Curso de Especialização em Engenharia Sanitária e
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1. AGUA DOCE APROJSIT VEL Fa t E 23 ES TT o GEL EIRAS LEr EOS PROFUNDOS ETC sil 0 01 EM M LAGOS E 29 meis ds BDOm EM FONTES SLATEARANEAH A gua acumulada por efeito da infiltra o em parte retorna superf cie na forma de nascentes e outra parte restitu da atmosfera por meio da evapotranspira o A vegeta o tem importante fun o de acelerar o processo de evapora o atrav s da transpira o das superf cies das folhas repondo o vapor d gua na atmosfera de contribuir em parte para o equil brio do clima e da pr pria atmosfera e tamb m para a preven o dos fen menos de eros o provocados pela a o mec nica da gua sobre o solo A bacia hidrogr fica figura 3 formada pelo ciclo hidrol gico definida como sendo uma rea drenada parcial ou totalmente por um ou v rios cursos d gua na bacia hidrogr fica onde ocorrem os maiores FIOCRUZ ENSP Tratamento de gua para Consumo Humano Eng Marcelo B Freitas impactos ambientais provenientes da ocupa o humana e suas mais diversas atividades como exemplo os processos industriais as atividades agr colas e a produ o de rejeitos e dejetos humanos A hist ria da civiliza o humana se deu sempre ao longo dos corpos receptores as grandes cidades se estabeleceram ao longo dos lagos e rios e mares Figura 3 Bacia Hidrogr fica Fonte Minist rio do Meio Ambiente Em rela o s guas s2. CO gt TAI OH s 0H HCO 2 AI OH 6 HCO gt TAI OH s OH HCO O complexo AI OH 5 s 0H inst vel e se hidrolisa rapidament substituindo 1 mol de H20 por um 1 on OH da seguinte forma AI OH gt s 0H gt AI OH2 4 OH 2 1 gt AI OH2 OH O produto final se apresenta como um hidr xido de alum nio insol vel que precipita a um certo pH podendo ser ele neutro ou dotado de carga negativa como na esp cie AI OH gt gt 0H 4 FIOCRUZ ENSP Tratamento de gua para Consumo Humano Eng Marcelo B Freitas Estas esp cies monom ricas que cont m um nico on de alum nio se polimerizam reagindo entre si AI OH s OH AI OH OH gt AI OH5 s 0H 2H 0 Estas rea es de polimeriza o continuam como tempo formando compostos complexos tais como All6 0H 15 AI8 0H 20 AIM OH gt 3 0H 3 ou AI OH gt gt 0H 4 Tanto os ons de alum nio hidratados como os compostos polimerizados podem ser adsorvidos rapidamente pelas part culas contidas na gua e no ponto cr tico isoel trico serem precipitados Rea es com a gua Ap s terem sido consumidas as subst ncias alcalinas da gua o fon de alum nio hidratado reage com a gua considerada como uma base fraca AI OH2 6 gt t HO gt AI OH2 s OH H50 AI OH2 s OH HO gt AOH 0OH H0 AI OH2 4 OH 2 HO gt AI OH s 0H H50 AI OH gt 3 0H 3 HO gt T AI OH gt 0H 4
3. O potencial da corrente l quida no escoamento horizontal ser P Q y ha P Q y va N L Rp 3 O gradiente de velocidade ser ent o Q y Vel n L wV RA FIOCRUZ ENSP Tratamento de gua para Consumo Humano Eng Marcelo B Freitas Pot ncia Dissipada e Gradiente de Velocidade em Floculadores Mecanizados rea A vg velocidade do liquido o 7 velocidade da paleta Fi for a de arraste Forca dr Arraste Dev J H l E di RN S S Ba rd For a de Arraste Express o Diferencial Fa Ca A p v 2 Cd A y v 29 onde Fy for a de arraste Cy coeficiente de arraste A rea das paletas p massa espec fica do flu do v velocidade do obst culo em rela o ao fluido Fa Ca A p vp vi 2 onde Vp velocidade da paleta v velocidade da gua sendo v k vp FIOCRUZ ENSP Tratamento de gua para Consumo Humano Eng Marcelo B Freitas Fa Ca A p Lvp 1 k 2 se P F v P Favo 1 k P Cq A p 1 2 Vp 1 k J Floculador Mecanizado de Eixo Vertical e Horizontal Seja N rota o em RPM Re dist ncia do eixo extremidade externa da paleta R dist ncia do eixo extremidade interna da paleta b comprimento da paleta Sendo a rea infinitesimal da paleta igual a dA b dR e a velocidade da rea elementar da paleta em rela o ao tanque Vp p R 27 N 1 60 R A pot ncia em
4. Misturadores Mecanizados Os misturadores mec nicos devem obedecer as seguintes condi es segundo a NBR 12216 a Pot ncia deve ser estabelecida em fun o do gradiente de velocidade b Tempo de deten o inferior a 2s exige que o fluxo incida diretamente sobre as p s do agitador c O coagulante deve ser introduzido logo abaixo da turbina ou h lice do agitador Gradiente de velocidade para misturadores mecanizados Onde FIOCRUZ ENSP Tratamento de gua para Consumo Humano Eng Marcelo B Freitas Np N mero de Pot ncia P n u viscosidade da gua densidade da gua rota es por minuto D di metro do rotor V volume do tanque de mistura para Re gt 10 000 regime turbulento l J Re 1 10 102 103 104 108 N mero de Reynolds x N mero de Pot ncia FIOCRUZ ENSP Tratamento de gua para Consumo Humano Eng Marcelo B Freitas c Turbina estudada por Parlatore a Turbina b H lice Rela es Geom tricas da Turbina Estudada por Parlatore D Boa v D5 ep 010 Turbinas e H lices FIOCRUZ ENSP Tratamento de gua para Consumo Humano Eng Marcelo B Freitas FLOCULA O Smoluchowski demonstrou que os choques entre as part culas coloidais suspensas num l quido ap s a coagula o resultam de movimentos ortocin ticos e pericin ticos onde Movimentos Ortocin ticos s o aqueles decorrentes da introdu o de energia de externa e Movime
5. ga o ei gs 1 E Sus Bii a um a e vapora o dos cedhnos s j A ej i PA ia i i t cvapor do do solo lagosel a e x E a F f IA a TO me Sy Fris precipita o sobre terra a vegeia o intercepta parte da precipita o Fgura 1 Ciclo Hidrol gico Fonte Embrapa Atlas Ambiental De toda a gua na natureza figura 2 97 4 salgada mares e oceanos e o restante 2 6 representado pelos rios lagos e fontes subterr neas ou seja a superf cie do planeta de 510 000 000 km e as guas correspondem a 70 8 desta superf cie totalizando 361 000 000 km no entanto a maior parte desse percentual n o tem um aproveitamento direto pois formam as geleiras e len is profundos onde a capta o se torna economicamente invi vel Desse percentual aproveit vel cerca de 0 3 a maior parte est polu da ou n o oferece condi es FIOCRUZ ENSP Tratamento de gua para Consumo Humano Eng Marcelo B Freitas economicamente vi veis de tratamento O Brasil possui 8 da reserva de gua doce do mundo Desse total 80 encontra se na Regi o Amaz nica onde se situa uma das mais extensas redes fluviais do mundo Os 20 restantes distribuem se nas demais regi es do pa s onde est a grande maioria da popula o brasileira Figura 2 A gua na Natureza AGUA NA NATUREZA SOLO AGUA TODA AGUA SALGADA GF 4 ES DOLCE 2ER n RD PTR a AGUA DOCE 78
6. o do medidor Parshall adequado mistura l A l mina d gua na garganta deve ser a menor poss vel isto significa utilizar o maior Parshall poss vel 2 Prever recursos para induzir a forma o de ressalto hidr ulico Gradientes de velocidade para misturadores hidr ulicos Parshall e Ressalto Floculante colocado em calha perfurada para distribui o uniforme ao longo de toda a queda d gua Vertedouros e Aplica o de Floculante G Q y h u V 1 2 onde no sistema MK S G Q gradiente de velocidade s vaz o m s FIOCRUZ ENSP Tratamento de gua para Consumo Humano Eng Marcelo B Freitas y peso espec fico da gua 1000 kgf m u viscosidade absoluta 10 kgf s m V volume m Difusores ou malhas difusoras S o dispositivos destinados exclusivamente mistura r pida Ao contr rio dos medidores Parshall e vertedores n o desempenham o papel de misturadores e medidores de vaz o Fluxo do floculante Fluxo do floculante Grade dispersora ja Floculante orificio difusor Fluxo da gua em tratamento b Arranjo Alternativo para Pequenas vaz es E ao E de alum nio D Difusor Vista do EDAS e gt Difusor Floc Se o Longitudinal 4 e Arranjo Alternativo Adotado na ETA do Alto Cotia S o Paulo Malhas Difus ras Gradientes de velocidade para difusores G Y Sov N vo vJ 2 9 LV e o volume
