ÁGUA - Métodos e tecnologia de tratamento

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METODOS E TECNOLOGIADE TRATAMENTO

Carlos A. Richter

Lan~amento 2009

ISBN: 9788521204985Paginas: 352

Formato: 17x24 emPeso: 0,580 kg

TECNOLOGIA DE TRATAMENTO

.1 EDITORA~BLUCHER

METODOS EAGUA

Conceitos Básicos de Química 11CONCEITOS BÁSICOSDE QUÍMICA

Desde a mais remota antiguidade, a constituição da matéria intriga o pensamento humano. A questão é: pode a matéria ser dividi-

da indefinidamente em partes cada vez menores ou haverá um limite, uma partícula indivisível, a menor partícula que individualiza uma de-terminada substância? Para os antigos gregos, não havia meios experi-mentais de comprovar quaisquer dessas possibilidades. A constituição da matéria era objeto de correntes filosóficas de pensamento, baseadas em princípios lógicos. Alguns filósofos gregos, notadamente Demócri-to, 500 anos antes de Cristo, defendiam o princípio de que a matéria era constituída de partículas indivisíveis, os átomos. Segundo eles:

As únicas coisas existentes são os átomos e o espaço vazio. Os átomos são infinitos em número e infinitamente varia-dos em suas formas; chocam entre si, sendo as translações e rotações assim provocadas o começo dos mundos. As varie-dades de todas as coisas dependem das variedades de seus átomos em número, tamanho e agregação.

Outros pensadores gregos, entre eles Platão e Aristóteles, que exer-ceram grande influência no pensamento ocidental, eram contrários a essas ideias, e a teoria atômica foi esquecida até o Renascimento, quando se inicia a física experimental com Newton, Boyle e Huygens.

No final do século XVII e início do século XIX, os químicos já co-nheciam algumas relações com que um determinado elemento quími-co combinava-se com outros em reações completas, isto é, sem resídu-os de qualquer componente da reação. Por exemplo, sabia-se que 2 g de oxigênio reagiam com exatamente 3 g de magnésio para formar óxido de magnésio. A mesma quantidade de oxigênio necessitava, entretan-to, de 5 g de cálcio para produzir o óxido de cálcio. Nas reações entre esses elementos, encontra-se, portanto, uma relação entre os números inteiros 2:3:5.

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Conceitos Básicos de Química 5

Na formação de compostos, os elétrons de valência são transferidos da camada ex-terna de um átomo para a camada externa de outro, ou eles são compartilhados pelas camadas externas dos átomos de um com-posto. Quando os elétrons são transferidos, a união é chamada ligação iônica (Figu-ra 1.3). Quando compartilhados, acontece a ligação covalente (Figura 1.4).

Um mol (plural = moles) de um elemen-to ou composto é a sua massa molecular expressa em unidades comuns de massa, usualmente em gramas. Um mol de cloro

é 71 g, e um mol de carbonato de cálcio, substância familiar para quem lida com tratamento de água, é 100 g. Um mol de uma dada substância contém exatamente o mesmo número de moléculas que qualquer outra substância. O número de moléculas contidas em um mol de uma dada substân-cia é chamado de número de Avogadro, e é aproximadamente igual a 6,02 × 1023. Tratando-se de gases, um mol de um gás qualquer, contendo 6,02 × 1023 moléculas, ocupa sempre o mesmo volume, 22,4 L, a 0 °C e a 1 atmosfera de pressão.

EXEMPLO 1.1

Para os operadores e engenheiros que lidam com tratamento de água, a dosagem de coa-gulante é em mg/L do produto como ele é. Pesquisadores e cientistas geralmente apresen-tam em suas publicações a dosagem em termos do íon metálico correspondente, Al3+ ou Fe3+. É conveniente, portanto, estabelecer suas equivalências para uma rápida conversão de uma unidade para outra.

O sulfato de alumínio seco tem a fórmula

Al2(SO4)3 × 14 H2O

Calcular o mol e a porcentagem de alumínio, Al3+. Pesos atômicos:

Al = 26,98, S = 32,06, O = 16,00, H = 1,00 H2O = 2 H + O = 2 × 1,00 + 16,00 = 18,00 SO4 = S + 4 O = 32,06 + 4 × 16,00 = 96,06 Al = 26,98 Al2(SO4)3 × 14 H2O = 2 × 26,98 + 3 × 96,06 + 14 × 18 = 594,14

SOLUÇÃO:

A porcentagem de alumínio no sulfato é, então

(26,98/594,14) × 100 = 4,54%

Figura 1.3 Ligação iônica – Molécula de cloreto de sódio, NaCl

Figura 1.4Ligação covalente – Molécula de ácido clorídrico, HCl

e

e ee e

eee

e

e

e

e

e

e ee e

Cl

e e

eee

e

e

e

e e

Na eH Cle ee

e e e

e

e

e e

e ee e

e e

e e

Elétron compartilhado

Tratamento 01.indd 5 31.07.09 17:58:45

Estequiometria, Equações Químicas 92ESTEQUIOMETRIA,EQUAÇÕES QUÍMICAS

A análise estequiométrica (do grego Stoikeion, elemento) baseia-se na lei da conservação das massas, isto é, que o número total de

átomos de cada espécie envolvida em uma reação química deve ser o mesmo nos dois lados da equação.

A maneira mais simples de definir uma reação química é por meio de uma equação química, na qual o lado esquerdo indica os reagen-tes, ou produtos químicos que serão postos em contato, e o lado di-reito, os produtos ou resultados da reação química. A seta indica o sentido da reação. Por exemplo, sabemos que hidrogênio + oxigênio Z água. Em concordância com a lei da conservação das massas, pode-se escrever:

2 H2 + O2 → 2 H2O

Para uma equação química estar correta, devem ser verificadas as seguintes observações:1. A equação deve representar a realidade, isto é, devem-se conhecer

todos os reagentes e produtos.2. A equação deve incluir os símbolos e fórmulas de todos os elemen-

tos e compostos que reagem ou se formam com a certeza de estão escritos corretamente. Os elementos que existem como moléculas diatômicas são: hidrogênio, oxigênio, nitrogênio, flúor, cloro, bromo e iodo; os demais são considerados monoatômicos na redação de equações químicas.

3. A lei da conservação dos átomos deve ser obedecida, isto é, deve haver o mesmo número de átomos de cada elemento em ambos os membros da equação.

