Baixe Tratamento de água para consumo humano - E.T.A (1) (1) e outras Notas de estudo em PDF para Química Industrial, somente na Docsity!
ÍNDICE
I. TÍTULO
- I. Titulo..............................................................................................................
- II. Introdução ....................................................................................................
- Coagulação ..................................................................................................
- Principais agentes químicos utilizados........................................................
- Principais fatores que influenciam a coagulação.........................................
- Principais mecanismos de coagulação.........................................................
- Diagrama de Coagulação.............................................................................
- Mistura Rápida............................................................................................
- Mistura Rápida............................................................................................
- 2.1 Floculação ....................................................................................................
- 2.2 Floculação Hidraúlica..................................................................................
- 2.3 Floculação Mecânica...................................................................................
- 3.1 Decantação .................................................................................................
- 3.2 Decantação de alta taxa...............................................................................
- 4.1 Filtração ......................................................................................................
- 4.2 Filtração Rápida e Lenta..............................................................................
- 5.1 Desinfecção .................................................................................................
- 5.2 Desinfecção com cloro gasoso.....................................................................
- 6.1 Fluoretação .................................................................................................
- 6.2 Seleção de técnicas tratamento de água de abastecimento..........................
- 6.2 Definição NBR 12.216/92...........................................................................
- III. Objetivo .......................................................................................................
- 7.1 Parâmetro Físico...........................................................................................
- 7.2 Parâmetro Químico........................................................................................
- 7.3 Parâmetro Bacteriológico..............................................................................
- IV. Materiais ......................................................................................................
- V. Procedimento Experimental ........................................................................
- 8.1 Fluxograma .................................................................................................
- VI. Conclusão ...................................................................................................
- VII. Referências Bibliográficas .........................................................................
II. INTRODUÇÃO
Tratamento de água de abastecimento é o conjunto de processos e operações unitárias aplicadas para remoção de partículas suspensas e coloidais (partículas sólidas minúsculas), matéria orgânica, microrganismos e outras substâncias dissolvidas na água. O tratamento de água de abastecimento é efetuado em uma unidade que denominamos Estação de Tratamento de Água (ETA).
Principais instrumentos de normatização técnica e jurídica:
- NBR 12.216/92 - Projeto de estação de tratamento de água para abastecimento público;
- NBR 12211 - Estudo de concepção de sistemas públicos de abastecimento de água – Procedimento;
- Fluoretação
- Estabilização química
Tratamento de água convencional
1.1 Coagulação
Carga negativa das partículas -> ação de um agente químico para neutralizar essa carga e facilitar a remoção posterior.
1.2 Principais agentes químicos utilizados
- sulfato de alumínio
- cloreto férrico
- sulfato ferroso clorado
- sulfato férrico
- hidroxi-cloreto de alumínio (HCA ou PAC).
1.3 Principais fatores que influenciam a coagulação
- Característica da água bruta
- pH
- Dose do colagulante
- Tempo da mistura
- Conceito de mistura rápida
- Gradiente médio de velocidade
Gm = Gradiente de velocidade médio (s-1); P = Potência dissipada na massa líquida (W); μ= Viscosidade absoluta do fluido (Pa.s); Vol. = volume da câmara ou reator (m³).
NBR 12.216/92 não maior que 5 s 700 – 1100 s-¹
1.4 Principais mecanismos de coagulação
✓ Adsorção-neutralização de cargas - Após a dispersão do coagulante há formação de espécies hidrolisadas de carga positiva que são adsorvidas na superfície das partículas.
✓ Varredura - Em função da dosagem do coagulante (maior que no mecanismo anterior) e do pH as partículas coloidais são adsorvidas e as suspensas são envolvidas pelo precipitado de alumínio ou ferro.