7. rmula hr NoVvei N 1 X Vez 2 Onde FIOCRUZ ENSP Tratamento de gua para Consumo Humano Eng Marcelo B Freitas h perda de carga m N n mero de chicanas igualmente espa adas velocidade m dia entre chicanas m s Ve1 Ve2 velocidade m dia de escoamento nas voltas m s g acelera o da gravidade m s A perda de carga por atrito pode ser calculada pela f rmula de Manning ha L J va n 2L R 3 onde ha perda de carga por atrito m L percurso total percorrido pela gua m J gradiente hidr ulico m m n coeficiente de Manning 0 0013 para concreto e 0 011 para madeira R raio hidr ulico m A perda de carga total dada pela soma de h e ha FIOCRUZ ENSP Tratamento de gua para Consumo Humano Eng Marcelo B Freitas E o gradiente de velocidade pode ser calculado pela f rmula G P u v Omde P representa a pot ncia de correntes l quidas e dada pela equa o P Quy h Para floculadores hidr ulicos de chicanas verticais ha insignificante logo h h assim P Qy Ncve Ne 1 X Vez 2 0 G Q y Nc vei N 1 x vez 2 9 u V FIOCRUZ ENSP Tratamento de gua para Consumo Humano Eng Marcelo B Freitas Para floculadores hidr ulicos de chicanas horizontais h muito baixo assim h h ent o a perda de carga se d principalmente pela f rmula ha L J va n 2L Ra 3
8. e elimina o de ovos de trematodos m nimo de 5 mg Litro de oxig nio dissolvido aus ncia de petr leo e derivados e limite para outros par metros Outras esp cies e vidas silvestres Aus ncia de petr leo e derivados limites para v rios par metros FIOCRUZ ENSP Tratamento de gua para Consumo Humano Eng Marcelo B Freitas Quantidade de gua para Consumo Humano O volume de gua necess rio para abastecer uma determinada popula o calculado levando em conta os seguintes componentes representados na tabela 2 Tabela 2 Parcelas componentes da demanda de gua de uma localidade Demanda da Agua Dom stico asseio corporal descarga de bacias cozinha bebida lavagem de roupa rega de jardim e quintais limpeza geral lavagem de autom veis ar condicionado Comercial bares lojas restaurantes cinemas teatros etc Industrial mat ria prima processos resfriamento instala es hidro sanit rias P blico limpeza de logradouros p blicos irriga o de jardins fontes e bebedouros limpeza de rede de esgoto limpeza de galerias pluviais edif cios p blicos piscinas p blicas e recrea o Especial combate a inc ndio instala es desportivas sistemas de transporte Perdas perdas na adu o no tratamento na rede de distribui o Co perdas domiciliares Desperd cios desperd cio de gua nos pontos de consumo O consumo m dio di rio em litro por habitante ou consumo per cap
9. termos diferenciais ser dP Cy b dR p 2 1 k 27 N 1 60 R FIOCRUZ ENSP Tratamento de gua para Consumo Humano Eng Marcelo B Freitas Rej P y 2 9 27 60 3 Ca b 1 k N Jr R dR fazendo g 9 8 m s2 P 5 859 x 10 Ca y b 1 k gt Raf R 4 P 1 465 x 10 Ca y b 1 k 7 Raj Ri Para n paletas B n mero de bra os do agitador a express o fica P 1 465 x 10 Ca y b 1 k X Re Rj B Para floculador mecanizado de paleta nica e eixo vertical S o recomendados os seguintes valores de Cy para o produto b Rs Rij FIOCRUZ ENSP Tratamento de gua para Consumo Humano Eng Marcelo B Freitas como primeira aproxima o Fair Geyer e Okum recomendam adotar Ca 1 8 FIOCRUZ ENSP Tratamento de gua para Consumo Humano Eng Marcelo B Freitas Valores a serem adotados para floculadores mecanizados Para valores de k usar 0 24 para rota es de 2 a 5 2 RPM e 0 32 para rota es de 1 1 a 2 0 RPM em geral o valor de k utilizado t m sido de 0 25 A velocidade perif rica das paletas n o deve ultrapassar 75 cm s A soma das reas de todas as paletas n o deve ser superior a 20 da rea da se o transversal da c mara Para floculadores de paletas verticais as bordas superior e inferior devem situar se entre 0 15 m e 0 40 m da superf cie da gua e do fundo do tanque respectivamente Para floculadores de paletas horizo
10. 3 perda de carga relativamente alta Por outro lado apresentam as seguintes vantagens l custo menor de implanta o opera o e manuten o 2 n o exige pessoal qualificado para opera o e manuten o FIOCRUZ ENSP Tratamento de gua para Consumo Humano Eng Marcelo B Freitas Projetos de Unidades Hidr ulicas Unidades do tipo Chicana A energia necess ria para promover a flocula o em canais com chicanas decorre basicamente da perda de carga na voltas por ser muito pequena a resist ncia por atrito nas paredes Conhecendo se a perda de carga total num trecho qualquer do canal poss vel estimar se o gradiente de velocidade m dio no trecho considerado No projeto de sistemas de flocula o por chicanas s o usados os seguintes par metros a tempo de flocula o 20 a 30 minutos sem estudos laboratoriais b velocidade de escoamento ve 0 1 e 0 3 m s c velocidade de escoamento Ve2 2 3 de ves d vertical e podendo ser menor em escoamento horizontal espa amento entre chicanas 0 5 m no m nimo para escoamento Perda de Carga e Gradiente de Velocidade em Sistemas de Chicanas Em um canal provido de chicanas a perda de carga devida a mudan a de dire o do escoamento b ao alargamento e contra o da se o de escoamento nas voltas c ao atrito da gua com as paredes De acordo com Fair Geyer e Okun a perda de carga para os itens a e b pode ser calculada pela f
11. 4 3 1000 mL 1 g L de Al SO4 3 Y mL Y 20m Y a quantidade correspondente ao volume da solu o a 5 que deve ser dilu da em 1 litro para se ter uma solu o a 0 1 de sulfato de alumino Assim a solu o ter 20 ml L representando uma solu o de 0 1 A partir desta solu o a 0 1 retiram se al quotas para serem colocadas nos bechers Desta forma ao retirarmos 5 mL desta solu o teremos retirado 5 mg que dilu dos em 1 litro fornecer uma solu o com concentra o de 5mg L e assim por diante Deve se colocar o agitador de palhetas com rota o que corresponda ao m ximo grau de turbul ncia da mistura r pida da ETA em geral em torno de 100 rpm Ap s cerca de 1 a 2 minutos deve se diminuir a rota o para o n vel da turbul ncia da flocula o em geral cerca de 40 rpm durante cerca de 15 minutos Ap s esta etapa permite se a forma o e o adensamento dos flocos em torno de 15 a 30 minutos Supondo que o becher que apresentou a melhor clarifica o da gua seja o que cont m a dosagem de 10 mg L precisamos agora calcular a vaz o de dosagem do dosador de sulfato o que pode ser feito atrav s da f rmula FIOCRUZ ENSP Tratamento de gua para Consumo Humano Eng Marcelo B Freitas D Qx mg L C Onde D vaz o do dosador de sulfato Q vaz o da ETA C mg L melhor concentra o encontrada no jar teste concentra o da solu o do tanque 5 aplicando no exempl