Tratamento 02.indd 9 31.07.09 18:00:40

10 Água — Métodos e Tecnologia de Tratamento

Por exemplo, o processo mais comum no tratamento de água é a coagulação. O sulfato de alumínio reage com a alcalinida-de natural ou adicionada à água, formando o hidróxido de alumínio. A reação simplifi-cada pode ser representada por:

Sulfato de alumínio + hidróxido de cálcio → hidróxido de alumínio

+ sulfato de cálcio

Com as fórmulas químicas dos compo-nentes, pode-se escrever:

Al2(SO4)3 + Ca(OH)2 → Al(OH)3 + CaSO4

Essa expressão deve ser equilibrada. Começando com o Al2(SO4)3 para equili-brar os átomos, encontram-se dois átomos de alumínio no lado esquerdo. Com isso, no lado direito deve haver duas moléculas de Al(OH)3. Há três radicais SO4

– no primeiro

membro, de modo que a equação fica agora como:

Al2(SO4)3 + Ca(OH)2 → 2 Al(OH)3 + 3 CaSO4 (ainda não equilibrada)

Como há três átomos de cálcio no se-gundo membro, deve-se colocar o coefi-ciente 3 antes do Ca(OH)2 no lado esquer-do da equação:

Al2(SO4)3 + 3 Ca(OH)2 → 2 Al(OH)3 + 3 CaSO4

resultando, finalmente, uma equação equi-librada.

A análise estequiométrica é utilizada para se determinar as quantidades de reagentes necessárias para se obter uma dada quanti-dade de produto desejado e é, portanto, de grande importância no dimensionamento de dosadores, tanques de solução, espaço para armazenamento de produtos químicos etc.

EXEMPLO 2.1

Uma situação extremamente perigosa na operação de uma estação de tratamento de água é o vazamento de cloro para a atmosfera, com risco de vida para o operador. O cloro pode ser neutralizado por um álcali, por exemplo, pela cal hidratada [hidróxido de cal, Ca(OH)2] ou pela soda cáustica (hidróxido de sódio, NaOH). Destes, a soda é bem mais solúvel e, portanto, passível de ser armazenada em um volume relativamente pequeno, sendo, as-sim, preferível em uma primeira escolha.

Calcular a quantidade de soda necessária e o volume do tanque para armazená-la em so-lução a 50%, capaz de neutralizar um cilindro de cloro de 1 tonelada (960 kg).

SOLUçãO:

A reação de neutralização, na qual se produz hipoclorito de sódio, é a seguinte:

Cl2 + ..NaOH + ..H2O → ..NaClO + ..NaCl + ..H2O

O equilíbrio é alcançado com a seguinte equação

Cl2 + 2 NaOH + H2O → NaClO + NaCl + 2 H2O [2.1] (2 x 35,5) + 2(23 + 16 + 1) (23 + 16 + 35,5) 71 + 80 74,5

Assim, 80 kg de hidróxido de sódio reagem com 71 kg de cloro gasoso, resultando em uma solução contendo 74,5 kg de hipoclorito de sódio.

A quantidade de soda cáustica necessária será, então,

Cl2 NaOH 71 → 80 960 → x x = 1.082 kg de NaOH

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Leis dos Gases 133LEIS DOS GASES

3.1. Lei de AvogAdroHá uma relação proporcional entre a massa de um gás, dada em molé-culas gramas, e o seu volume, quando a pressão e a temperatura são constantes:

V

n= const.

[3.1]

onde n é o número de moles. Avogadro propôs, em 1811, que, sob condi-ções normais de pressão e temperatura, iguais volumes de gases contêm igual número de moléculas. O valor atual do número de Avogadro é 6,02 × 1023 moléculas/mol. Um mol de qualquer gás ocupa, em condições normais de pressão e temperatura, 22,4 L (ver Figura 3.1).

3.2. Lei de BoyLeQuando se comprime um gás mantendo constante sua temperatura, a pressão varia inversamente com o volume:

P · V = const. [3.2]

formulação proposta em 1662 por Robert Boyle, físico inglês.

Figura 3.1Volume molar de um gás

1 mol H2 (2,0 g) =1 mol CO (28,0 g) =1 mol He (4,0 g) =1 mol CO2 (44,0 g) =1 mol O2 (32,0 g) =

= 1 mol Cl2 (71,0 g)= 1 mol NH3 (17,0 g)= 1 mol NO (30,0 g)= 1 mol HCl (36,5 g)= 1 mol N2 (28,0 g)

1 volume molar de qualquer gás22,4 litros nas C.N.T.P.

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Leis dos Gases 17

3.4. Lei dAs Pressões PArCiAis ou Lei de dALton

A lei de Dalton estabelece que a pressão total exercida por uma mistura gasosa é a soma das pressões parciais de seus com-ponentes. A pressão parcial de um gás é a pressão que exerceria se somente ele ocu-passe o recipiente à mesma temperatura da mistura. Em forma de equação,

PT = ∑ Pi

onde:PT = pressão total dos gases, atmPi = pressão do gás índice i, atm

Na atmosfera, o nitrogênio tem uma pressão parcial de 0,781 atm; o oxigênio, 0,209 atm; o argônio, 0,0093 atm; e o dió-xido de carbono, 0,00033 atm. A pressão residual de 0,0004 atm é devida a diversos outros gases que existem na atmosfera em pequenas proporções. Pela lei dos gases pode-se, então, determinar a composição do ar em volume, dada na Tabela 3.1.

3.5. eFusãoA efusão é o escape de um gás de um re-cipiente através de um orifício. O número de moléculas de um gás que passa por um

orifício na unidade de tempo depende de sua velocidade média. Pela teoria cinética dos gases, sendo constantes a pressão, o volume e a temperatura, a energia ciné-tica ½nmv2 deve ser a mesma para todo gás. Assim, aplicando a expressão anterior para os gases 1 e 2, e lembrando que igual volume de gases tem o mesmo número de moléculas n, temos:

12nm1v

21 =

12nm2v

22

ou

v1

v2=

√m2

m1 [3.5]

Essa é a expressão da lei de Graham, a qual estabelece que as velocidades de efu-são de dois gases estão relacionadas entre si na razão inversa da raiz quadrada de suas massas.

tabela 3.1Composição do ar seco

Componente Volume por cento

Nitrogênio 78,09

Oxigênio 20,95

Argônio 0,93

Dióxido de carbono 0,03

EXEMPLO 3.4

Se a descarga de cloro (Cl2) que passa pelo orifício de controle de um clorador é de 40 L/min, qual seria a descarga de gás amoníaco (NH3) correspondente se o mesmo aparelho fosse usado para o amoníaco?

Solução:

As descargas sendo proporcionais às velocidades, e as massas aos moles corresponden-tes, pode-se escrever, com base na equação [3.5]:

qNH3=qCl2

×

molCl2

molNH3

Como molCl2 = 2 × 35,45 = 70,9 e molNH3

= 14 + 3 × 1 = 17, resulta

qNH3

=70,917

= 82,7 L/min

Tratamento 03.indd 17 31.07.09 18:04:28

Soluções, Equilíbrio e Atividade Química 214SOLUÇÕES, EQUILÍBRIOE ATIVIDADE QUÍMICA

Uma solução é uma mistura homogênea de duas ou mais substân-cias, cuja composição varia dentro de limites definidos. O meio

dissolvente é chamado solvente e a substância dissolvida, soluto. No tratamento de água, o solvente é, geralmente, a água. O soluto pode ser sólido (sulfato de alumínio), líquido (ácido sulfúrico) ou gasoso (cloro).

