Apostila Geral - ETA

Apostila Geral - ETA

(Parte 4 de 5)

Característica do Sistema 36

Nesse tipo de sistema, caracteriza-se por existir um conduto comum de água decantada não existindo controlador de vazão na entrada de cada filtro. Esse conduto ou canal deverá ser de secção suficientemente grande para servir aos filtros com suas vazões variáveis e com pequena perda de carga.

O vertedor situado no interior do reservatório de água filtrada, destina-se principalmente a impedir a ocorrência de carga negativa no leito de areia.

O funcionamento de um filtro, após a lavagem, caracteriza-se por apresentar seu nível na posição mais baixa, por sinal no mesmo dos demais.

Nesse momento a maior taxa de filtração, na bateria, ocorre exatamente nesse mesmo filtro e a menor no próximo a ser lavado.

Filtração com taxa declinante Fig. 7.23

7.5.5.4 - FILTRAÇÃO COM LEITO DUPLO

A areia usada em filtro rápido tem granulometria com tamanho efetivo entre 0,45 à 0,5m e coeficiente de uniformidade de 1,3 à 1,7 de onde se conclui que seus grãos são de tamanhos diferentes.

Na lavagem, após a expansão da areia, há uma tendência das partículas menores ficarem em cima, devido a problema de peso.

Devido a isto, na filtração, apenas os primeiros centímetros da areia retém as impurezas (flocos). Caso fosse o inverso, apenas as impurezas diminutas ficariam retidas na areia fina, camadas inferiores, o que sem dúvida traria uma ação mais efetiva em toda sua espessura e não apenas nas primeiras camadas.

A conclusão que se chega a essa hipótese é que a perda de carga seria menor, após um período de filtração de determinada quantidade de água, aumentando dessa forma a taxa de filtração e o período de funcionamento do filtro entre duas lavagens consecutivas.

Devido com a areia não ser possível essa hipótese, lança-se mão de outro material complementar, de grãos maiores, porém de menor densidade, o que possibilita manter-se sobre a areia após a lavagem do filtro.

O material geralmente empregado com esse fim é o antracito de densidade 1.5 e tamanho efetivo de 1 à 1,4mm o que para a areia respectivamente seria 2,65 e 0,45 à 0,5m.

7.5.5.5 - FILTRAÇÃO ASCENDENTE (FILTRO RUSSO)

Para evitar a expansão da areia na própria filtração, recomenda-se taxa de 120 m3 /m2/dia, tolerando-se o valor máximo de 146 m3/m2/dia, isto considerando tamanho efetivo de 0,5 à 0,65mm e coeficiente de uniformidade de 2,5.

Para a vazão de lavagem recomenda-se taxa da ordem 1.100 m3/m2/dia à 1.300 m3/m2/dia. A operação de lavagem assemelha-se a recomendada para filtros de gravidade convencionais com restrição apenas que antes de iniciar a lavagem propriamente dita, lança-se para o esgoto toda água armazenada no filtro acima da camada filtrante. Isto para que os flocos retidos no interior, das camadas sejam arrastados para os esgotos.

Filtro upflow, filtro russo ou clarificador de contato Fig. 7.24

7.5.5.6 - FILTRAÇÃO LENTA

É usada para remoção de teores pouco elevados de cor e turbidez (cor + turbidez ≤ 50 mg/L) sem auxilio de coagulação. Geralmente são aplicados em pequenas comunidades. Tem forma retangular em grande parte e, devido baixa taxa de filtração, são relativamente grandes.

Durante a filtração a taxa é normalmente mantida constante. Usualmente, tanto a tubulação influente quanto a efluente são equipadas com válvulas automáticas ou manuais para fazer com que as taxas de filtração permaneçam constantes.

Filtro de areia, diagrama da seção - Fig. 7.25

A figura 7.25 mostra um diagrama da seção transversal de um filtro, ilustrando a sua operação.

Admita-se que o filtro tenha sido limpo, preenchido com água e esteja pronto para entrar em operação, com a válvula da tubulação efluente fechada. Se um tubo piezométrico for colocado nessa linha, antes da válvula, o nível de água neste tubo estará exatamente ao mesmo nível da água acima da areia como indicada pelo ponto A no diagrama.

Operação do Filtro Lento: após carregar o filtro, abre-se o influente e a descarga.

A água no inicio da operação não é de boa qualidade e deve ser desprezada até que na descarga apresente-se com a qualidade desejada.

Amadurecimento do Filtro: a medida que o filtro funciona pela descarga, a areia vai retendo o material mais grosso em suspensão: algas, protozoários, etc, que vai formando sobre ela uma camada de lodo (camada biológica).