12. B E E na TEs a TT T dia TETEA F E E EC MERO RADIO a e ta 5 ia o pr as E o E E m cm T E T F eee mi a BE dd io dA cd do oro mm HEX EI Ha PEV mik ABM di A Fa SE EMT roma aii Hi nas tda ENIN O HERSAL DA QUElJRADE im RGW REITA E t E e AM ES HL Emar E pot k Figura 6 Varia o mensal da qualidade da gua Varia o de consumo mensal de produtos qu micos bruta de um ETA convencional de uma ETA convencional FIOCRUZ ENSP Tratamento de gua para Consumo Humano Eng Marcelo B Freitas COAGULA O FLOCULA O Uma grande variedade de subst ncias encontradas em guas polu das e que provocam turbidez n o capaz de decantar como por exemplo compostos que causam colora o part culas de argilas microrganismos mat ria org nica etc O objetivo da coagula o desestabilizar a suspens o coloidal hidr foba A coagula o pode ser representada por dois fen menos fundamentais l Qu mico rea o do coagulante com a gua e na forma o de esp cies hidrolisadas com carga positiva depende do pH final da mistura e da concentra o do metal 2 F sico transporte das esp cies hidrolisadas para haver contato com as impurezas presentes na gua processo muito r pido variando de 1 10 de segundo at 100 s dependendo das demais caracter sticas pH temperatura concentra o de impurezas Estas duas etapas s o realizadas na unidade de mistura r pida Destes
13. FIOCRUZ ENSP Tratamento de gua para Consumo Humano Eng Marcelo B Freitas MINIST RIO DA SA DE FUNDA O OSWALDO CRUZ ESCOLA NACIONAL DE SA DE P BLICA Departamento de Saneamento e Sa de Ambiental Curso de Especializa o em Engenharia Sanit ria e Controle Ambiental TRATAMENTO DE GUA PARA CONSUMO HUMANO Rio de Janeiro 2001 Autor Marcelo Bessa de Freitas Engenheiro Qu mico Sanitarista Msc em Saneamento Ambiental Doutorando em Sa de P blica FIOCRUZ ENSP Tratamento de gua para Consumo Humano Eng Marcelo B Freitas INTRODU O O Ciclo Hidrol gico A gua na natureza ocorre sob as formas s lida neve gelo granizo l quida gua de chuva e gasosa neblina atrav s do ciclo hidrol gico figura 1 que mant m esse sistema funcionando a radia o solar faz a gua evaporar do solo dos rios da vegeta o e dos oceanos acumulando se na atmosfera em forma de nuvens ao precipitar sob a forma de chuva neve e granizo formam as geleiras rios lagos uma parte da gua se infiltra no subsolo recarregando as reservas fre ticas e rehidratando o solo Os len is fre ticos formados surgem na superf cie atrav s de nascentes que disponibiliza gua para vegeta o terrestre e no processo de manuten o de todos os sistemas biol gicos Uma parte dessa gua infiltrada no subsolo reposta em dire o dos rios lagos e oceanos Ciclo da gua pat e ai a ati 3 pra
14. H50 O complexo AI OH gt s OH inst vel e se hidrolisa para produzir hidr xidos hidratados e se combina para formar compostos polimerizados Estas rea es ocorrem num pH que varia de 5 7 a 8 0 o que corresponde a maioria dos casos na pr tica Ensaio de Flocula o Jar teste As dosagens de sulfato de alum nio usadas variam com o pH a alcalinidade a turbidez e o teor de s lidos Considerando a qualidade das guas superficiais brutas brasileiras elas variam de 5 a 50 mg L podendo atingir valores maiores quando em per odos chuvosos FIOCRUZ ENSP Tratamento de gua para Consumo Humano Eng Marcelo B Freitas O ensaio consiste em colocar volumes determinados da gua a ser tratada em seis bechers Nestes s o introduzidas palhetas que se movem simultaneamente acopladas a um motor el trico com velocidade de rota o que varia de acordo como operador O ensaio simula em condi es de laborat rio o que ocorre em escala real ou seja a mistura r pida a a flocula o e a decanta o No inicio do teste liga se o motor imprimindo uma velocidade de rota o mais alta simulando o gradiente de velocidade da mistura r pida nas palhetas junta se ent o o sulfato de alum nio em geral em solu a de 0 1 ou seja 19 L previamente preparadas em doses crescentes que em geral entre 5 e 50 mg L variando de 3 em 3mg L ou de 5 em 5mg L esta varia o depende muito da percep o que o operador tem sobra a quali
15. Mecanismos de Coagula o j i a dO 3 A La L Pere e a num imer g a am da DO Ha Tii yo CCongula o de prticalas colnid nis nos mer nrmlamas de nesiraliza o de carga amp varmelura FIOCRUZ ENSP Tratamento de gua para Consumo Humano Eng Marcelo B Freitas Coagula o Usando Sulfato de Alum nio O sulfato de alum nio tem sido o coagulante qu mico mais utilizado nas ETAs brasileiras As suas principais vantagens s o o pre o e a operacionalidade a principal desvantagem diz respeito ao residual de alum nio total em gua concentra es acima da norma 0 2 mg L podem produzir ressuspens o na gua e causar danos sa de humana e grupos vulner veis doentes renais A Qu mica do Sulfato de Alum nio O sulfato de alum nio quando em solu o encontra se sob forma hidrolisada n o havendo forma o de AI Al SO4 s 12H50 gt 2 AI OH5 6 350 Os ons de alum nio hidratados atuam como cidos reagindo com as subst ncias alcalinas presentes na gua e com a pr pria mol cula da gua As subst ncias alcalinas OH CO 3 HCO 3 sendo bases mais fortes que a gua O ion de alum nio hidratado reagir primeiramente com elas para posteriormente reagir com a gua Portanto haver um consumo dos compostos de natureza alcalina e um consequente decr scimo de valor do pH da gua Rea es com as Subst ncias Alcalinas 2 AI OH 6 OH gt TAI OH s OH H 0 2 AI OH 6
16. da gua O uso benef cio da gua possui diversas finalidades que incluem Fins Dom sticos Bebidas cozinha banho lavagem de roupas e de utens lios limpeza da casa jardim Fins Comerciais Restaurantes bares escrit rios etc Fins Industriais Utilizada na transforma o de mat ria prima Irriga o Fins de Recrea o balneabilidade recrea o e pr tica esportiva Fins de Seguran a Combate a inc ndios Entretanto o uso benef cio da gua requer uma s rie de padr es de qualidade de forma a atender as diversas finalidades que se encontram na tabela 1 FIOCRUZ ENSP Tratamento de gua para Consumo Humano Eng Marcelo B Freitas Tabela 1 Qualidade para Diversos Usos da gua Usos da gua Requisitos Principais Dessedenta o de animais Igual ao consumo humano Irriga o de vegetais de consumo cru Menos de 1 000 coliformes 100 mL menos de 1 ovo de nematodos intestinais litro Ind stria Vari vel geralmente igual a gua pot vel ou tratamento especial Recrea o e est tica Aus ncia de materiais flotante sediment veis ou que produza odor cor e turbidez objet veis aus ncia de subst ncias t xicas para a vida aqu tica e silvestre Recrea o com contato Al m de cumprir com os requisitos est ticos deve apresentar menos de 1 000 coliformes 100 mL e limites para v rios par metros relativos subst ncias t xicas Aquicultura Menos de 1 000 coliformes fecais 100 mL em tanques de peixes
