água. podem prejudicar alguns usos da água: industrial, por exemplo
17 Características Físicas Turbidez Deve-se à presença de matéria particulada em suspensão na água (matéria orgânica, fitoplâncton e outros organismos microscópicos) Expressa de forma simplificada, a transparência da água A turbidez da água bruta: um dos principais parâmetros para a seleção da tecnologia de tratamento Turbidez deve ser baixa para que a desinfecção seja eficiente
18 Características Físicas Sólidos Em geral, todas as impurezas presentes na água, com exceção dos gases dissolvidos, têm sua origem nos sólidos incorporados ao seu meio. São caracterizadas como sólidos todas as partículas presentes em suspensão ou em solução, sedimentáveis ou não, orgânicas ou minerais. A determinação da quantidade total de sólidos presentes em uma amostra é chamada de sólidos totais. Existem sólidos em suspensão e dissolvidos. A separação é feita através de uma membrana filtrante com poro igual a 1,2 m
19 Características Físicas Temperatura Temperaturas elevadas da água aumentam o potencial de crescimento de microorganismos no sistema de distribuição e pode aumentar a sensação de gosto e sabor, além da cor e corrosão
20 Características Químicas da Água ph Medida da atividade dos íons hidrogênio e expressa a intensidade de condições ácidas (ph<7), básicas/alcalinas (ph>7) ou neutras (ph=7) Origem: decomposição de rochas em contato com a água, absorção de gases da atmosfera, oxidação de matéria orgânica, fotossíntese, além da introdução de despejos domésticos e industriais. Abastecimento de água: Influi na solubilidade de diversas substâncias, intervindo na coagulação química O condicionamento da água após o tratamento pode exigir a correção do ph para evitar corrosão ou incrustação Desinfecção: a cloração perde eficiência com o ph elevado Águas com baixos valores de ph tendem a ser agressivas para instalações metálicas.
21 Características Químicas da Água Acidez Origem: capacidade de neutralização de soluções alcalinas, ou seja, é a capacidade da água em resistir às mudanças de ph em função da introdução de bases. Em geral a acidez está associada a presença de CO2 livre. O que causa: intervém na coagulação química, controle da corrosão, abrandamento e desinfecção. Águas com baixos valores de ph tendem a ser agressivas para instalações metálicas Alcalinidade Origem: decomposição de rochas em contato com a água, reações envolvendo o CO2 de origem atmosférica e da oxidação de matéria orgânica, além da introdução de despejos industriais. É a propriedade inversa da acidez, ou seja, é a capacidade de neutralização de ácidos. O que causa: salinidade da água e influi nos processos de tratamento da mesma
22 Características Químicas da Água Salinidade Representa a presença de sais neutros, tais como cloretos e sulfatos de cálcio, magnésio, sódio e potássio (incluem-se os bicarbonatos) O teor de cloretos pode ser indicativo de poluição por esgotos domésticos Salinidade excessiva águas subterrâneas Consequência: Confere à água sabor salino Confere à água uma propriedade laxativa (em função dos sulfatos)
23 Características Químicas da Água Dureza resulta da presença, principalmente, de sais alcalinos terrosos (cálcio e magnésio) ou de outros íons metálicos bivalentes, em menor intensidade Consequência: a extinção da espuma do sabão, aumentando o seu consumo produção de incrustações nas tubulações e caldeiras
24 Características Químicas da Água Compostos de Nitrogênio O íon nitrato ocorre comumente em águas naturais provindo de rochas ígneas, de áreas de drenagem e da decomposição da matéria orgânica. Uma das formas do nitrogênio (amoniacal, nitritos, nitratos ciclo) são encontrados em águas originárias de esgotos domésticos e industriais ou da drenagem de áreas fertilizadas. Indicadores da idade da carga poluidora (esgoto). O nitrogênio deve ser limitado em mananciais para evitar proliferação de algas. Teores elevados de nitratos são responsáveis pela incidência de uma doença infantil chamada metemoglobinemia (ou cianose) que provoca a descoloração da pele.