A medida que ela se forma, por ser gelatinosa vai absorvendo partículas menores (colóides, emulsóides, etc) e melhorando a qualidade da água. Só quando a água está em boas condições pelo tratamento, fecha-se a descarga e abre-se o efluente enviando a água para o reservatório de distribuição, depois de clorada e corrigido o pH. A operação de amadurecimento pode levar de 2 à 3 semanas e o filtro assim operado pode fornecer água de boa qualidade por 2 à 3 semanas.

Perda de Carga: continuando a filtração, a camada de lodo vai aumentando e oferecendo maior resistência à passagem da água (perda de carga) e o filtro vai perdendo vazão. Quando a perda de carga atingir de 0,90 à 1,50m (limite comum 1,20) o filtro deve ser lavado, pois já não oferece vazão econômica.

Lavagem do Filtro Lento: ao atingir o limite de perda de carga, fecha-se o influente e deixa-se que a água seja drenada através do filtro. Ao atingir a superfície da areia, fecha-se o efluente. Exposta ao sol, a camada de lodo se contrai formando placas que podem ser facilmente removidas; ou retira-se uma camada(enquanto úmida) de 1 à 2cm de areia com lodo de toda a superfície filtrante. O filtro pode ser limpo diversas vezes antes da reposição de qualquer areia retirada; entretanto, recomenda-se que a profundidade de areia no filtro nunca deve ser menor do que 60 à 75 cm, uma vez atingida essa profundidade, toda areia removida, em diversas limpezas, deve ser lavada e estocada para posterior recolocação.

7.6 - DESINFECÇÃO A desinfecção deve ser em caráter corretivo ou preventivo.

Conceito: consiste na destruição de organismos causadores de doenças e de outros de origem fecal, mas não necessariamente a destruição completa de formas vivas. Este último caso designaremos por esterilização.

7.6.1 - DESINFETANTES MAIS EMPREGADOS a) A base de cloro

- cloro líquido ou gasoso (Cl2) - 9,9% de cloro disponível;

- Hipoclorito de cálcio (Ca(OCl)2 - 65% de cloro disponível; - Hipoclorito de Sódio (Na OCl) - 10% de cloro disponível;

- Água Sanitária - 2,5% de cloro disponível;

- Cal Clorada (CaOCl2) - 30% de cloro disponível. Vantagens do Cloro - deixa resíduo.

- preço baixo.

Desvantagens do Cloro - não é tão eficiente.

- não pode aplicar superdosagens.

b) Ozônio: produzido no local de aplicação.

- não há perigo de superdosagens.

Além de desinfetante é usado como redutor de odor, gosto, ferro e manganês. Vantagens - ação bacterecida 30 à 300 vezes mais rápido que o cloro para o mesmo tempo de contato.

- muito gasto com energia.
Vantagens - facilidadeDesvantagens - alto custo
- eficiente- não tem ação residual

Desvantagens - não tem ação residual. c) Desinfecção pelo calor d) Desinfecção por Irradiações - é efetuada por luz ultravioleta, através de lâmpada de vapor de mercúrio com bulbo de quartzo. Vantagens: - não altera gosto e odor; - período de contato pequeno;

- dosagens alta não é prejudicial.

Desvantagens: - não tem ação residual; - esporos, cistos e vírus são resistentes;

- custos elevados.

Reações do Cloro com a Água

- para pH baixo a reação se desloca para a esquerda. - para pH acima de 4, desloca-se para a direita.

O Ácido Hipocloroso é fraco e pouco dissociado em pH abaixo de 6.

[ H+ ] [OCl-] = 2,7 x 10-8 [ HOCl]

Fig. 7.26

O cloro na forma de ácido hipocloroso e de íon hipoclorito é definido como cloro residual livre. Reações dos Hipocloritos com a Água

Ca(OCl)2 + H2O ↔ Ca++ + 2OCl- + H2O NaOCl + H2O ↔ Na+ + OCl- + H2O

Cloro Combinado - O cloro com a amônia reage e forma compostos denominados cloraminas.

NH4+ + HOCl ↔ NH2Cl + H+ + H2O NH2Cl + HOCl ↔ NHCl2 + H2O NHCl2 + HOCl ↔ NCl3 + H2O

Fig. 7.27

O ponto máximo é atingido quando toda a amônia se combinou com o cloro.

Reações após o máximo da curva:

2NH2Cl + HOCl ↔ N2 + 3HCl + H2O Quando só há dicloraminas esta se decompõe

Fig. 7.28

A Ação do Cloro Depende:

a) da sua concentração; b) da forma como se apresenta: cloro livre ou cloro combinado; c) do tempo de contato; d) da temperatura; e) do pH já que influi na dissociação do ácido hipocloroso; f) do tipo de microrganismos a ser destruído; h) da turbidez; i) do grau de mistura.