17. dade da gua bruta que aflui esta o Ap s a adi o do coagulante adi o simult nea nos bechers deve se manter a agita o r pida durante 1 a 2 minutos ap s este tempo diminui se a velocidade de rota o permitindo a forma o dos flocos Esta etapa de forma o varia em torno de 15 a 20 minutos quando ent o o motor desligado seguindo se a fase de decanta o dos flocos Ap s 10 a 30 minutos de decanta o verifica se qual a gua que se encontra mais clarificada e a dose correspondente Exemplo de um Ensaio de Flocula o Utilizando se dos doados de uma ETA tem se Vaz o da ETA Q 60 I s Capacidade do tanque de prepara o do sulfato de alum nio 1650 litros Concentra o da solu o 5 Solu o a 5 50g de Al SO4 3 1000 mL de solu o Xg de Al SO4 3 1650 litros de solu o X 82 5 Kg de AI gt SO4 s FIOCRUZ ENSP Tratamento de gua para Consumo Humano Eng Marcelo B Freitas X quantidade de sulfato de alum nio que deve ser adicionada ao tanque de 1650 L nessa prepara o do tanque de coagulante deve se deixar bater durante 6 horas para homogeneizar bem a solu o Solu o para o jar teste Esta solu o deve ser a 0 1 1g L para se trabalhar com a leitura da bureta ou seja ImL Img 1000mg 1000 mL solu o a 5 solu o do tanque quanto se deve usar desta solu o para se ter uma outra a 0 1 50 g L de Al SO
18. dois processos em diante h necessidade de agita o relativamente lenta para que ocorram choques entre as impurezas que se aglomeram formando part culas maiores denominadas FLOCOS esta etapa denominada de FLOCULA O A coagula o depende do pH alcalinidade cor verdadeira turbidez temperatura mobilidade eletrofor tica for a i nica s lidos dissolvidos e tamanho e distribui o dos tamanhos das part culas no estado coloidal e em suspens o Os coagulantes podem ser classificados entre os de comportamento cido sulfato de alum nio sulfato ferroso cloreto f rrico e sulfato f rrico e b sico aluminato de s dio FIOCRUZ ENSP Tratamento de gua para Consumo Humano Eng Marcelo B Freitas PROPRIEDADES DOS COL I DES Os col ides podem ser classificados quanto sua estrutura eletrost tica e molecular quando presentes na gua Est veis mol culas de detergente ou sab o micelas prote nas amidos e alguns pol meros de grande cadeia n o est o sujeitos coagula o Inst veis argilas xidos met licos microrganismos etc podem ser coagulados Hidr fobos ou suspens ides repelem as mol culas de gua Hidr filos ou emuls ides apresentam afinidade com a gua CARACTER STICAS DAS ARGILAS As argilas s o representadas por argilominerais mat ria org nica mica pirita calcita etc Seus constituintes b sicos s o representados por Silicatos hidratados de alum nio e ferro e alg
19. e b difusores que produzam jatos da solu o de coagulante aplicados no interior da gua c agitadores mecanizados d entrada de bombas centr fugas Podem ainda ser utilizados como dispositivos hidr ulicos de mistura a qualquer singularidade onde ocorra turbul ncia interna b canal ou canaliza o com anteparos ou chicanas c ressalto hidr ulico FIOCRUZ ENSP Tratamento de gua para Consumo Humano Eng Marcelo B Freitas TIPOS DE MISTURADORES Hidr ulicos Calha Parshall Ressalto Hidr ulico ou Vertedouro Difusores ou Malhas Difusoras Mecanizados Escoamento radial Turbinas de paletas planas Turbinas de paletas curvas Escoamento axial Turbinas de paletas inclinadas H lice propulsora Calha Parshall um medidor de vaz o de regime cr tico Onde ao se fazer com que o regime de escoamento passe de subcr tico para cr tico poss vel estabelecer uma rela o matem tica entre a altura da l mina d gua a montante da se o em que o regime cr tico e a vaz o que est escoando Eleva o do nivel d gua a jusante do medidor E Porrshygll sem com Ress lio furamir FIOCRUZ ENSP Tratamento de gua para Consumo Humano Eng Marcelo B Freitas Algumas desvantagens da Calha Parshall Afogamento do Parshall N o obten o de ressaltos verdadeiros Possibilidade de retromistura devido forma o de rolo no ressalto Diretrizes para a sele
20. e Campos no Rio de Janeiro onde foi instalado um sistema de filtra o r pida Quando a gua destinada para o consumo humano n o estiver dentro dos padr es de potabilidade necess rio o emprego de um tratamento f sico e f sico qu mico a fim de se remover todas as impurezas presentes O tratamento pode ser domiciliar simples convencional ou avan ado Quando a gua fornecida por uma companhia de abastecimento ela deve captar e tratar a gua e distribui la de acordo com o padr o de potabilidade estabelecido na portaria 1469 do Minist rio da Sa de As tecnologias de tratamento empregadas variam em fun o do tipo de gua Quanto mais vulner vel e comprometida por fontes de polui o pontual lan amento de esgotos municipais e industriais e difusa atividades agr colas que lan am FIOCRUZ ENSP Tratamento de gua para Consumo Humano Eng Marcelo B Freitas pesticidas no ambiente maior a concentra o de impurezas presentes na gua e portanto maior a classe tabela 7 do corpo h drico necessitando de tratamento mais complexo e de custo mais alto O Conselho Nacional do Meio Ambiente atrav s da Resolu o n 20 de 15 de junho de 1986 estabelece uma classifica o ver tabela 7 baseada na qualidade da gua a ser captada para fins de tratamento em fun o dessa qualidade necess rio o emprego do tratamento para a remo o das impurezas qu micas e biol gicas presentes na gua a fim de t
21. er previsto G m ximo no primeiro compartimento de 70 s e m nimo no ltimo de 10 s 4 Deve ser previsto dispositivo que possa alterar o gradiente de velocidade aplicado ajustando o s caracter sticas da gua e permitindo varia o de pelo menos 20 a mais e amenos do fixado para o compartimento 5 Os tanques de flocula o devem ser providos de descarga com di metro m nimo de 150 mm e fundo com declividade m nima de 1 na dire o desta 6 Os tanques de flocula o devem apresentar a maior parte da sua superf cie livre exposta de modo a facilitar o exame do processo 7 A velocidade da gua ao longo dos canais deve ficar entre 10 cm s e 30 cm s 8 O espa amento m nimo entre chicanas deve ser de 0 60 m podendo ser menor desde que elas sejam dotadas de dispositivos para sua f cil remo o A escolha do tipo de sistema de flocula o est condicionada a diversos fatores O qualidade da gua O mecanismo de coagula o Q nn tamanho das unidades exist ncia de pessoal qualificado para opera o e manuten o e regime de funcionamento vaz o constante ou vari vel cont nuo ou intermitente FIOCRUZ ENSP Tratamento de gua para Consumo Humano Eng Marcelo B Freitas Algumas desvantagens dos sistemas hidr ulicos 1 pouca flexibilidade em rela o varia o de vaz o 2 impossibilidade de variar ou ajustar o gradiente de velocidade
22. ermos de remo o de impurezas tem se o registro de filtros eg pcios e japoneses de lou as barro ou arenito al m dos Tanques de Aden na Ar bia 600 a C constru dos pelos Romanos Em 1582 instalada a 1 bomba no rio Tamisa para abastecer Londres marcando a o in cio dos processos mec nicos de eleva o em grandes cidades A Inven o da m quina a vapor permitiu o emprego de bombas mais potentes e de maior capacidade e no s c XIX o abastecimento se desenvolveu com a fabrica o de tubos de ferro na Europa Em 1832 constru da a 1 esta o de tratamento de gua nos EUA e em 1958 j se fornecia gua tratada para mais de 120 milh es de pessoas na Am rica do Norte Em 1854 a Inglaterra recomenda o uso de hipoclorito de c lcio para desodorizar guas residu rias e em 1887 tem in cio nos Estados Unidos a desinfec o de guas utilizando compostos de cloro A clora o como processo de tratamento no abastecimento p blico foi introduzida em 1902 pelo qu mico Maur cio Duyk em Middlekerk na B lgica e usado at 1921 No Brasil em 1926 a cidade de S o Paulo passa a clorar toda gua canalizada e na cidade do Rio de Janeiro a clora o tem in cio em 1934 Rezende amp Heller 2002 Ramos 1991 O primeiro filtro lento foi constru do por John Gibb na Esc cia no s c passado No Brasil uma das primeiras interven es que se tem registro em termos de remo o de impurezas ocorreu em 1880 na cidade d