Uma mistura heterogênea de duas ou mais substâncias é chamada suspensão, por exemplo, argila na água. As partículas de argila não se distribuem uniformemente na água. No fundo se encontram mais partículas que na superfície. Quando as partículas em suspensão são muito pequenas para sedimentarem livremente pela ação da gravidade e muito grandes para se dissolver, a suspensão se diz coloidal.

Tratamento 04.indd 21 31.07.09 18:08:17

Soluções, Equilíbrio e Atividade Química 27

Figura 4.2Esquema de um sistema de flotação a ar dissolvido

Este é um processo de separação sólido-líquido muito eficiente, que está despertan-

do grande interesse no tratamento de água potável e será objeto do Capítulo 11.

Q

12

10

9

3

45

8

6

7

q = rQ

Legenda

1. Chegada de água bruta 2. Floculador 3. Tanque de flotação 4. Canal de descarga de lodo 5. Canal de água flotada 6. Bomba de recirculação 7. Compressor de ar 8. Tanque de saturação 9. Válvula de quebra de pressão10. Câmara de mistura de flocos + microbolhlas

EXEMPLO 4.7

Sendo dados

Q = vazão que passa pelo tanque de flotação = 125 L/s r = taxa de recirculação = 10% pm = pressão manométrica no tanque de saturação = 5 kg/cm2 ≅ 5 atm pa = pressão atmosférica = 735 mmHg θ = temperatura = 20 °C,

dimensíonar o compressor de ar para o sistema de saturação de uma estação de trata-mento com flotação a ar dissolvido, como a esquematizada na Figura 4.2.

SOLuçãO:

1. A vazão de recirculação é

q = rQ = (10/100) × 125 L/s = 12,5 L/s = 750 L/min

2. A pressão sobre a superfície da água no tanque de saturação é a pressão absoluta

P = pm + pa

e a concentração de ar resultante na água de recirculação é

C = KH · P

Dos dados, pm = 5 atm, e pa = 735/760 = 0,97 atm; somando, resulta P = 5,97 atm.

À temperatura de 20 °C, KH = 23,7 mg/L · atm; assim,

C = 23,7(mg/L · atm) × 5,97 atm = 141,5 mg/L

e a massa de ar sendo dissolvida na água de recirculação é, portanto,

M = q · C = 750 (L/min) × 141,5 (mg/L) = 106,125 mg/min ≅ 106,1 g/min

3. Para calcular o volume de ar, pode-se aplicar a equação dos gases,

pV = nRT

Tratamento 04.indd 27 31.07.09 18:08:18

Reações de Precipitação – Termodinâmica das Reações Químicas 375REAÇÕES DE PRECIPITAÇÃO –TERMODINÂMICA DASREAÇÕES QUÍMICAS

A dissolução e a precipitação de substâncias químicas são muito importantes no tratamento da água. A remoção de dureza, ferro,

manganês, flúor e uma série de poluentes, como metais pesados e al-guns compostos orgânicos, é governada por reações de precipitação. Essas reações apresentam, também, equações de equilíbrio semelhan-tes àquelas usadas nos exemplos anteriores. Seja AB uma espécie quí-mica pouco solúvel. Em contato com a água, ela se dissolve levemente e forma o seguinte equilíbrio:

AB ⇔ A + B

onde AB representa a espécie química em estado sólido em equilíbrio na solução, quer dizer, o número de moléculas que se dissolve é igual ao nú-mero de moléculas que se precipita. Assim, [AB] em solução é constante. Na equação de equilíbrio, portanto, pode-se fazer [AB] = Ks:

[A][B][AB]

=[A][B]

Ks= K

ou

[A][B] = K · Ks = Kps [5.1]

Para uma substância mais complexa AmBn, a equação de equilíbrio é

[A]m[B]n = Kps

A constante Kps é a chamada constante de produto de solubilidade, dada na Tabela 5.1 para algumas substâncias de interesse no trata-mento da água.

Tratamento 05.indd 37 31.07.09 18:17:20

42 Água – Métodos e Tecnologia de Tratamento

Tabela 5.4Calores específicos (cal/g °C) de algumas substâncias

Água 1,0

Amoníaco, NH4+ 1,07

Areia 0,25

Ferro 0,11

Mercúrio 0,033

Vidro, terra 0,20

De uma maneira simples, pode-se de-finir entalpia como o conteúdo total de calor (ou energia) de um corpo. Assim, o calor absorvido ou desprendido em uma reação química, e que depende da concen-tração dos reagentes, constitui a variação de entalpia ocorrida na reação, a qual se indica por ∆H.

Tabela 5.5Propriedades termodinâmicas de algumas espécies químicas (entalpias e energias livres padrões a 25 °C)

Espécie ∆H° (kcal/mol) ∆G° (kcal/mol)

Ca2+ (aq) –129,77 –132,18CaCO3 (s) –288,45 –269,78CaF2 (s) –290,2 –277,5

Ca(OH)2 (s) –253,7 –214,7CO2 (g) 94,05 –94,26

CO2 (aq) –98,69 –92,31CO3

2– (aq) –161,6 –126,2Cl– (aq) –40,0 –31,3Cl2 (aq) –28,9 –19,1

OCl– (aq) –25,6 –8,8HOCl (aq) –28,9 –19,1

H+ (aq) 0 0OH– (aq) –55,0 –37,6H2O (l) –68,3 –56,7H2O (g) –57,8 –65,6O2 (aq) –3,9 + 3,9O2 (g) 0 0

Mg(OH)2 (s) –220,86 199,15NH3 (g) –11,0 –4,0NH3 (aq) –19,3 –6,4NH4

+ (aq) –31,7 –19,0Nota: (aq) = aquoso, (s) = sólido, (l) = líquido, (g) = gas

Um dos conceitos mais importantes da física, e talvez o mais difícil de ser com-preendido, é o da entropia, mas que, feliz-mente, é bastante fácil de aplicar. Para os físicos, o universo é constituído de matéria e energia, cuja transformação se proces-sa ininterruptamente. Segundo Max Plank (1900), a energia no universo transforma-se em porções mínimas chamadas quanta (1 quântum = 6,6 × 10–34 J), extinguindo-se gradativamente e tornando-se cada vez menos própria para o trabalho mecânico. Diz-se então que a entropia tende para um máximo. Clausius (1857) estabeleceu uma equação para a variação da entropia da energia calorífica de um sistema, que é

∆s = ∆Q/T

sendo ∆Q a variação de calor no sistema e T a temperatura absoluta.