Ensaio de Jarros ou“Jartest”
✓ Diferentes dosagens de coagulantes
✓ Diferentes pH
✓ Diferentes gradientes médios de velocidade
✓ Diferentes tempo de mistura
1.5 Diagrama de coagulação
“Dimensionamento” da coagulação
→ Dose do coagulante e dimensões do misturado
1.6 Mistura rápida
- Misturador hidráulico: Calha Parshall
c
Mistura rápida
- Misturador hidráulico: injeção na tubulação
1.6 Mistura rápida
- Misturador hidráulico: vertedor
Mistura rápida
- Misturador mecânico: turbina axial
2.1 Floculação
Objetiva promover choque entre as partículas desestabilizadas pela ação do coagulante para formação de flocos a serem removidos por sedimentação ou flotação.
3.2 Decantadores de alta taxa
TAS = Q/Atotal das placas TAS de até 150 m³/m² dia (Para a área ocupada pelo decantador)
Decantadores de alta taxa
4.1 Filtração rápida
✓ Mecanismos:
- Transporte
- Aderência
- desprendimento
✓ Fatores intervenientes:
- Características do meio filtrante (espessura, tamanho, massa específica, forma e distribuição do tamanho dos grãos
- Operação dos filtros rápidos
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;
- Transpasse: aumento da turbidez na água filtrada.
Filtração rápida
Filtros rápidos podem ser descendentes ou ascendentes
4.2 Filtração lenta
Segundo NBR 12.216/92: Espessura mínima do meio filtrante de 0,90 m TAS = 3 a 6 m³/m² dia
Padrão para água filtrada
- Portaria 2.914/2011.
- Água pós filtração rápida 0,5 uT em 95% das amostras.
- Água após filtração lenta 1,0 uT em 95% das amostras.
5.1 Desinfecção
- Objetiva: eliminação de organismos patogênicos (bactérias, protozoários e vírus);
- Manutenção preventiva de residual na rede de abastecimento (caso ocorra alguma contaminação).
Ação dos agentes desinfectantes
- Destruição da estrutura celular;
- Interferência no metabolismo e inativação de enzimas;
- Interferência na biossíntese e no crescimento celular;
Limitações: Tipo de patógenos: em formas esporuladas e encistadas são especialmente resistentes.
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 estações menores);
- Alternativos : ozônio, dióxido de cloro, peróxido de hidrogênio, radiação ultravioleta e combinações desses.
5.2 Desinfecção com cloro gasoso
Tanque de contato de cloro
Portaria 2.914/2011:
- Tempo de contato estabelecido em função da temperatura e pH
- Cloro residual livre: mínimo de 0,5 mg/L (após a desinfecção) e 0,2 mg/L em qualquer ponto da rede.
6.1 Fluoretação e Estabilização química
III. OBJETIVO
Promover reflexões sobre a utilização da água em nosso cotidiano e o papel de cada um no uso racional deste bem de consumo. Reproduzir em pequena escala no laboratório o processo de coagulação, sedimentação e filtração, envolvido no tratamento de água e discutir questões ligadas ao uso da água tratada e o ciclo da água. A água pode ser representada através de diversos parâmetros, que traduzem suas principais características físicas, químicas e biológicas. Esses parâmetros são utilizados na definição de distintos Padrões, que fixam diferentes valores para, por exemplo, águas de abastecimento, águas para balneabilidade, águas residuárias, entre outras. No caso de água para o consumo humano, os parâmetros físicos, químicos e biológicos devem seguir um padrão predeterminado chamado de Padrão de Potabilidade, definido pela Portaria 518/2004 do Ministério da Saúde. A realização de análises físico-químicas, durante as várias etapas do tratamento, possibilita o acompanhamento da eficiência do mesmo e determina a necessidade, ou não, da implementação de medidas preventivas e/ou corretivas. Além disto, serve para monitorar os principais parâmetros relativos à potabilidade da água. Para cada etapa, distintas análises são feitas, a saber:
- Água Bruta: normalmente, são realizadas as seguintes análises: temperatura, cor, turbidez, pH, odor, alcalinidade, matéria orgânica, oxigênio dissolvido, dióxido de carbono, ferro, manganês e dureza. Esta bateria de análises é realizada a cada turno de trabalho e tem como objetivo monitorar a qualidade da água bruta que chega à ETA e detectar alterações na mesma.
