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manual de decantação e tratamento de agua
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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
1
Objetivo da Objetivo da aula aula 9 9
Universidade Federal de Ouro PretoEscola de Minas
Departamento de Engenharia CivilCIV 640 – Saneamento Urbano
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.
3
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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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
Decantadores Clássicos
Decantador retangular da ETA Itacolomi –SAAE (Ouro Preto).
Esquema de um Decantador seçãoretangular.
Cortina distribuidora
Calha coletora
Decantadores Clássicos
Decantador circular da ETA deNepomuceno – SAAE
Decantador seção circular.
Cortina distribuidoraCortina distribuidora
Velocidade longitudinal máxima permissível
Evitar o arraste de depósitos de fundo dos decantadores
NBR 12216
Decantadores Clássicos
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:
Decantadores Clássicos
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 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
Decantadores de Fluxo Laminar
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)
Tipos de Decantadores Tubulares
Decantadores de Fluxo Laminar
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
Distribuição de Água Floculada
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
Distribuição de Água Floculada
Velocidade alta → quebra dos flocos
Figura : Cortinas distribuidoras de água floculada
Material:
-Alvenaria
-Madeira
-concreto
Cortina Distribuidora
Distribuição de Água Floculada
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.
Coleta de Água Decantada
Remoção de lodo no decantador retangular 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
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
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
Universidade Federal de Ouro PretoEscola de Minas
Departamento de Engenharia CivilCIV 640 – Saneamento Urbano
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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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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 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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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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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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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
Universidade Federal de Ouro PretoEscola de Minas
Departamento de Engenharia CivilCIV 640 – Saneamento Urbano
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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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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
Desinfecção pelo Ozônio
Destrói fenóis, detergentes e pigmentos coloridos
Amplamente utilizado na Europa
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Vantagens
Redução de odor, gosto e cor
Poderoso oxidante
Desinfecção pelo Ozônio
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
Desinfecção pelo Ozônio
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
Desinfecção por Ultravioleta
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
Desinfecção por Ultravioleta
Não há ação residual
Material e energia de custo elevado
Problemas de manutenção
Não se determina rapidamente a eficiência doprocesso
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