O calor de reação ou entalpia ∆Hr° da reação química

aA + bB + … ⇔ pP + qQ + …

é a soma das entalpias dos produtos menos a soma das entalpias dos reagentes. Como as entalpias são dadas em kcal/mol (ou em kJ/mol), esses valores devem ser multipli-cados pelo número de moles envolvidos, ou seja, pelos coeficientes estequiométricos respectivos:

∆Hr° = (pHp° + qHQ°) – (aHA° + bHB°) [5.3]

Tratamento 05.indd 42 31.07.09 18:17:21

O Sistema Carbonato 476O SISTEMACARBONATO

O dióxido de carbono, os carbonatos e bicarbonatos e os íons de cál-cio constituem os principais componentes do sistema carbonato,

que participa com uma importância fundamental na química da água, e cuja perfeita compreensão é crucial para aqueles que lidam com o tratamento de água. Seu estudo inclui problemas relacionados princi-palmente com o controle da corrosão e com o abrandamento da água, envolvendo a saturação do carbonato de cálcio.

Uma água estável é aquela que não provoca incrustações nem cor-rosão. Quimicamente, uma água estável não precipita nem dissolve o carbonato de cálcio. A deposição de uma fina camada de carbonato é desejável para proteger as canalizações contra a corrosão, porém uma excessiva precipitação de carbonato poderá comprometer sua capaci-dade de condução de água.

6.1. SaiS do ácido carbônico

Os componentes básicos do sistema carbonato são: a água (H2O), o dióxido de carbono (CO2), o ácido carbônico (H2CO3) e os íons hidro-gênio (H+), hidroxila (OH–), bicarbonato (HCO3

–), carbonato (CO3=) e

cálcio (Ca2+).

Tratamento 06.indd 47 31.07.09 18:20:51

O Sistema Carbonato 55

O diagrama de Deffeyes é utilizado so-mente em condições que não envolvem a

precipitação de carbonato ou que alterem a condição de equilíbrio do CO2 com a at-mosfera.

Figura 6.5Diagrama de Caldwell-Lawrence

–200

–160

–120

–80

–40

0

40

80

120

160

200

240

280

320

360

400

440

480

520

560

600

640

680

720

760

–200

–160

–120

–80

–40

0

40

80

120

160

200

240

280

320

360

400

440

480

520

560

600

640

680

720

760

–520

–480

–440

–400

–360

–320

–280

–240

–200

–160

–120

–80

–40

0 40 80 120

160

200

240

–520

–480

–440

–400

–360

–320

–280

–240

–200

–160

–120 –80

–40 0 40 80 120

160

200

240

(Alcalinidade) — (Cálcio)

Aci

dez

11,3

11,2

11,1

11,0

10,9

10,8

10,7

10,6

10,5

10,4

10,3

10,2

10,1

1

2

34568

10

20

3040506080

100

200

Mag

nés

io

pH

Alcalinidade total

Alcalin

idad

e tota

l

Diagramade direções

Ca(OH)2

CO2

CO3––

HCO3–

OH–

Ca+2

H+Mg–

Cálcio50

046

0

420

380

340

260

220

180

140

100

60 20 8 2300

140

100

80

2010

1020

60

100

140

180

220

260

300

340

500

460

420

380

340

300

260

38042

0

220180

140100

2060

21

11,0

10,8

10,0

7,8

9,7

8,8

8,0

7,6

7,2

7,1

7,0

6,9

pH 6,8

6,7

6,6

1

11,4

Cál

cio

Cálcio

Obs.: 1. Para as seguintes condições: Temperatura = 25 °C Força iônica = µ STD = 400 2. Todas as unidades em mg/L CaCO3

Tratamento 06.indd 55 31.07.09 18:20:52

Parâmetros de Qualidade e Definição de Processos de Tratamento 657PARÂMETROS DE QUALIDADEE DEFINIÇÃO DE PROCESSOSDE TRATAMENTO

7.1. Parâmetros de QualidadeNa natureza, calcula-se que existe um total de 45 × 1045 moléculas de água, nos estados líquido, gás (vapor) e sólido (gelo), correspondendo a um volume de 1.360.000 milhões de m3. Apesar dessa aparente abun-dância, somente cerca de 0,62% são aproveitáveis para as atividades humanas, como mostra a Tabela 7.1.

tabela 7.1Distribuição da água na Terra

Locação Volume, 1012 m3 % do Total

Áreas terrestres

Lagos de água doce 125 0,009

Lagos salinos e mares interiores 104 0,008

Rios 1,25 0,0001

Umidade do solo 67 0,005

Água subterrânea (acima da prof. de 4.000 m) 8.350 0,61

Geleiras e glaciares de altitude 29.200 2,14

37.800 2,8

Atmosfera 13 0,001

Oceanos 1.320.000 97,3

TOTAL 1.360.000 100Fonte: Todd, D. K. : The Water Encyclopedia

A molécula de água é constituída por dois átomos de hidrogênio unidos a um de oxigênio, formando um ângulo de 105° (Figura 7.1). Devido a essa forma assimétrica, a molécula resulta positivamente carregada do lado dos átomos de hidrogênio e negativamente do lado do oxigênio. A separação de cargas ou dipolo resultante induz a for-mação de forças atrativas entre as moléculas de água, a que se chama de enlaces de hidrogênio, responsáveis pelas propriedades físicas e

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Parâmetros de Qualidade e Definição de Processos de Tratamento 83

tabela 7.11Grupos representativos de algas e cianobactérias

Designação usual Membros representativosBacilariófita Diatomáceas Asterionela, Diatoma ciclotella, Flagilaria, Navícula,

Melosidra, Sinedra, TabellariaClorófita Algas verdes Clamidonomas,Oocistos, Scenedesmus, Selenastrum, Ulotri Crisófita Algas amarelo-douradas Chrysosphaerella, Dinobryon

Cianobactéria Algas verde-azuladas Anabaena, Anacystis (Microcystis), Oscilatória, SpirolinaDinófita Dinoflagelados Ceratium, Peridinium,

Euglenófita Euglenas Euglena, rbinariaTrachelomasFeófita Algas marrons Macrocystis, Sargassum, Turbinaria

Rodófita Algas vermelhas Chondrus, Coralina

Figura 7.10Algas que produzem sabor e odor

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Coagulação – Mistura Rápida 918COAGULAÇÃO –MISTURA RÁPIDA

8.1. COAGULAÇÃO E MISTURA RÁPIDAO processo de coagulação, usado na maioria das estações de tratamen-to, envolve a aplicação de produtos químicos para a precipitação de compostos em solução e desestabilização de suspensões coloidais de partículas sólidas, que, de outra maneira, não poderiam ser removidas por sedimentação, flotação ou filtração.

A coagulação e a floculação desempenham um papel dominante na cadeia de processos de tratamento de água, principalmente na prepa-ração da decantação ou da flotação e, assim, na filtração que se segue. O sucesso dos outros processos depende, portanto, de uma coagulação bem-sucedida. Por esse motivo, a coagulação tem sido objeto de exten-sivos estudos e pesquisas no decorrer do século, desde os fundamentos teóricos estabelecidos por Smoluchowski em 1919 e aplicações práticas desses princípios por Camp na década de 1950, aos trabalhos mais re-centes de Hudson, Ives, Kaufman, Singley, Amirtharajah, Hahn, Tam-bo, entre outros. A aplicação desses novos conceitos, juntamente com o surgimento de novos agentes coagulantes, constitui-se em uma das mais importantes contribuições à tecnologia de tratamento de água, e o seu conhecimento vai ajudar o engenheiro na identificação das pos-sibilidades e deficiências dos diversos dispositivos de processo, permi-tindo a otimização global da cadeia de processos de uma estação de tratamento de água a partir da coagulação-floculação.