7.7 - REMOÇÃO DE DUREZA A dureza é causada pelos sais de cálcio e magnésio presentes na água. Os processos mais empregados para remoção são: cal soda, resina e eletrodiálise.

7.7.1 - PROCESSO CAL SODA - consiste na remoção total ou parcial de Ca ou Mg nela presentes, quase sempre nas formas de bicarbonatos, sulfatos e cloretos. O processo pode ser através de : - cal soda a frio: para dureza > 150, reduz para 15 à 30 p.p.m.

- cal soda a quente: com fosfato trissódico, para dureza > 150, reduz para 5 à 15 p.p.m. Reações a) Ca (HCO3)2 + Ca (OH)2 → 2 Ca CO3↓+ 2 H2O b) Mg (HCO3)2 + 2 Ca(OH)2 → Mg (OH)2↓ + 2Ca CO3↓+ 2 H2O c) Mg CO3 + Ca(OH)2 → Mg (OH)2↓ + Ca CO3↓ d) Mg SO4 + Ca(OH)2 → Mg (OH)2↓ + Ca SO4 e) Ca SO4 + Na2 CO3 → Ca CO3↓ + Na2 SO4 f) CO2 + Ca (OH)2 → Ca CO3↓ + H2O

7.7.2 - ABRANDAMENTO POR TROCA IÔNICA a) Abrandamento por troca de Cations (Resina)

Quando a resina é da forma hidrogeniônica (fracamente ácida) o processo é análogo, sendo que a regeneração é com ácido clorídrico ou sulfúrico.

Fig. 7.29

EXEMPLO DE REAÇÕES: 4

Na lavagem: R-Ca + 2NaCl → R-2Na + CaCl2 b) Por desmineralização de águas Conceito: É o processo de remoção praticamente total dos íons em uma água, através de resinas catiônicas e aniônicas. Como a desmineralização da água consiste na remoção dos íons nela presentes, o processo é também chamado de deionização. Esquema

Fig. 7.30 Reações a) com as resinas catiônicas

Ca (HCO3)2 + RH2 → RCa + 2 H2CO3 Ca SO4 + RH2 → RCa + H2 SO4 Mg SO4 + RH2 → RMg + H2 SO4 b) com as resinas aniônicas

H2 CO3 + R(OH)2 → RCO3 + 2 H2O H2 SO4 + R(OH)2 → RSO4 + 2 H2O 2 HCl + R(OH)2 → RCl 2 + 2 H2O

7.7.3 - ELETRODIÁLISE:

É um tratamento que consiste na remoção dos íons presentes na água, provenientes dos sais minerais dissolvidos, através da influência do campo elétrico, formado entre dois eletrodos, entre os quais são colocadas paralelas e alternadamente membranas catiônicas e aniônicas, confeccionadas especialmente a base de pergaminho ou matéria plástica com porosidade que permite a passagem dos catiôns e ânions ou mesmo a retenção, conforme o caso. Em razão disto, em certos compartimentos obtém-se água doce e em outros, água mais salgada (salmoura).

Considerando que a quantidade de eletricidade gasta no processo é em função do teor de sal na água, conclui-se que tal processo é mais econômico para águas salobras que para água do mar.

Planta esquemática da eletrodiálise para dessalinização da água Fig. 7.31

7.8 - CONTROLE DE GOSTOS E ODORES 7.8.1 - CAUSAS DE GOSTOS E ODORES

- certos minerais causam gosto; - gostos e odores são causados pela morte e apodrecimento de plantas do tipo algas;

- outros causadores de gosto e odores são compostos de clorofenóis;

- outras causas despejos de indústrias, matéria orgânica dissolvida e gases;

- minerais tais como Fe, SO4, Mg, Na2 SO4, NaCl e Cloro excessivo.

7.8.2 - TRATAMENTO PREVENTIVO COM SULFATO DE COBRE

Tem por finalidade evitar o crescimento de algas. Se as algas já estão bastante crescidas poderá causar contratempos com a morte das mesmas, uma vez que elas apodrecem.

7.8.3 - TRATAMENTO COM AMÔNIA E CLORO Esta combinação é também um agente eficiente para a remoção de gostos e odores.

7.8.4 - TRATAMENTO COM CARVÃO ATIVADO

A ação adsorvente do carvão, seguida da sedimentação e filtração, produz completa remoção das substâncias causadores de gostos.