25 Características Químicas da Água Matéria Orgânica A matéria orgânica presente na água, além de responsável pela cor, odor e turbidez, e outras características, resultam no consumo do oxigênio dissolvido no líquido, devido à estabilização ou decomposição biológica. A poluição da água por matéria orgânica é, geralmente, avaliada através de três parâmetros: oxigênio dissolvido (OD), demanda bioquímica de oxigênio (DBO) e demanda química de oxigênio (DQO)
26 Caracterização da Água Definição de parâmetros: Objetivo do monitoramento da qualidade da água Plano de amostragem: Assegurar a representatividade e a validade das amostras coletadas e analisadas em laboratório. Devem ser réplicas do ambiente físico (concentração dos componentes) Evitar excesso ou escassez de dados (banco de dados) Pontos de amostragem Periodicidade
27 OBJETIVOS DO TRATAMENTO DE ÁGUA Condicionar as características da água bruta, isto é, da água como encontrada na natureza, a fim de atender de médio à qualidade necessária a um determinado uso. A água a ser utilizada para o abastecimento público deve ter sua qualidade ajustada de forma a: atender aos padrões de qualidade exigidos pelo Ministério da Saúde e aceitos internacionalmente; prevenir o aparecimento de doenças de veiculação hídrica, protegendo a comando, saúde da população; tornar a água adequada a serviços domésticos; prevenir o aparecimento da cárie dentária nas crianças, através da fluoretação; proteger o sistema de abastecimento de água, principalmente tubulações e órgãos acessórios da rede de distribuição, dos efeitos danosos da corrosão e da deposição 27 de partículas no interior das tubulações.
28 Processos de Tratamento da Água
29 Aeração As águas naturais normalmente apresentam gases dissolvidos (oxigênio, nitrogênio e gás carbônico) Águas com elevados teores de gás carbônico apresentam características de agressividade (corrosão) e as que apresentam gás sulfídrico são prejudiciais É um processo no qual a água é colocada com o ar de forma a transferir substâncias solúveis do ar para a água para se obter o equilíbrio satisfatório entre os teores das mesmas A aeração somente se justifica nos casos em que as águas a tratar apresentarem carência ou excesso de gases e substâncias voláteis intercambiáveis.
30 Aeração Objetivos: Remoção de de gases dissolvidos em excesso nas águas e de substâncias voláteis, como: gás carbônico, ácido sulfúrico, substâncias aromáticas, excesso de cloro e metano Introdução de gases nas águas: Oxigênio para oxidação de compostos ferrosos e manganosos Aumento dos teores de oxigênio e nitrogênio dissolvido na água. Geralmente o processo se aplica em águas que não estão em contato com o ar (águas subterrâneas, águas captadas em galerias de filtração, proveniente do fundo de grandes represas) Tipos de aeradores: De cascata: instalações pequenas (vazões não muito elevadas) De tabuleiros: mais indicados para a adição de oxigênio e oxidação de compostos ferrosos ou manganosos De repuxo: mais eficiente, podendo ser aplicado em grandes instalações
31 Aerador tipo cascata Aerador de tabuleiros
32 Coagulação processo através do qual os coagulantes são adicionados à água, reduzindo as forças que tendem a manter separadas as partículas em suspensão Floculação aglomeração das partículas por efeito de transporte de fluido, de modo a formar partículas de maior tamanho que possam sedimentar por gravidade Mistura O agente físico para a realização tanto da coagulação como da floculação é a agitação mais ou menos intensa da água, através da operação de mistura, com a denominação de mistura rápida, quando aplicada à coagulação, e mistura lenta (ou simplesmente floculação), quando aplicada à floculação.