8.1.1. Características do processoNa literatura sobre tratamento de água, encontram-se diferentes in-terpretações para os termos “coagulação” e “floculação”, frequente-mente aplicados como sinônimos.

Em uma acepção abrangente, coagulação é a alteração físico-quí-mica de partículas coloidais de uma água, caracterizada principalmen-te por cor e turbidez, produzindo partículas que possam ser removi-das em seguida por um processo físico de separação, usualmente a sedimentação. A coagulação pode ser considerada como um processo constituído de duas fases subsequentes: a primeira – a coagulação,

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não perfeitamente compreendido, e, sobre ela, estabeleceram-se teorias que estão sendo objeto de comprovações experimen-tais, não mutuamente exclusivas, como: • a que procura explicar a coagulação

pela compressão da dupla camada de íons que envolvem a partícula

• a que admite que a coagulação ocorrepor reações químicas específicas entre as partículas coloidais e os coagulantes

A operação das estações de tratamento de água e resultados de pesquisas recen-tes (Ishibashi, 1980) parecem dar mais crédito à teoria química. Nessas pesqui-sas, observou-se a formação de flocos de sulfato de alumínio com o microscópio eletrônico e verificou-se que a adsorção de íons e o entrelaçamento das partículas com o precipitado de hidróxido de alumí-nio explicam melhor o fenômeno da coa-gulação do que a teoria da compressão da dupla camada.

Quando se aplica um coagulante à água, geralmente um sal de alumínio ou de ferro, ocorrem reações de hidrólise e de polimerização, como mostrado no item an-terior, as quais sofrem a influência do pH e das espécies iônicas presentes na água, da concentração e do tipo dos coloides, do tipo e dose de coagulante aplicado e das condições de mistura do coagulante com a água. Esses fatores determinam a eficiên-cia da coagulação, de acordo com o prin-cipal mecanismo de interação coagulante-partícula.

A Figura 8.3 resume em forma esque-mática os mecanismos predominantes na coagulação com sulfato de alumínio:• Aadsorçãodasespécieshidrolíticassolú-

veis pelo coloide e sua desestabilização.• Acoagulaçãoporarrasto,naqualoco-

loide é entrelaçado pelo precipitado de hidróxido.

Figura 8.3Esquema das reações de coagulação com sulfato de alumínio (Adaptado de Armitharajah. 1985).

Coagulantes

Al2(SO4)3 — 14,3 H2O—AKH2Cl3+ + SO42– + H2O—Al(OH)2– + Al(OH)+

2 + Al7(OH)17—Al(OH)3(s)

Rápido(10–4 – 1 sec)

Rápido-lento(1 – 7 sec)

+ + H+Al(OH)3

Al(OH)3

Al(OH)3

Al(OH)3Al(OH)3

Al(OH)3

Al(OH)3Al(OH)3Al(OH)3

Al(OH)3Al(OH)17

Al(OH)Al(OH)

Al(OH)Al(OH)17

(Dose alta de Al)Solução de Al Espécies hidrolizadas(baixa dose Al)

Água a tratar (Coloide)

Alta turbidez

Coloide

Coloide

ColoideColoide

Coloide

Muito rápido10–4 sec.

Floc

Baixa turbidez

Absorção-Destabilização Coagulação por arrastro

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Floculação 1279FLOCULAÇÃO

Na cadeia de processos de uma estação de tratamento, a coagulação é geralmente seguida pela floculação, que pode ser definida como

o processo de juntar partículas coaguladas ou desestabilizadas para formar maiores massas ou flocos, de modo a possibilitar sua separação por sedimentação (flotação) e/ou filtração da água. É, sem dúvida, o processo mais utilizado para a remoção de substâncias que produzem cor e turbidez na água.

Nos tanques de floculação, os pequenos microflocos aglutinam-se formando flocos, que, ao saírem dos tanques, devem ter tamanho e densidade adequados ao processo de remoção que segue: clarificação por sedimentação ou por flotação e/ou filtração. Ao contrário da sedi-mentação, nos processos de flotação e filtração direta não é desejável a formação de um floco volumoso. O processo de agregação é depen-dente da duração e da quantidade de energia aplicada (gradiente de velocidade). A energia aplicada para a floculação pode ser comunica-da, como na mistura rápida, por meios hidráulicos, mecânicos e/ou pneumáticos, a diferença caracterizando-se pela intensidade, que, na floculação, é muito menor.

Não obstante a floculação, como uma ajuda à sedimentação e fil-tração, vir sendo praticada há séculos, foi somente no decorrer do sé-culo XX que se incorporou suficiente conhecimento sobre o processo, particularmente nos trabalhos de Smoluchowski, Camp , Hudson e Kaufman, entre outros, permitindo o projeto racional das unidades de floculação com o desenvolvimento da teoria da cinética da floculação.

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9.2.3. Floculadores mecânicosOs floculadores mecânicos distinguem-se basicamente, pelo tipo de movimento, em giratórios e alternativos ou oscilantes. Os primeiros podem ser de paletas (Figura 9.9) que operam a baixas velocidades de rotação, ou turbinas (Figura 9.10) a veloci-dades relativamente altas. Os floculadores alternativos apresentam dois tipos básicos conhecidos por “Walking Beam” e “Ribbon Flocculator”. Consistem basicamente em sistemas oscilantes, e distinguem-se entre

Figura 9.9Floculador mecânico de paletas

Figura 9.10Floculador mecânico de turbina

Figura 9.11Floculador tipo “Walking Beam”

si pela velocidade angular, que é constante no “Ribbon Flocculator” e uma função se-noidal no “Walking Beam”.

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Sedimentação e Decantação 15910SEDIMENTAÇÃOE DECANTAÇÃO

10.1. INTRODUÇÃOA sedimentação é um processo físico que separa partículas sólidas em suspensão da água, e é um dos mais comuns no tratamento da água. Consiste na utilização das forças gravitacionais para separar partícu-las de densidade superior à da água, depositando-as em uma superfície ou zona de armazenamento. Normalmente, a água contém materiais finamente divididos, no estado coloidal ou em solução, que não podem ser removidos por sedimentação simples, sendo necessária a adição de coagulante para formar aglomerados ou flocos que sedimentam com maior facilidade.

A remoção de partículas discretas é realizada pela sedimentação simples nos pré-sedimentadores e sua aplicação geralmente se faz para remover partículas de diâmetro igual ou superior a 0,1 mm (100 µm). A sedimentação de partículas floculentas é usualmente chamada de decantação, e as unidades onde se realiza esse processo, de tanques de decantação ou, simplesmente, decantadores.