23. experimentam em fun o de uma energia externa fornecida ao sistema o qual se encontram as part culas FIOCRUZ ENSP Tratamento de gua para Consumo Humano Eng Marcelo B Freitas Para um L quido newtoniano a tens o de cisalhamento pode ser definida pela equa o t u dv dy 1 Onde tens o de cisalhamento u viscosidade absoluta do l quido dv dy o gradiente de velocidade Podemos representar essa tens o atrav s da figura abaixo F dv E E dy dx Sendo P a pot ncia aplicada por unidade de volume podemos escrever P F A t u dv dy F Ady udv F Ay m V v F Ay uuv gt F v A uv y gt F d t A p v y P x y Z u v y Mas x y z V volume do elemento do fluido e x y G gradiente de velocidade logo P VuG gt G P u V Onde P Pot ncia dissipada por unidade de volume V Volume onde ocorre a dissipa o FIOCRUZ ENSP Tratamento de gua para Consumo Humano Eng Marcelo B Freitas MISTURA R PIDA A mistura deve ser efetuada em local de transmiss o de grande energia massa l quida e no menor tempo poss vel em vista da rapidez com que as rea es de desestabiliza o se processam A norma NBR 12216 da ABNT estabelece os seguintes dispositivos para uma unidade de mistura r pida a qualquer trecho ou se o de canal ou canaliza o que produza perda de carga compat vel com as condi es desejadas em termos de gradiente de velocidad
24. gua para consumo humano o gua para consumo humano 2 Escherichia coli ou coliformes termotolerantes 3 Aus ncia em 100ml gua na sa da do tratamento Coliformes totais Aus ncia em 100ml gua tratada no sistema de distribui o reservat rios e rede Escherichia coli ou coliformes termotolerantes 3 Aus ncia em 100ml Sistemas que analisam 40 ou mais amostras por m s Aus ncia em 100ml em 95 das amostras examinadas no m s Coliformes totais Sistemas que analisam menos de 40 amostras por m s Apenas uma amostra poder apresentar mensalmente resultado positivo em 100ml NOTAS 1 Valor M ximo Permitido 2 gua para consumo humano em toda e qualquer situa o incluindo fontes individuais como po os minas nascentes dentre outras 3 a detec o de Escherichia coli deve ser preferencialmente adotada A gua para ser pot vel n o deve conter nenhum microrganismo patog nico ou subst ncia qu mica capaz de causar algum dano ao homem deve tamb m estar livre de bact rias que indicam polui o fecal Para certificar que a gua satisfaz os padr es e normas de potabilidade em qualidade bacteriol gica e f sico qu mica importante que as amostras sejam examinadas regularmente em rela o aos indicadores de polui o fecal coliformes totais e fecais e f sico qu micos nitrato pH turbidez cloro residual livre ferro e fluoreto Os organismos recomendados s o as bact rias do gru
25. ma o de cargas positivas ao redor da superf cie do col ide a qual possui carga el trica negativa A camada difusa resulta da aproxima o de ons negativos na camada compacta que por sua vez atrai outros ons positivos O potencial el trico criado pela presen a do col ide na gua diminui com a dist ncia a partir da superf cie do mesmo onde m ximo denominado de potencial de Nerst O potencial zeta representa a magnitude da for a repulsiva desenvolvida pela dupla camada FIOCRUZ ENSP Tratamento de gua para Consumo Humano Eng Marcelo B Freitas PARTICULA T SOL GIDAL wz HERKWST TPN TT POTTAN me EL TRICO POTENCIAL ET PE CARACA DIFUSA FIGu A Pi COF TOURA AQ ESQUER TICA BA CUPLA CaHADA EL TRICA Quanto maior a for a i nica menor a dist ncia a partir da superf cie do col ide e consequentemente maior o potencial el trico Quando dois col ides semelhantes se aproximam um do outro ocorre intera o entre as camadas difusas fazendo com que haja repuls o devida for a eletrost tica entre os mesmos Por outro lado for as atrativas representadas pelas for as de Van der Waals resultar o em uma energia de atra o inversamente proporcional ao quadrado da dist ncia entre as superf cies dos col ides A intera o entre as for as de repuls o de origem el trica e de atra o de Van der Waals entre part culas coloidais que se movem continuamente devido ao movi
26. mento Browniano contribui para a estabilidade do sistema em suspens o Quando a for a i nica pequena a energia resultante de repuls o e atinge um valor m ximo conhecido como barreira de energia Com o aumento da for a i nica a energia resultante pode ser reduzida a ponto de eliminar a barreira de energia de modo que as part culas podem ser aproximadas sem que haja repuls o entre elas FIOCRUZ ENSP Tratamento de gua para Consumo Humano Eng Marcelo B Freitas O potencial zeta pode ser calculado pela f rmula PZ 4 1 v v D onde PZ potencial zeta existente v viscosidade cinem tica v velocidade eletrofor tica das part culas D constante diel trica do meio l quido MECANI SMOS DA COAGULA O O processo de coagula o compreende quatro fen menos f sico qu micos 1 Compress o da camada difusa Consiste na Introdu o de um eletr lito num sistema coloidal que causa um aumento na densidade de cargas na camada difusa e diminui o da esfera de influ ncia das part culas Concentra es elevadas de ons positivos e negativos na gua acarretam um acr scimo do n mero de ons na camada difusa que para manter se eletricamente neutra necessariamente tem seu volume reduzido diminui o da espessura de modo tal que as for as de Van der Waals sejam dominantes eliminando a estabiliza o eletrost tica 2 Adsor o e neutraliza o de carga Neste tipo de desestabili
27. mover a educa o causador da doen a diarr ias por sanit ria feco oral n o bacterianas ingerido v rus Contato de pessoa a febre tif ide e implantar sistema de pessoa ingest o e paratif ide abastecimento de gua e de contato com alimentos diarr ias e disposi o dos esgotos contaminados e contato disenterias melhorar as moradias e as com fontes de gua bacterianas instala es sanit rias contaminadas com fezes como a c lera promover a educa o sanit ria Fonte Barros T de V et alli Manual de Saneamento Prote o Ambiental para os Munic pios V 2 feco oral bacterianas Tecnologias de Tratamento de gua A hist ria abastecimento de gua para consumo humano surge inicialmente para satisfazer demandas relacionadas capta o transporte e armazenamento como consequ ncia do aumento do consumo a partir do crescimento das cidades Enquanto que o tratamento nasce primeiramente para satisfazer uma demanda est tica em rela o aos aspectos organol pticos presentes nas guas impuras O primeiro sistema p blico de gua de que se tem not cia foi o aqueduto de Jerwan constru do na Ass ria em 691 A C Na Antiga Roma 97 A C reportou se a exist ncia de nove aquedutos abastecendo a cidade com extens es vari veis de 16 Km at mais de 80 Km a uma capacidade de 221 9 milh es de litros por dia Em FIOCRUZ ENSP Tratamento de gua para Consumo Humano Eng Marcelo B Freitas t