33 Objetivos da coagulação/floculação Remoção da turbidez orgânica ou inorgânica que não sedimenta rapidamente Eliminação de bactérias e vírus e organismos patogênicos susceptíveis de serem separados por coagulação Destruição de algas e plâncton em geral Eliminação de substâncias produtoras de cor e sabor e de precipitados químicos Remoção de fosfatos
34 Mistura Rápida Coagulação: Contaminantes orgânicos e inorgânicos presentes na água geralmente estão associados a partículas suspensas ou dissolvidas que podem requerer a coagulação química da água a fim de facilitar a remoção dessas impurezas Mistura rápida: Tem a finalidade de promover a dispersão do coagulante à água Para as reações: necessidade de dispersão do coagulante em toda a água em um tempo muito curto Coagulantes: sulfato de alumínio, sulfato ferroso, sulfato ferroso clorado, sulfato férrico, cloreto férrico,etc. Se não for feita corretamente, comprometimento das unidades de jusante Aumentar a dosagem do coagulante não é suficiente para melhorar a coagulação Misturadores hidráulicos e mecânicos A unidade de mistura rápida deve ficar o mais próximo possível dos tanques de floculação
35 Sistema Hidráulico Mais utilizados: Calha Parshall e queda d água originária de vertedouros Primeiros dispositivos: dispersão através do ressalto hidráulico Variações através de: Canais retangulares (por mudança brusca de declividade) Vertedores Calhas Parshall: mais aplicados nas ETAs Alia a medição da vazão com adequada dispersão do coagulante Sistema Mecânico Consiste em introduzir energia através de agitadores, a massa de água suficiente para produzir a mistura adequada Agitadores do tipo turbina
36 Sistema hidráulico ETA Gravatá Fonte: mento/tratam03_coag.htm
37 turbinas Malha difusora Sistema mecânico
38 Floculação ou Mistura Lenta Os floculadores são unidades para promover agregação de partículas formadas na mistura rápida Impurezas se agregam, formando flocos Os flocos se aderem se tornando pesados Posteriormente separados da água nas unidades de decantação e filtração Existem dois sistemas básicos de floculação: O sistema hidráulico: utiliza a energia hidráulica disponível, sendo a mesma dissipada pela água em câmaras com chicanas. A água efetua um movimento sinuoso dentro da unidade. O sistema mecânico: utiliza a energia mecânica externa, a qual é dissipada pela água em tanques apropriados
39 Sistema Mecânico Floculador mecânico de paletas de eixo vertical Gradiente de velocidade decrescente nas câmaras Floculador mecânico de paletas de eixo horizontal (1 câmara) Gradiente de velocidade crescente nas câmaras
40 ETA Gravatá Fonte: mento/tratam03_coag.htm
41 Floculador Hidráulico de Chicanas Para que os flocos não se depositem no fundo: v>10cm/s Vertical Eta Alto Branco _CG Horizontal
42 Floculador do tipo Alabama Não há necessidade de v>10cm/s Tem menos câmaras que os floculadores de chicanas verticais Normalmente 20 câmaras Mais fácil de operar
43 A coagulação/floculação inadequada causa: Consumo excessivo de floculantes Diminuição do rendimento da ETA devido a obstrução nos filtros ocasionada por flocos de baixa velocidade de sedimentação Maior frequencia de lavagem dos filtros Aumento de perdas de água na produção
44 Decantação é um processo dinâmico de separação de partículas sólidas suspensas nas águas. Essas partículas, sendo mais pesadas do que a água, tenderão a cair para o fundo com certa velocidade (velocidade de sedimentação) As partículas que não são removidas (por tamanho ou por densidade), devem ser removidas na filtração Finalidades: Remoção de areia (caixa de areia) Remoção de partículas sedimentares finas, sem coagulação (présedimentação, raro) Retenção de flocos (após coagulação): caso mais frequente em ETAs destinadas à purificação pelos processos de coagulação, decantação e filtração Remoção de impurezas antes de enviar aos filtros
45 Decantação Classificação: Em função do escoamento da água: Decantadores de escoamento horizontal Decantadores de escoamento vertical Em função com as condições de funcionamento: Decantadores do tipo clássico ou convencional: recebem a água já floculada e nos quais se processa apenas a sedimentação Decantadores com contato de sólidos: unidades mecanizadas que promovem simultâneamente a agitação, a floculação e a decantação Decantadores com escoamento laminar (tubulares ou de placas): são mais recentes, com maior eficiência
46 Decantador convencional de fluxo horizontal ETA Gravatá Fonte: mento/tratam03_coag.htm
47 Decantador de alta taxa
48 Filtração Processo de separação sólido-líquido envolvendo fenômenos físicos, químicos e, às vezes, biológicos. Visa a remoção das impurezas da água por sua passagem através de um meio poroso (filtrante). Existem dois tipos principais de filtração: Estações Clássicas ou convencionais: Mistura rápida floculação decantação filtração Estação do tipo filtração direta: Mistura rápida floculação filtração Turbidez não pode ser elevada Cor que permita dosagens baixas de coagulante
49 Filtração Filtração lenta: quando a velocidade com que a água atravessa o leito filtrante é baixa. Imita processo de purificação natural É muito usada, ainda, principalmente em pequenas cidades Não necessita de energia elétrica e de produtos químicos Equipamentos e aparelhos mais simples Presença de película biológica (pele de filtro) plâncton, protozoários, bactérias, etc. responsáveis pela digestão e degradação da matéria orgânica contida na água Filtração rápida (filtro rápido): quando a velocidade com que a água atravessa o leito filtrante é elevada.