- Água Coagulada: analisa-se pH, alcalinidade, cor, turbidez e alumínio.
- Água Decantada: cor, turbidez, pH, alcalinidade.
- Água Tratada: na água tratada são analisados os mesmos parâmetros avaliados na água bruta. Além disto, a cada duas horas, são efetuadas análises de pH, turbidez, cor, flúor, cloro residual livre e alumínio residual. Diariamente, análise bacteriológica. O controle operacional compreende todas as ações necessárias ao bom andamento do processo de tratamento da água. A seguir estão elencadas as principais atividades relativas à operação de estações de tratamento de água:
- medição da vazão de água bruta;
- ajustes e conferências nas dosagens dos produtos químicos utilizados no tratamento;
- preparo de soluções dos produtos químicos utilizados no tratamento;
- lavagem de filtros;
- medição dos níveis dos reservatórios de água tratada;
- registro de consumo de produtos químicos, e verificação periódica do funcionamento de bombas, válvulas, dosadores e demais equipamentos existentes nas estações de tratamento de água.
7.1 Parâmetros Físicos
Turbidez: a turbidez da água se deve à existência de partículas em suspensão, de diferentes tamanhos e natureza química. Ex.: argila, compostos de origem vegetal, microorganismos. A turbidez é medida em equipamentos chamados turbidímetros, e a unidade de medida é o UNT (unidade nefelométrica de turbidez). A turbidez das águas brutas varia bastante, desde valores menores que dez, em lagos, até milhares de unidades em rios bastante poluídos. A água tratada deve apresentar turbidez menor que 1,0 UNT, para que o processo de desinfecção seja eficiente e para atendimento do padrão de potabilidade vigente. Cor: na água bruta, a cor normalmente é causada por compostos orgânicos de origem vegetal. Alguns destes compostos podem originar, quando submetidos à cloração, os chamados trihalometanos, suspeitos de serem agentes cancerígenos. Por isto, a água tratada deve apresentar valores de cor inferiores a 15 unidades. A cor pode ser dividida em cor real e cor aparente. Nas estações de tratamento normalmente mede-se a cor aparente, em equipamentos chamados colorímetros. Sabor e Odor: este parâmetro é de difícil avaliação, visto que a análise de sabor e odor é bastante subjetiva e depende das habilidades e treinamento dos analistas. Na água bruta, a presença de sabor e odor se deve, predominantemente, a compostos orgânicos originados pela atividade metabólica de algumas espécies de algas. O tratamento convencional não remove completamente estas substâncias, sendo necessário, muitas vezes, a utilização de carvão ativado para remoção das mesmas. Temperatura: a temperatura tem influência em todas as etapas do tratamento, e, também, na determinação de alguns parâmetros químicos, tais como pH e solubilidade de gases. Daí a importância do monitoramento da mesma nas águas bruta e tratada.