Os primeiros decantadores foram tanques de fluxo horizontal e seu uso foi bastante difundido a partir do século XIX. Suas principais van-tagens se manifestam em sua inerente simplicidade, alta eficiência e baixa sensibilidade a condições de sobrecarga. Por esses motivos, sua utilização é ainda defendida por diversos engenheiros. Com os estu-dos teóricos e pesquisas aplicadas principalmente a partir da segunda metade do século XX, desenvolveu-se o chamado decantador tubular ou de alta taxa, o qual, se resultante de um correto projeto hidráulico, pode alcançar eficiência superior aos decantadores convencionais de fluxo horizontal.

Seu mais recente e forte concorrente na função de clarificação da água prévia à filtração são os tanques de flotação ou flotadores, cujo emprego está se propagando rapidamente na América Latina.

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Sedimentação e Decantação 187

10.7.5. A seguir: o problema de adaptação de decantadores convencionais – Cascavel

Deve-se, portanto, criar facilidades para fazer o fl uxo de água fl oculada o mais uni-forme possível e de baixo para cima. Por sua vez, o aumento de capacidade de esta-ções existentes com decantadores de fl u-xo horizontal com a aplicação de módulos tubulares é uma alternativa muito atraen-te, como se viu na Figura 10.18 provoca correntes preferenciais e curto-circuitos prejudicanto sobremaneira o processo de decantação. A solução, utilizada pela pri-meira vez pelo engenheiro Carlos Richter no projeto da ETA da cidade de Cascavel (PR) em 1979, foi introduzir canais de dis-

tribuição de água fl oculada ao longo do tanque de decantação.

A remoção de lodo era feita por um re-movedor fl utuante, tipo “Clarivac” de fa-bricação Leopold. Posteriormente, novos projetos adotaram a disposição de três ca-nais superpostos, como indicado na Figura 10.22. Uma outra solução mais simples e não menos efi ciente é fazer o decantador tubular em fl uxo horizontal, com lâminas de plástico esticadas, como o mostrado na Figura 10.16, cujo dimensionamento será apresentado adiante.

10.7.6. Decantadores tubulares de fl uxo horizontal

Se o decantador tubular tem fl uxo hori-zontal através de placas ou lâminas pla-nas paralelas, como as da Figura 10.23, a

Figura 10.22Esquema do decantador com três canais superpostos

Canal de água decantada

Canaletas de coletade água decantada

C = 10,00 m

Placas decimentoamiantoCanal de distribuiçãode água floculada

Canal de descargade lodo

2,40 ma/2

2,40 ma/2

Placas decimentoamiantoCanal de distribuiçãode água floculada

Canal de descargade lodo

2,40 ma/2

2,40 ma/2

60°

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Flotação a Ar Dissolvido 21911FLOTAÇÃO AAR DISSOLVIDO

11.1. IntroduçãoA flotação é o processo no qual a fase sólida, com uma densidade me-nor que a do líquido de suspensão, é separada do líquido, permitindo-a flutuar para a superfície. O processo é aplicado há mais de 100 anos na indústria de mineração para separar minérios de uma mistura hetero-gênea. Tem sido usado também no adensamento de lodos domésticos e industriais. A sua aplicação no tratamento de água para abastecimento é bastante recente, iniciada há cerca de 30 anos na Suécia e África do Sul. No Brasil, a aplicação pioneira foi nas Indústrias Döhler, em Joinville (SC), com capacidade inicial de 250 m3/h, começando sua operação em 1992.

No sistema de flotação a ar dissolvido (FAD), as partículas sólidas são removidas da água e flutuam (flotar), reduzindo-se sua densida-de pela adesão de pequeníssimas bolhas de ar. Nesse processo, como mostra o esquema dado na Figura 11.2, as bolhas de ar são geradas pela súbita redução de pressão na corrente líquida saturada de ar, pro-veniente da câmara ou tanque de saturação. Por meio de uma bomba, uma pequena quantidade da água clarificada (5% a 10% da vazão que passa pela unidade) é elevada à pressão de 4-5,5 atm e conduzida ao tanque de saturação, onde se torna saturada de ar alimentado por um compressor. Esta água, que é recirculada no sistema, vê sua pressão diminuída bruscamente, liberando uma grande quantidade de micro-bolhas de ar, que aderem aos flocos já formados, fazendo-os flutuar. Os flocos sobem e se acumulam na superfície do tanque, formando uma capa de lodo de espessura crescente, removida periodicamente mediante raspadores superficiais.

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Flotação a Ar Dissolvido 231

11.5. ForMação das MIcrobolhas

A eficiência da flotação a ar dissolvido de-pende da quantidade e do tamanho das microbolhas que são formadas na zona de reação (ou de contato). Para sua geração, utilizam-se válvulas e bocais com orifícios de pequeno diâmetro que têm a finalida-de de reduzir bruscamente a pressão na linha de água saturada. O fenômeno da ca-vitação que ocorre neste ponto, devido à súbita quebra de pressão, é o responsável pela liberação de ar e vapor que implodem em microbolhas. A implosão de ar que for-ma os núcleos iniciais de microbolhas se dá quase instantaneamente, em frações de segundo. O diâmetro dnb desses núcleos e, portanto, das bolhas resultantes após sua coalescência é inversamente proporcional à queda de pressão

dnp = 4

σ

∆P [11.17]

onde:σ = tensão superficial (N/m) ∆P= diferencial de pressão (Pa = N/m2)

A Figura 11.9 mostra tanques de satu-ração de um sistema de flotação de grande importância. O controle da entrada de ar pode ser feito por meio de uma instalação como a mostrada na Figura 11.10, tendo como peças principais um rotâmetro para ar e uma válvula solenoide acionada por uma chave de nível instalada no tanque de saturação. A pressão interna na câmara de saturação é determinada pelo sistema de ar. Estando a válvula de entrada de ar (válvula solenoide) fechada, o ar no inte-rior da câmara vai sendo absorvido pela água e a pressão interna tende a baixar, e o nível d’água, em consequência, a subir, acionando a chave de nível, que atua abrin-do a válvula solenoide e permitindo a en-trada de mais ar ao sistema. Dependendo da temperatura da água, a entrada de ar pode ser regulada de modo a equilibrar o sistema, permitindo uma admissão contí-nua de ar.