50 Filtração Filtros ascendentes: Constituídos por camada espessa de areia (2m) mais uma camada de seixos rolados (~60 cm) Lavagem realizada com velocidade suficiente para expandir a areia Cuidados no esgoto da lavagem
51 Filtração Filtros descendentes: Mais utilizados em estações convencionais A água a filtrar é introduzida na parte superior do filtro e percola no sentido vertical até o reservatório de água filtrada A lavagem ocorre no sentido inverso
52 Desinfecção é o processo de tratamento que visa a eliminação dos germes patogênicos eventualmente presentes na água Os desinfetantes devem atender a certos requisitos: Destruírem os organismos patogênicos Não serem tóxicos aos seres humanos Custo razoável Medição rápida Ação residual Principais: Cloro Ozona Ultravioleta
53 Fluoretação Flúor adicionado na forma de ácido fluorsilícico, fluorsilicato de sódio, fluoreto de sódio ou fluoreto de cálcio, para agir preventivamente contra a decomposição de esmalte nos dentes. Estabilização Química A água produzidas nas ETAs deve ser estabilizada quimicamente para evitar problemas decorrentes da incrustação ou corrosão As águas tratadas, antes de serem distribuídas, deverão ser alcalinizadas, isto é, deverão receber certa quantidade de cal, para elevação do ph (correção do ph) Se for uma quantidade de cal adequada, forma-se, na superfície interna dos tubos, uma fina camada de carbonato que protege a tubulação contra ataques.
54 Técnicas de Tratamento de Água Etapas do tratamento: Clarificação (processo primário: coagulação, decantação e filtração) Desinfecção Fluoretação Estabilização química A combinação de processos e operações unitárias dão origem ao que se chama Técnicas de Tratamento de Água
55 Técnicas de Tratamento da Água Filtração lenta: Tratamento por processo biológico Sem coagulante químico + menor frequência de limpeza dos filtros Requer espaços grandes Comunidades rurais Taxas de filtração: 3 a 6 m 3 m -2 d -1
56 Técnicas de Tratamento da Água Filtração direta: Inclui as técnicas em que os filtros rápidos são as únicas unidades destinadas à remoção de sólidos presentes na água e nas quais a água bruta é coagulada antes de ser encaminhada às unidades de filtração Filtração direta descendente Filtração direta descendente com floculação Filtração direta ascendente Dupla filtração Taxas de filtração: 120 a 360 m 3 m -2 d -1 Filtros lavados em intervalos de 20 a 50 horas ou menos
61 Técnicas de Tratamento de Água Tratamento convencional Aqui, após a coagulação, a água é sempre floculada e decantada antes de ser encaminhada às unidades de filtração rápida, que são em geral de escoamento descendente
62 Seleção de técnicas de tratamento Um dos principais fatores na definição da técnica é a qualidade da água bruta Deve-se considerar a variação sazonal das características da água bruta Todas as técnicas apresentam vantagens e desvantagens e limitações de aplicação