7.2 Parâmetros Químicos
pH: a medida do pH indica a acidez ou basicidade de uma solução. A escala de pH é de 0 a
- Assim, soluções com pH abaixo de 7 são ditas ácidas e soluções com pH acima de 7 são ditas básicas. Os valores de pH nas águas bruta e tratada sofrem influência da temperatura e da presença de gases e sólidos dissolvidos. O controle do pH nas águas bruta e tratada é importante, pois o mesmo influencia as etapas de coagulação e desinfecção. O pH geralmente é medido em equipamentos específicos para este fim, através do método potenciométrico. Alcalinidade: a alcalinidade é definida como a capacidade da água em neutralizar ácidos. Pode ser atribuída à presença de carbonatos e bicarbonatos provenientes da ação erosiva da água sobre os solos e rochas. A alcalinidade influi no processo de coagulação, pois o sulfato de alumínio utilizado como agente coagulante reage com estes compostos originando o hidróxido de alumínio. A alcalinidade é medida através de titulação da amostra com ácido padronizado (concentração conhecida). Dureza: a dureza normalmente é devida à presença dos cátions Ca+2, Mg+2, sob a forma de bicarbonatos e carbonatos. Águas com elevada dureza não produzem espuma e incrustam tubulações de água quente e caldeiras. As águas subterrâneas costumam apresentar maior dureza que as águas superficiais. A dureza é determinada através de titulação da amostra com EDTA. Cloretos: o íon cloreto presente em águas superficiais pouco poluídas e distantes do litoral, normalmente é originário da dissolução de minerais. Concentrações elevadas de cloretos interferem na coagulação e conferem sabor salino à água. No caso da água tratada, altas concentrações de cloretos aceleram os processos de corrosão em tubos metálicos. A determinação dos cloretos se dá por titulação da amostra com nitrato de prata. Ferro e Manganês: o ferro e o manganês são encontrados mais comumente em águas subterrâneas. Contudo, podem ocorrer em águas superficiais (represas), associados a bicarbonatos e matéria orgânica. A presença de ferro e manganês na água tratada pode ocasionar o surgimento de manchas em roupas e louças e, em concentrações altas, conferir à água um sabor amargo adstringente. Estes metais normalmente são determinados por colorimetria ou por espectrofotometria de absorção atômica.
a) Materiais necessários:
- balança
- 1 espátula ou colher
- 2 balões volumétricos de 100 mL
- 1 funil de vidro
- papel alumínio
- sulfato de alumínio (Al2(SO4)3.18 H2O) e hidróxido de sódio (NaOH)
b) Solução de sulfato de alumínio a 1% (m/v) (Al2(SO4)3 .18 H2O) ou 0,015 mol/L Preparação da solução (quantidade suficiente para um grupo de alunos): 100 mL Pesar 1,0 g de sulfato de alumínio sobre o papel alumínio, transferir para balão volumétrico de 100 ml, com auxílio do funil e água destilada. Completar o volume com água destilada e homogeneizar. Para usar esta solução, no experimento, agitar antes.
c) Solução de hidróxido de sódio (NaOH) – 1,0 mol/l: Fases da preparação (quantidade suficiente para toda turma): 100 mL
- Pesar cerca de 4 g de hidróxido de sódio (NaOH), sobre pedaço de papel de alumínio;
- Transferir para o balão volumétrico de 100 mL com o auxílio do funil e água destilada;
- Completar o volume até 100 ml com água destilada e agite até dissolução completa. 88 3.2 - Preparação do filtro de areia: a) Materiais necessários (para um grupo de alunos): 01 garrafa plástica de refrigerante transparente de 2 litros; 02 béqueres de 100 ml; 01 suporte universal; 01 aro de metal; 01 garra; cascalho ou brita, areia grossa e areia fina.
V. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Fase de preparação:
Coletar uma amostra de água de um rio ou lagoa; Cortar a garrafa um pouco acima da metade, deixando a parte com o gargalo, com a maior proporção. Lavar esta parte com água e sabão.
Prender o aro ao suporte universal e encaixar a garrafa cortada, com o gargalo para baixo no aro. O cascalho, a areia fina e areia grossa devem ser lavados previamente, por várias vezes, até que a água da lavagem esteja limpa. Colocar o cascalho lavado dentro da garrafa plástica presa ao suporte, formando uma camada aproximadamente de 6 a 8 cm de altura. Em seguida colocar a areia grossa utilizando a mesma proporção do cascalho. Pressionar levemente a areia com a mão, para compactar esta camada. A última camada do filtro deve ser composta de areia fina, que deve ser colocada sobre a areia Grossa. Para melhor acomodação da areia, passar pelo filtro uma pequena quantidade de água. Nota: A água “suja” utilizada neste experimento foi a resultante da lavagem das pedras e da areia, mas pode ser utilizada uma água suja preparada pela mistura de terra e água.