28. neamento B sico Funasa FIOCRUZ ENSP Tratamento de gua para Consumo Humano Eng Marcelo B Freitas Varia o da qualidade da gua e Tecnologia de Tratamento Os mananciais h dricos superficiais utilizados para fins de abastecimento humano sofrem varia o ao longo do ano Essa varia o est associada a fatores geoclim ticos cheias e estiagens de rios e reservat rios e antropog nicos polui o industrial agr cola e urbana A tecnologia empregada para o tratamento ser determinada em fun o das caracter sticas f sico qu micas qu micas e microbiol gicas destes mananciais de superf cie Assim como os custos de tratamento e pessoal qualificado para operar as plantas de potabiliza o As figuras 6 e 7 relacionam varia o mensal da qualidade da gua bruta e produtos qu micos utilizados numa ETA convencional De acordo com estes gr ficos pode constatar facilmente que nos per odos de maior precipita o pluviom trica h um custo maior no tratamento e um maior atividade do processo operacional i ss F m p wH a im EET LR a ari a F TRA r i E a kh a no Ss PNAN E Fi Ea 5 S a iram pi a a E Fl E E aa Eia bi i mm a ff E 2 i i a E E E Hi i ia E a pt U da Ea o i EA a La g i E mm a q 5 E a 2335 Soile cos i a as hs i a E TER k o a pi Ma s b E i J il r z a ig L PRO F LMA i Ppi ina E a E per ar kaini E q E E us o e ii E bii JEMSTE Bi po
29. ntais a dist ncia deve ser de no m nimo 0 40 m para a parede do tanque O di metro do equipamento deve estar entre 80 e 90 da largura da c mara para floculadores verticais e ou da profundidade da c mara para floculadores horizontais Agitadores do Tipo de Fluxo Axial Turbinas e H lices Nesse tipo de floculador a gua introduzida numa s rie de c maras em geral em n mero de tr s Ma primeira delas o gradiente de velocidade mais intenso que na segunda por sua vez o gradiente na segunda mais intenso que na terceira O gradiente de velocidade depende da rota o do eixo e das caracter sticas da h lice ou turbina Os eixos s o movimentados por conjuntos motor redutor ou motores com variadores de frequ ncia FIOCRUZ ENSP Tratamento de gua para Consumo Humano Eng Marcelo B Freitas O n mero de pot ncia dado pela equa o Onde P Pot ncia do motor Kgf m s N velocidade em rota es por segundo m s p densidade da gua Kgf m s D Di metro da turbina m E caso as condi es estabelecidas para a turbina de Parlatore sejam verificadas o Np 1 3 PLANTA RELA ES GEOM TRICAS EXIGIDAS B 5 D 9 lt h lt 1 1 p 8 SE O AA 9 d 12 p 45 B bV2 Turbina Estudada por Parlatore
30. ntos Pericin ticos decorrem do movimento Browniano e da a o da gravidade que faz com que as part culas ao ca rem se choquem e se aglomerem Atrav s da mesma equa o utilizada na defini o da mistura r pida Smoluchowski Onde Jj n mero de colis es por unidade de tempo entre as part culas i e as part culas j N N concentra o de part culas i e j Y dist ncia de colis o igual soma dos raios das part culas dv dy gradiente de velocidade ou Jij 4 3 n n Yij G mas G P uV ent o A fra o de part culas floculadas em uma unidade de flocula o foi definida por Campos e Povinelli atrav s da seguinte equa o FIOCRUZ ENSP Tratamento de gua para Consumo Humano Eng Marcelo B Freitas Onde No n mero de part culas inicialmente em suspens o turbidez antes da flocula o N n mero de part culas livres existentes ap s a flocula o G gradiente de velocidade introduzido na massa l quida V volume dos flocos existentes na unidade de volume de gua constante denominada raz o de ades o correspondente a fra o das part culas iniciais que se unem em virtude das colis es t tempo de agita o das part culas Obs o produto G t uma medida adimensional que prev a oportunidade de choques entre as part culas e chamada de N mero de Camp Tipos de Floculadores Floculadores Hidr ulicos fazem com que a gua perco
31. o citato temos que D 60l s x 10 mg L 50 g L D 0 012 L s 12 ml s Logo se em um segundo usa se 12 mL da solu o do tanque em 10 segundos usaremos 120 mL desta solu o 120 mL 10 s Em geral os dosadores trabalham com tempo de 10 s porque 1 s um tempo muito pequeno para se detectar FIOCRUZ ENSP Tratamento de gua para Consumo Humano Eng Marcelo B Freitas TEORIA DA MISTURA R PIDA um processo f sico mec nico no qual a gua agitada para que nela se criem gradientes de velocidade que definam a intensidade da agita o a mistura r pida tamb m serve para promover a dispers o do coagulante na gua Principais fatores que influenciam a mistura 1 0 tempo de mistura do coagulante na gua que precisa ser extremamente curto fra es de segundo 2 A intensidade da agita o deve ser elevada de tal modo que permita assegurar dentro do tempo de rea o a completa dispers o do coagulante na gua O CONCEITO DE GRADI ENTE DE VELOCIDADE Foi definido pela vez por Smoluchowski em 1917 atrav s da equa o Onde Jj n mero de colis es por unidade de tempo entre as part culas i e as part culas j n N concentra o de part culas i e j Y dist ncia de colis o igual soma dos raios das part culas dv dy gradiente de velocidade O gradiente de velocidade representa em termos f sicos o n mero de oportunidades de colis es em um determinado tempo que duas part culas
32. orn la pot vel para o consumo humano Tabela 7 Classifica o de corpos h dricos e tratamento requerido Classifica o tratamento requerido classe especial desinfec o classe 1 simplificado classe 2 convencional classe 3 convencional Segundo a ABNT atrav s da NBR 12216 classifica as guas em quatro tipos Tipo A guas subterr neas ou superficiais provenientes de bacias Sanitariamente protegidas Tipo B guas subterr neas ou superficiais provenientes de bacias n o protegidas Tipo C guas superficiais provenientes de bacias n o protegidas Tipo D guas superficiais provenientes de bacias n o protegidas sujeitas polui o e requerem tratamentos especiais para atender o Padr o de Potabilidade E para cada tipo recomenda um tratamento espec fico e a tecnologia empregada pode ser Tipo A desinfec o e corre o do pH Tipo B desinfec o corre o do pH decanta o simples e filtra o precedida ou n o de decanta o para guas de turbidez natural medida na entrada do filtro sempre inferiores a 40 UNT e cor aparente inferior a 20 UH Tipo C coagula o seguida ou n o da decanta o filtra o r pida desinfec o e corre o do pH Tipo D idem tipo C e complementar apropriado a cada caso FIOCRUZ ENSP Tratamento de gua para Consumo Humano Eng Marcelo B Freitas Tabela 8 Caracter sticas b sicas segundo a NB 12216 da ABNT para par metros f sico qu micos qu mico