Pode ser aplicado antes ou depois da coagulação e antes da filtração. Quantidade - 0,12 à 60 p.p.m.

Outros Tratamentos - Remoção de gostos pela Aeração;

- Pré-cloração;

- Permanganato de potásio - dosagens 0,2 à 0,5 p.p.m; Obs: coloração rósea no filtrado indica, excesso de permanganato.

7.9 - CONTROLE DE CORROSÃO

7.9.1 - CAUSAS DA CORROSÃO NOS ENCANAMENTOS

A água tem tendência de dissolver o ferro e outros materiais. Esta tendência é fraca para algumas águas e forte para outras.

- Proteção - revestimento conveniente ou depósito de carbonato ou óxido de ferro formado pela ação química da água.

- Agressividade da água - depende de dois fatores: relação entre o pH e alcalinidade e a relação entre gás carbônico livre e alcalinidade.

a) Relação entre os valores do pH e da Alcalinidade

Fig. 7.32 b) Relação entre a quantidade de gás carbônico livre e a alcalinidade

Fig. 7.3

Ensaio de Mármore para o equilíbrio do Carbonato

- Coloca-se numa garrafa de boca larga água filtrada e juntam-se pedaços de carbonato de cálcio puro (mármore ou de calcita).

7.10 - FLUORETAÇÃO

7.10.1 - HISTÓRICO - onde há 1,0 mg/L de F- em água natural há menos incidência de cárie que nos lugares onde não existe.

- Significado sanitário - É amplamente conhecido que o F- têm efeito benéfíco na prevenção da cárie dentária. Entretanto em concentrações elevadas pode causar fluorose, ou seja, uma deposição escura marron - roxo nos dentes e também nos ossos.

7.10.2 - DOSAGENS ÚLTIMAS DE FLÚOR

Temperatura Média Anual das Máximas Diárias Concentração Ótima de Flúor em mg/L

10,0-12,1 1,2 12,2-14,6 1,1 14,7-17,7 1,0 17,8-21,4 0,9 21,5-26,3 0,8 26,4-32,5 0,7 32,6-37,5 0,6

Obs: Segundo a OMS recomenda-se um limite máximo de 1,5 mg/L

7.10.3 - FONTES DE FLÚOR Sólidos - Fluoreto de sódio (NaF) : Solub-4%, Pureza-98%, Teor em F- 43%

- Fluorsilicato de Sódio (Na2SiF6) - Solub-0,4%, Pureza-98%, Riqueza em F- 60%

- Fluorsilicato de Amônia (NH4)2 SiF6 Líquido - Ácido Fluorídrico (HF)

- Ácido Fluorsílicico (H2SiF6)

7.10.4 - APLICAÇÃO: NA FLUORETAÇÃO DAS ÁGUAS DE ABASTECIMENTO PÚBLICO PERFEITAMENTE POTÁVEIS.

7.1 - REMOÇÃO DE FERRO E MANGANÊS O ferro e o manganês podem ser removidos pela aeração, pelo coágulo - sedimentação, pelos processos de remoção de dureza e até através do uso de peróxido de hidrogênio.

7.1.1 - PELA AERAÇÃO - certos compostos inorgânicos de ferro e manganês, uma vez oxidados, transformam-se em hidróxido insolúveis que são eliminados através de decantação e filtração. Isto acontece mais em águas limpas procedentes de poços.

7.1.2 - PELO COÁGULO - SEDIMENTAÇÃO - remove-se principalmente o manganês, desde que se use cal para elevar o pH da água e, em segunda, um sal de ferro empregado como coagulante.

7.1.3 - PELO USO DA CAL - a cal destinada a remoção de dureza, tem condições também de eliminar o ferro e o manganês.

7.1.4 - PELO PERÓXIDO DE HIDROGÊNIO - técnicos da SANASA - Campinas -

SP, efetuaram testes com peróxido de hidrogênio, para remoção de ferro e manganês, e obtiveram resultados excelentes, dosando-o com concentração na faixa de 0,25 à 0,35 p.p.m, inclusive reduzindo o custo em 50% com relação ao processo empregado com permanganato de potássio. A escolha do processo é em função da forma como as impurezas do ferro se apresentam. Por exemplo, se o ferro se apresentar associado a matéria orgânica, as águas não dispensam o tratamento quimico, ou seja coagulação, floculação, decantação e filtração.

7.12 - TRATAMENTO ATRAVÉS DE OSMOSE REVERSA

7.12.1 - DESCRIÇÃO DO PROCESSO

Para que possamos entender melhor o processo de osmose reversa, lembremos o fenômeno de osmose natural:

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