Ensaio de aeração
a) Material necessário (para um grupo de alunos) 01 garrafa plástica de refrigerante (PET) de 2L com tampa 01 béquer de 250 mL 01 funil de vidro
b) Procedimento experimental: 1- Medir 150 ml da água “suja” em um béquer de 250 ml; 2- Transferir a água, com auxílio de um funil para a garrafa de 2L previamente limpa. 3- Tampá-la e agitá-la vigorosamente por 1 minuto, retirar a tampa e transferir novamente para o béquer. 4- Repetir este procedimento por dez vezes.
Ensaio de coagulação
a) Material necessário (para um grupo de alunos): Papel indicador de pH 0-14 (pode ser utilizado o papel tornassol vermelho, que após a adição de base se torna azul) 02 béqueres de 250 ml; 01 béquer de 50 mL 01 conta-gotas; 01 pipeta graduada de 10 ml; 01 bastão de vidro.
b) Procedimento experimental:
- Transferir a água da garrafa PET para o béquer de 250 mL.
- Determinar o pH, utilizando o papel de tornassol. Anotar o resultado obtido;
- Se o pH, estiver abaixo de 7,0 (papel tornassol vermelho); adicionar solução de NaOH até pH básico (cerca de 10 gotas), ou até que o papel de tornassol vermelho se torne azul e agite.
- Acrescentar 50 ml de solução de sulfato de alumínio – 1% sobre a água a ser tratada. (Agitar a solução antes de ser adicionada).
- Agitar constantemente e vigorosamente a mistura por 10 minutos. Observar o tempo de formação de flocos e anotar;
- Cessar a agitação;
- Deixar em repouso e anotar o tempo gasto na decantação (tempo previsto de 20 minutos). Nesta etapa do processo, foi testado o ensaio de coagulação sem a adição do NaOH e não foi observada a formação dos flocos. Testamos também a substituição da solução de NaOH por Ca(OH)2, mas devido a pouca solubilidade desta base em água não conseguimos resultados satisfatórios, também não houve
uma grande aliada para o combate ao desperdício, pois antes dela, ou mesmo onde ela ainda não exista, os consumos individuais médios ficam superiores aos de áreas micromedidas. Seu uso racionaliza a distribuição e evita problemas de falta de água nos pontos de mais difícil abastecimento. A unidade de medida comumente utilizada para a medição da água potável que chega ao consumidor é o volume, normalmente expresso em m3 (metros cúbicos) e o instrumento responsável pela micromedição mais comum é o hidrômetro.
VII. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
▲ http://www.enasaeng.com.br/filtros-tratamento-de-agua.php ▲ http://www.sanesul.ms.gov.br ▲ Kurita handbook ▲ http://www.aquamec.ind.br ▲ DI BERNARDO, Luiz et al. Ensaios de tratabilidade de água e dos resíduos gerados em estações de tratamento de água. São Carlos: Rima, 2002. ▲ FREITAS, Jacqueline Passuello & VERONEZE, Ellen. Curso básico de operação de tanques “Ralf”. ABES: Porto Alegre, 1999. ▲ VIANNA, Marcos Rocha. Hidráulica aplicada às estações de tratamento de água. 3ª ed. Belo Horizonte: Imprimatur, 1997. ▲ VON SPERLING, M. Princípios do tratamento biológico de águas residuárias. Volume 1: Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de esgotos. Volume 2: Princípios básicos do tratamento de esgotos. 2ª ed. Belo Horizonte: Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental – UFMG, 1996. ▲ PÊSSOA, C. A. & JORDÃO, E. P. Tratamento de esgotos domésticos. Volume 1 – 2ª ed. Rio de Janeiro: ABES/BNH, 1982.