33. po coliforme Uma vez que est o presentes em larga escala nas fezes do homem e outros animais de sangue quente al m de permitir sua detec o ap s consider veis dilui es A presen a de organismos coliformes fecais termotolerantes em particular Escherichia coli fornece evid ncia definitiva de polui o fecal FIOCRUZ ENSP Tratamento de gua para Consumo Humano Eng Marcelo B Freitas A presen a de organismos coliformes em gua de consumo foi relacionada com doen as e epidemias por diversos autores Lippy amp Waltrip 1984 a partir de estudos de epidemias veiculadas pela gua entre 1946 e 1980 categorizaram as principais defici ncias que causaram ou contribu ram para essas epidemias 1 uso de gua superficial tratada ou n o tratada 2 uso de gua subterr nea n o tratada 3 tratamento interrompido ou inadequado 4 problemas na rede de distribui o e 5 outros Neste estudo concluiu se que mais de 80 das epidemias foram associadas com defici ncias no tratamento ou distribui o de gua Tabela 6 Doen as Relacionadas com o Consumo de gua Contaminada Grupo de doen as Principais doen as Formas de preven o transmiss o Contato de pessoa a poliomielite implantar sistema de pessoa quando n o se hepatite tipo B abastecimento de gua tem higiene pessoal giard ase melhorar as moradias e as adequada o organismo disenteria instala es sanit rias patog nico agente amebiana pro
34. pode ser calculado pela equa o proposta por Azevedo Netto FIOCRUZ ENSP Tratamento de gua para Consumo Humano Eng Marcelo B Freitas Orif cios da malha o aii Jatos de coaguiante E ANAE x 2hE Dist ncia para Dissipa o da Energia dos Jatos Origin rios das Malhas Difusoras V 2 5 A E onde y peso espec fico da gua kgf m So rea da se o transversal do orif cio m vo velocidade m dia do jato d gua de cada orif cio m s N n mero de orif cios vc velocidade m dia da corrente l quida m s g acelera o da gravidade 9 8 m s u viscosidade absoluta kgf s m V volume onde ocorre a mistura m A rea do reator m E espa amento entre os orif cios FIOCRUZ ENSP Tratamento de gua para Consumo Humano Eng Marcelo B Freitas Recomenda es da NBR 12216 para Difusores a a aplica o da solu o de coagulante deve ser uniforme distribu das atrav s dos jatos no sentido contr rio do fluxo b a rea da se o transversal de cada jato n o deve ser maior que 200 cm por orif cio e sua dimens o m xima n o deve ultrapassar 20 cm c a velocidade da gua onde os jatos s o distribu dos deves ser igual ou superior a 2m s d os orif cios de sa da dos jatos devem ter di metro igual ou superior a 3 mm e o sistema difusor deve permitir limpezas peri dicas nas tubula es que distribuem a solu o coagulante
35. r e controlar a qualidade da gua existe uma norma governamental denominada Padr o de Potabilidade que se define como um conjunto de valores m ximos permiss veis das caracter sticas de qualidade da gua acima da qual ela considerada n o pot vel O padr o aprovado pela norma brasileira a Portaria 1469 do Minist rio da Sa de diz respeito ao limite m ximo para cada elemento ou subst ncia qu mica n o considerando efeitos sin rgicos que possam ocorrer entre os elementos ou subst ncias FIOCRUZ ENSP Tratamento de gua para Consumo Humano Eng Marcelo B Freitas Padr es de Natureza Est tica e Econ mica e de Natureza Sanit ria Os padr es de potabilidade devem ser elaborados para atenderem aos seguintes aspectos fundamentais a Oferecer aos consumidores uma gua l mpida de sabor agrad vel e inodora b Impedir que a gua distribu da contenha microrganismos patog nicos e subst ncias pazes sa de humana c ser adequada lavagem de roupas e utens lios n o agressivas s tubula es e acess rios hidr ulicos e n o incrustantes em instala es de gua quente Padr es de Natureza Est tica S o as subst ncias ou caracter sticas que conferem a gua uma altera o organol ptica ou seja no gosto na cor ou no cheiro S o eles cor turbidez ferro mangan s alcalinidade dureza pH cloretos sulfatos cloro residual e fl or Padr es de Natureza Sanit ria S o as subst ncia
36. rra um caminho com mudan as de dire o e a energia necess ria para a forma o dos flocos obtida atrav s da perda de carga resultante desse percurso Os tipos mais encontrados Floculadores Hidr ulicos 11 chicanas horizontais e verticais FLUXO HORIZONTAL PLANTA e Caro E F r t FLUXO VERTICAL SE O Floculador de C hicanas FIOCRUZ ENSP Tratamento de gua para Consumo Humano Eng Marcelo B Freitas a Chicanas horizontais b Chicanas verticais c Tipo Cox d Tipo Alabama e Bandejas perfuradas f Meio granular Floculadores Mecanizados s o capazes de manter a gua em constante agita o atrav s de equipamentos mec nicos s o encontrados os seguintes tipos Eixo vertical o Eixo horizontal Agitadores Mecanizados do Tipo de Paletas a Paletas de eixo vertical b Paleta nica de eixo vertical c Paletas de eixo horizontal d Paletas de c maras superpostas Normas da NBR 12216 para projetos de floculadores l G e t a serem aplicados devem ser determinados por meio de ensaios realizados com a gua a ser tratada 2 N o sendo poss vel proceder aos ensaios destinados a determinar o per odo de deten o adequado podem ser adotados valores entre 20 e 30 FIOCRUZ ENSP Tratamento de gua para Consumo Humano Eng Marcelo B Freitas minutos para floculadores hidr ulicos e entre 30 e 40 minutos para os mecanizados 3 N o sendo realizados ensaios deve s
37. s e microbiol gicos Caracter stica b sica DBOs mg L m dia lt 1 5 LD 255 2 5 4 0 gt 4 0 m xima 3 0 4 0 6 0 gt 6 0 coliformes totais NMP 100 mL m dia mensal 50 100 5000 gt 20000 100 5000 20000 m ximo gt 100 gt 5000 gt 20000 x pH 5 9 5 9 5 9 3 8 10 3 cloretos mg L lt 50 50 250 250 600 gt 600 fluoretos mg L lt 1 5 1 5 3 0 gt 3 0 0a em menos de 5 das amostras examinadas em menos de 20 das amostras examinadas em menos de 5 das amostras examinadas A desinfec o consiste na remo o de microrganismo patog nicos atrav s de um agente qu mico cloro oz nio iodo permanganato de pot ssio ou de um agente f sico calor ou radia o ultra violeta As esta es de tratamento de gua geralmente usam cloro gasoso como agente desinfetante No tratamento simplificado a gua al m de sofrer uma desinfec o submetida a uma filtra o que pode ser lenta geralmente em guas com baixa turbidez ou r pida utilizada em guas com turbidez mais alta esta ltima quase sempre precedida por uma decanta o qu mica ou simples No tratamento convencional figura 4 a gua para ficar l mpida requer a introdu o de uma agente qu mico sulfato de alum nio cloreto f rrico e polieletr litos chamado de coagulante que serve para remover as impurezas representadas em sua maior parte pelas part culas coloidais Essas part cula
38. s necessitam ser desestabilizadas e aglutinadas umas as outras formando flocos que ser o sedimentados nos decantadores e removidos na filtra o A coagula o efetuada em uma unidade de mistura r pida enquanto que a aglutina o efetuada em uma unidade de mistura lenta ou floculadores FIOCRUZ ENSP Tratamento de gua para Consumo Humano Eng Marcelo B Freitas Figura 4 Sequ ncia do Tratamento Cl ssico ou Convencional Alcalinizante E ajuste do pH _ _ iine Adi o de coa gaulanteo Mecunlamie 1x altar de floscula o Pr oxida o Mistura r pida Flocula o Decano Oxidante Auxiliar de filtra o Filtra o Dussinfe o Fluoreta o Corre o do pH Apua Tratada eane Fl or Produtos quimicos para corre o t ajuste do pH corresivicade e incrustalilidace Tratamiento Convencional da Agum para Fins de Porebiliza o Fluxograma Fonte Di Bernardo 1999 O sistema de abastecimento de gua figura 5 de uma cidade iniciado na capta o onde ocorre a tomada d gua que segue para o tratamento ap s a remo o das impurezas a gua armazenada em reservat rios onde em seguida distribu da popula o atrav s de adutoras e malhas de rede Essa distribui o pode realizada por meio de bombas ou por gravidade Figura 5 Sistema de Abastecimento de gua Fonte Manual de Sa