Figura 11.10Caixa de controle (Usina de ar – Jaraguá do Sul, SC)

Figura 11.9Tanque de saturação Laguna Del Sauce, Uruguai

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Filtração 23712FILTRAÇÃO

12.1. INTRODUÇÃOA primeira instalação para tratamento de água para consumo humano de que se tem notícia é atribuída a John Gibb, que construiu um filtro lento de areia em Paisley, na Escócia, em 1804. Outras localidades ado-taram o método com sucesso, tanto que na Inglaterra tornou-se obri-gatória a filtração de água de rios para consumo humano a partir de l852. Um exemplo tocante da segurança sanitária da água filtrada foi demonstrado no surto de cólera de 1892. Hamburgo e Altona são duas cidades, formando um único conjunto urbano, à margem do e abaste-cidas pelo rio Elba. Durante a epidemia de cólera, Altona, que possuía filtros lentos, não registrou casos dessa doença, enquanto Hamburgo, que não tinha instalações de filtrações, registrou 8.000 mortes.

A filtração é, provavelmente, o processo unitário mais importante na cadeia de processos de tratamento de água, podendo ser o único, como na filtração lenta, ou apenas precedido pela coágulo-floculação, como na filtração direta. Tradicionalmente os filtros são classificados em lentos e rápidos, diferenciados pela taxa com que trabalham e pelo método de limpeza. Os filtros rápidos operam a taxas superiores a 40 vezes a taxa com que operam os filtros lentos, e frequentemente lim-pos por lavagem a água a contracorrente, em uma operação rápida de limpeza (alguns minutos). Os filtros lentos são limpos com menor fre-quência, por remoção geralmente manual da camada superior do leito, onde se acumulam as impurezas, em operação que pode durar muitas horas. Neste capítulo, será dada ênfase à filtração rápida, que é o pro-cesso mais utilizado. A Tabela 12.1 compara as principais característi-cas dos filtros lentos e rápidos.

A filtração é um processo físico-químico e, em alguns casos, bioló-gico (filtros lentos) para a separação de impurezas em suspensão na água, mediante sua passagem por um meio poroso. Diversos materiais granulares podem ser usados como meio poroso. A areia é o mais co-mum, seguido do antracito, areia de granada, carvão ativado granular etc. O tamanho dos grãos e do vazio entre os grãos (poros) tem grande influência na remoção de matéria em suspensão pelo filtro e no seu desempenho hidráulico.

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Filtração 255

Outro fator a considerar no dimensio-namento de um sistema de lavagem a ar é que o valor da perda de carga no fluxo de ar na lavagem de um filtro de granulometria fina é significativo, como se viu no exemplo de aplicação, principalmente porque os so-pradores de ar utilizados são máquinas de baixa pressão.

Figura 12.13Fundo tipo universal para ar e água (Cortesia FBLeopold)

Figura 12.12Movimentação da camada suporte por má distribuição de ar (Cortesia FBLeopold)

Tratamento 12.indd 255 31.07.09 20:07:00

Desinfecção – Cloração e outros processos 27713DESINFECÇÃO –ClOraÇÃO E OutrOS prOCESSOS

13.1. INTRODUÇÃOMilhares de seres vivos são encontrados na água, da escala macroscó-pica (peixes, algas etc.) à microscópica (vírus, bactérias, algas etc.). Os seres vivos de maior interesse no tratamento de água podem ser agrupados como na Figura 13.1.

Os micro-organismos são de considerável importância no controle da qualidade da água e a maioria é benéfica, principalmente na auto-purificação de um corpo d’água. Entretanto, algumas espécies são responsáveis por doenças como a febre tifoide, sabor e odor na água, corrosão de estruturas de concreto ou de metais etc.

Figura 13.1Características hidrobiológicas de qualidade

Bactérias

VírusAlgas

Vermes

Característicashidrobiológicas

Protozoários

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13.2. BacTéRIasSão organismos unicelulares, classificados geralmente pela forma (ver Figura 13.2). Variam em tamanho de 0,5 a 5 mm. A maior parte é inofensiva, porém algumas espécies encontradas na água são patogê-nicas (Tabela 13.1).

Tabela 13.1Algumas bactérias patogênicas transportados pela água

Doença Bactéria causadora

Febre tifoide Salmonela typhi

Febre paratifoide Salmonella paratyphi

Disenteria bacilar Shigella

Cólera Vibrio cholera

Leptospirose Leptospira icterohaemorrahgia

Legionelose Legionella

É praticamente impossível garantir se-gurança da água através de análises indi-viduais de organismos patogênicos (que podem estar presentes em tão pequenas quantidades que são difíceis de detectar). Em vez disso, a prática usual consiste em examinar a presença de uma única espécie de bactérias. Consequentemente, o exame da água por organismos específicos é limi-

tado à deflagração de um surto de uma doença relacionada à água.

Uma classe importante de bactérias é representada pelos coliformes. Os colifor-mes se encontram largamente espalhados no meio ambiente e nas fezes humanas e de animais de sangue quente. A presença de bactérias coliformes na água pode indicar a presença de organismos causadores de doenças. Desse modo, as bactérias colifor-mes (compreendendo mais de 30 espécies) são usadas como indicadores da qualidade da água pelas seguintes razões: • Os coliformes estão sempre presentes

quando o esgoto está presente.• Os coliformes estão sempre ausentes

quando o esgoto está ausente.• Apresençadepatogênicospodeseras-

sociada à de coliformes.• Sobrevivemmaistemponaáguadoque

todas as bactérias patogênicas.• Aanálisedecoliformesnaáguaérelati-

vamente simples, rápida e eficiente (ver “Características Hidrobiológicas” no Capítulo 7 – Parâmetros de Qualida-de).

Algumas observações feitas no Estado de São Paulo (Azevedo Netto, 1966) (Tabela 13.2) mostram a possibilidade de purifica-ção, pelos processos convencionais, de águas relativamente poluídas.

Figura 13.2Formas de bactérias

Figura 13.3Colônia de coliformes

Bacilos

Cocos Espirilos

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Anexo 1 307

A1.1. INTRODUÇÃOO “Jar-test” ainda é – e provavelmente vai continuar a ser – o método mais utilizado e o mais útil para avaliar o processo de coagulação-flocu-lação e seus efeitos nas fases subsequentes do tratamento: decantação (ou flotação) e filtração.

Diversas são as informações que se podem obter com o uso adequa-do do aparelho de Jar-test, entre elas: dosagem ótima de coagulante e outros reagentes, concentração (diluição) ótima, intensidade e tempo de floculação, sequência de aplicação de reagentes etc.

Informações como essas são importantes para o projeto de uma nova estação de tratamento ou para a otimização ou ampliação de uma existente.

Aqui serão delineados alguns procedimentos de Jar-test, que per-mitirão aos seus usuários obter facilmente os dados que necessitam, sejam para a operação ou para o projeto de uma estação de tratamento água. Todos os exemplos foram tomados de situações reais, em traba-lhos de campo do autor.

A determinação das dosagens requeridas de coagulante, auxiliares de coagulação etc., é o uso mais comum de um aparelho de Jar-test.

A cada jarro são adicionadas diferentes doses de coagulante, por exemplo, 5, 10, 15, 25 e 30 mg/L de sulfato de alumínio, e as amostras são agitadas à máxima rotação do aparelho por um período de 30 se-gundos a 1 minuto e depois floculadas por 15 minutos a uma rotação de 40 a 50 rpm.