39. s ou microrganismos que podem causar algum dano sa de do ser humano Podem ser metais pesados chumbo c dmio n quel cromo organoclorados bact rias v rus algas etc Impurezas Presentes na gua A gua possui v rias impurezas que s o classificadas pelo seu tamanho e comportamento f sico qu mico quando em solu o na gua Essas impurezas podem estar presentes na forma particulada gt lum coloidal 0 001 um lt q lt 1 0 um e dissolvida 4 lt 0 001 um b di metro Forma Particulada ou em suspens o areia argila silte restos de planta e animais bact rias e algas Materiais coloidais argila s lica SiO2 prote nas compostos org nicos e v rus 0 003 lt 4 lt 0 3 um Materiais dissolvidos c tions Na Fe Al nions CI SO e gases O2 N2 Ar Alguns padr es de potabilidade s o mostrados na tabela 4 e5 FIOCRUZ ENSP Tratamento de gua para Consumo Humano Eng Marcelo B Freitas Tabela 4 Padr es de potabilidade valores m ximos permiss veis para aspectos organol pticos e que afetam a sa de VMP 1 Am nia como NHs uH 2 Odor Nao objet vel 3 Gosto N o objet vel 3 UT 4 5 0 3 NOTAS 1 Valor m ximo permitido 2 Unidade Hazen mg Pt Co L 3 crit rio de refer ncia 4 Unidade de turbidez FIOCRUZ ENSP Tratamento de gua para Consumo Humano Eng Marcelo B Freitas Tabela 5 Padr o microbiol gico de potabilidade da
40. ta proveniente do c lculo das parcelas relativas ao uso perdas e desperd cios nas cidades brasileiras varia em cada regi o e depende de alguns fatores tais como o clima os h bitos e o n vel de vida da FIOCRUZ ENSP Tratamento de gua para Consumo Humano Eng Marcelo B Freitas popula o as atividades econ micas da cidade a exist ncia de medi o de gua distribu da a press o na rede de distribui o os custos e a exist ncia de sistemas de esgotamento sanit rio Alguns valores m dios de consumo per capta de algumas cidades brasileiras encontram se na tabela 3 Tabela 3 Demandas m dias de gua para cidades brasileiras Cidades Popula o habitantes Consumo m dio per capta litros habitantes dia Menores At 5 A 5 000 100 a 150 5 EE a a 25 000 150 a 200 25 000 a 100 000 200 a 250 Acima de 100 000 250 a 300 Entretanto a gua necessita apresentar al m do aspecto quantitativo uma certeza de qualidade e potabilidade para o seu devido consumo Em rela o s caracter sticas qualitativas a gua pode ser encontrada como gua Bruta gua que encontrada na natureza sob diversas formas gua Tratada gua que submetida a algum tipo de tratamento filtra o decanta o desinfec o n o necessariamente pot vel gua Pot vel entende se por gua pot vel aquela que pode ser consumida sem causar danos sa de ou obje es de car ter organol ptico Para certifica
41. ubterr neas a maior parte se origina da gua da chuva a qual infiltra atrav s da zona insaturada Durante este processo a composi o qu mica da gua constantemente modificada pelas intera es com os constituintes minerais da rocha e do solo Silva Filho 1993 A gua subterr nea al m de se um bem econ mico considerada mundialmente uma fonte imprescind vel de abastecimento de gua de consumo humano para as popula es que n o t m acesso rede p blica de abastecimento Apesar da aus ncia de dados completos sobre as dimens es de sua utiliza o estima se que 51 da gua pot vel do Brasil prov m dos aqu feros subterr neos No estado de S o Paulo existem registros de que 60 a 61 dos n cleos urbanos se utilizam de guas subterr neas para o abastecimento total ou parcial CETESB 1996 Forster amp Hirata 1993 FIOCRUZ ENSP Tratamento de gua para Consumo Humano Eng Marcelo B Freitas Os aqu feros subterr neos representam grande potencial de abastecimento para consumo humano e animal al m de utiliza o agr cola principalmente nas reas rurais de alguns pa ses como Brasil Estados Unidos It lia Espanha Nicar gua Amaral et al 1984 e Dinamarca Laursen et al 1994 No Brasil o aqu fero subterr neo abastece 6 549 363 domic lios 19 do total e destes 68 78 localizados na rea rural abrangendo 11 94 de toda popula o nacional segundo o IBGE 1994 O uso benef cio
42. uns metais alcalinos e alcalinos terrosos A origem da estabilidade nas part culas coloidais e nas mol culas de subst ncias h micas est o associados a dois fen menos a estabilidade eletrost tica b estabilidade est rica Estabilidade eletrost tica capacidade de uma part cula ou mol cula ao reagir com a gua de se estabilizar doando ou recebendo pr tons Pode ser do tipo a Rea o com a gua Si0H o SIOH H SiOH amp SIO H AIOH AIOH H AIOH gt AIO H NHs R COOH amp NHs R COO H Em geral quando o pH gt 2 a s lica torna se negativa e em grupos carbox licos e aminas tornam se negativos em pH gt 4 FIOCRUZ ENSP Tratamento de gua para Consumo Humano Eng Marcelo B Freitas b Rea o com outros ons SioH HPO SiOPO H OH c Intera o isom rfica Ox A O Si NS Si o a JS o DO o o Estabilidade est rica resulta da adsor o de pol meros na superf cie de part culas coloidais Os pol meros adsorvidos tanto podem estabilizar como desestabilizar dependendo da quantidade de pol mero e de part culas da afinidade do pol mero com a part cula e a gua e o tipo e concentra o de eletr litos presentes MECANI SMO DE UMA SUSPENS O COLOI DAL A figura 6 apresenta o esquema de uma part cula coloidal negativa com uma nuvem de ons ao redor da mesma A dupla camada camada de Stern ou camada compacta representada pela aproxi
43. za o as part culas presentes na gua bruta adsorvem em suas superf cies produtos de hidr lise do alum nio capazes de neutraliz las A desestabiliza o por adsor o exige que a mistura r pida seja feita com muita energia e durante tempo muito pequeno Os produtos da hidr lise do alum nio que podem ser adsorvidos ficam na gua apenas durante alguns segundos 0 0001 a 1 s ver figura 7 FIOCRUZ ENSP Tratamento de gua para Consumo Humano Eng Marcelo B Freitas 3 Desestabiliza o por Varredura Ap s a forma o dos produtos da hidr lise do alum nio ocorre a forma o do precipitado de hidr xido de alum nio num tempo de cerca de 1 a 7 s O AI OH formado arrastar as part culas em suspens o na gua formando um floco de tamanho maior e com velocidades de sedimenta o mais altas que os flocos formado no processo de adsor o 4 Adsor o por coagulantes polim ricos Adsor o realizada por compostos org nicos sint ticos ou naturais caracterizados por grandes cadeias moleculares que gozam de propriedade de apresentar s tios ioniz veis ao longo da cadeia Os pol meros podem ser classificados como a Cati nico ex on dialil dimetil am nia polietileno imina polidialil dimetil cloreto de am nia b Ani nicos ex poliacrilato de s dio cido acr lico poliestireno sulfonato de s dio c N o i nicos ex acrilamida polivinil cool poliacrilamida d Anfol ticos Figura 7
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