Deixa-se decantar por uns 10 minutos e a seguir mede-se a turbidez do sobrenadante de cada béquer .

Os resultados podem ser colocados em um gráfico.

Anexo 1O uso do “Jar-test” na otimizaçãoe no projeto de estações detratamento de água

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Anexo 2 319Anexo 2Polieletrólitos para o tratamentode água

A2.1. IntroduçãoPolímeros orgânicos têm sido usados como auxiliares de coagulação ou como floculantes primários para melhorar a eficiência da floculação no tratamento de água para uso potável e na desidratação de lodos já há 30 anos. Atualmente o seu uso tem se expandido, com a finali-dade de atender às crescentes exigências de qualidade da água potá-vel e conservação do meio ambiente, que leva os responsáveis pelos sistemas de abastecimento e pesquisadores a propor estratégias para otimizar os processos de coagulação e floculação. Em 1990, mais da metade das estações de tratamento nos Estados Unidos usava um ou mais tipos de polieletrólitos para aumentar a eficiência do tratamento. Um relatório da American Water Water Association mostra que, de 23 estações de tratamento que produziam uma água filtrada da mais ele-vada qualidade, 20 usavam um ou mais polieletrólitos como auxiliares de coagulação e/ou de filtração.

Os polímeros são disponíveis em uma numerosa variedade de pro-dutos: catiônicos, aniônicos e não iônicos, aplicados em diferentes si-tuações. Os polímeros não produzem flocos volumosos e gelatinosos como os produzidos por coagulantes metálicos, sendo, portanto, ideais para a filtração direta e para a flotação.

Uma grande oferta de produtos existe no mercado, oferecida por uma série de fabricantes, entre eles Allied Colloids, Calgon Corp., Cya-namid, Dow Chemical, Drew Chemical, Nalco, Stockhausen etc.

No Brasil, além da demanda por uma água de melhor qualidade, a escassez de recursos financeiros para ampliação de sistemas de abas-tecimento público estimula a pesquisa por métodos de otimização dos processos de coagulação e floculação, e, assim, o emprego de políme-ros no tratamento da água, que vai permitir aumentar a produção sem expansão física da estação de tratamento.


Anexo 2 327Anexo 3Condições de mistura em canaletasParshall

Número de Froude, tempo de mistura e gradientes de velocidade em função da vazão, para diversos tamanhos.

Q W = (m) 0,305 0,457 0,610

(L/s) F1 T(s) G(s–1) F1 T(s) G(s–1) F1 T(s) G(s–1)

60 3,20 0,80 1.190

80 2,90 0,85 1.100 3,30 0,70 1.290

100 2,70 0,90 1.040 3,10 0,80 1.210 3,50 0,90 1.180

150 2,30 1,00 920 2,70 0,90 1.080 3,00 0,80 1.090

200 2,10 1,00 840 2,60 0,90 1.000 2,70 0,85 1.100

400 1,70 1,05 640 2,00 1,00 800 2,20 1,00 905

600 1,80 1,00 690 1,90 1,00 790

800 1,80 1,00 710

Q 0,915 1,220 1,830

(L/s) F1 T(s) G(s–1) F1 T(s) G(s–1) F1 T(s) G(s–1)

150 3,50 0,70 1.380

200 3,10 0,80 1.270 3,50 0,70 1.400

400 2,50 0,90 1.050 2,80 0,80 1.160

600 2,20 1,00 940 2,50 0,90 1.040 2,80 0,80 1.190

800 2,00 1,00 865 2,30 0,95 970 2,60 0,90 1.100

1.000 1,90 1,00 800 2,10 1,00 900 2,40 0,90 1.040

1.500 1,90 1,00 790 2,10 1,00 930

2.000 2,00 1,00 860

2.500 1,90 1,00 800

Nota 1: Os valores acima da linha quebrada

apresentam condições ótimas de mis-tura com ressalto estável. Os valores abaixo podem ser aceitos com restri-ções (ressalto oscilante).

Nota 2: Para o cálculo foi fixada a temperatura

de 17,5 °C. Para outra temperatura, o gradiente de velocidade deve ser multi-plicado pelo fator

K = 3, 31 · 104

√ρ g

µ,

onde r é a densidade em kg/m3 e µ é o coeficiente de viscosidade dinâmica em N · s/m 2 para a temperatura dada.


Anexo 2 329Anexo 4Análise granulométrica dematerial granular para filtros

A determinação do tamanho efetivo e do coeficiente de uniformidade em um material granular (areia ou antracito) é feita mediante análises granulométricas. O equipamento necessário inclui uma pequena placa de metal para a secagem da amostra, um conjunto padronizado de pe-neiras e uma balança para pesar o material.

O material a ser examinado deve ser cuidadosamente misturado e, em seguida, seco. A quantidade a ser examinada é variável, sendo suficiente uma amostra entre 200-500 gramas.

A amostra é colocada sobre uma superfície plana e aplanada de modo a apresentar uma conformação circular como a sugerida na Fi-gura A4.1, e é, então, reduzida pelo método do quarteamento.

A amostra circular é dividida em duas partes iguais, e cada uma destas subdividida em duas metades. Se a amostra ainda permanecer muito grande, a operação de quarteamento deve ser repetida.

Com uma série de peneiras Tyler, selecionam-se quatro a seis pe-neiras que vão separar a amostra em parcelas de diversos tamanhos.

Figura A4.1Método do quarteamento

Pilha em metadesPilha achatada

Amostras reduzidasPilha em quartos


Anexo 5 331Anexo 5Algas em mananciais

A5.1. A origem do problemAAs algas são vegetais clorofilados que são encontrados em todos os mananciais. Na maioria, são organismos unicelulares e podem consti-tuir massas visíveis, frequentemente na forma de filamentos, podendo atingir tamanhos consideráveis.

O desenvolvimento das algas depende da presença de nutrientes, principalmente fósforo e nitrogênio, da luz solar e de outros fatores, sobretudo relacionados com o estado trófico da água.

Um manancial oligotrófico é um com baixo nível de nutrientes e matéria orgânica. A água é límpida e praticamente livre de vida aquáti-cas, por exemplo, o lago Santa Maria, que abastece a cidade de Brasília (DF). Mesotrópico é um estado em que a quantidade de nutrientes é moderada e a vida vegetal e animal é ainda incipiente. Um lago eutrófi-co é aquele no qual grande quantidade de nutrientes e matéria orgâni-ca sustentam uma grande diversidade de vida vegetal e animal, sendo exemplo característico a represa Gavião, em Fortaleza (CE).

A presença de algas em mananciais de abastecimento de água é um problema sério para os administradores dos sistemas públicos de distribuição. A presença de sabor e odor é um transtorno para os con-sumidores, enquanto a destruição dos filtros, com os custos que isso acarreta, está se tornando cada vez mais frequente.

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ÁGUA - Métodos e tecnologia de tratamento