Universidade Federal de Ouro Preto Escola de Minas Departamento de Engenharia Civil CIV 640 Saneamento Urbano

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1 Universidade Federal de Ouro Preto Escola de Minas Departamento de Engenharia Civil CIV 640 Saneamento Urbano Decantação e Flotação Filtração e desinfecção 1

2 Universidade Federal de Ouro Preto Escola de Minas Departamento de Engenharia Civil CIV 640 Saneamento Urbano Objetivo da aula 9 Ao final desta aula o (a) aluno (a) deverá reconhecer as principais conceitos do de decantação, flotação, filtração e desinfecção

3 Decantação Uma das técnicas mais antigas e simples de remoção de impurezas da água; Resulta da ação da força da gravidade sobre as impurezas facilitando a sedimentação delas no funda da unidade. 3

4 Esquema de um decantador 4

5 Decantação Conceito: São unidades destinadas à remoção de partículas presentes na água, pela ação da gravidade (NBR 12216) 5

6 Sistema de Abastecimento de Água 6

7 Sedimentação de Partículas Discretas Conceito: Partículas discretas: são aquelas que, durante a sedimentação, não alteram seu tamanho, forma ou peso. 7

8 Conceito: Sedimentação de Partículas Floculentas Partículas floculentas são aquelas que durante a sedimentação chocam-se umas com as outras, e crescem, ocorrendo a floculação. Metodologia Metcalf e Eddy (1981): Condições: Distribuição uniforme das partículas e seus diversos diâmetros (topo até o fundo); Temperatura uniforme; Condições tranquilas.

9 Tipos de Decantadores Clássicos (convencionais/baixa taxa) Seção retangular Seção circular Tubulares (elementos tubulares/ alta taxa) Fluxo ascendente Fluxo horizontal

10 Decantadores Clássicos Canal de Acesso Calha coletora Comportas Cortina distribuidora Decantador seção retangular. Decantador retangular da ETA Itacolomi SEMAE(Ouro Preto).

11 Decantadores Clássicos Canal de Acesso Cortina distribuidora Decantador retangular da ETA Itacolomi SAAE (Ouro Preto). Esquema de um Decantador seção retangular.

12 Decantadores Clássicos Decantador retangular da ETA Rio Manso COPASA (Brumadinho).

13 Decantadores Clássicos Calha coletora Cortina distribuidora Cortina distribuidora Decantador seção circular. Decantador circular da ETA de Nepomuceno SAAE

14 Decantadores Retangular Circular 14

15 Decantadores Clássicos Velocidade longitudinal máxima permissível Evitar o arraste de depósitos de fundo dos decantadores NBR A velocidade longitudinal máxima v 0 não deverá ser superior a 18xVs (fluxo turbulento com Reynolds maior que 15000)

16 Decantadores Clássicos Velocidade longitudinal máxima permissível NBR Não sendo possível determinar a velocidade de sedimentação através de ensaios de laboratório, a velocidade longitudinal em decantadores convencionais deve ser: ETA com capacidade até m 3 /dia, 0,50 cm/s; ETA com capacidade superior a m 3 /dia, em que é possível garantir bom controle operacional, 0,75 cm/s e, havendo ainda remoção contínua de lodo por sistemas mecânicos ou hidráulicos, 1,00 cm/s.

17 Dimensionamento de Decantadores Número de decantadores da ETA Uma unidade capacidade inferior a m3/dia, em operação contínua capacidade de até m3/dia, funcionamento 18h/dia No mínimo duas unidades capacidade superior a m3/dia funcionamento superior a 18 h/dia

18 Dimensionamento de Decantadores NBR A velocidade de sedimentação (V s ) deverá ser multiplicada por um fator K: K = 0,50 (capacidade até 1000 m 3 /dia) K = 0,70 ( capacidade de a m 3 /dia) bom nível de operação, caso contrário, K = 0,50 K = 0,80 (capacidade superior a m 3 /dia)

19 Dimensionamento de decantadores Taxa de aplicação superficial (TAS) Q = vazão (m³/dia); A = Área (m²) TAS = taxa de aplicação superficial (m³/m² dia) Vazão tratada na ETA Até m³/dia Entre e m³/dia Mais de m³/dia TAS Até 25 m³/m² dia Até 35 m³/m² dia com bom nível operacional, caso contrário até 25 m³/m² dia Até 40 m³/m² dia 19

20 Decantadores de Fluxo Laminar Reduzindo o comprimento do decantador.

21 Decantadores de alta taxa (fluxo laminar) total das placas TAS de até 150 m³/m² dia (Para a área ocupada pelo decantador) 21

22 Decantadores de Fluxo Laminar Decantador Laminar de Fluxo Ascendente R h = Am/Pm n º bandejas Pm Pm Rh Re = UD h /ν (regime laminar) Bandejas ou módulos inclinados, em geral superior a 50º (auto-limpeza) Decantador tubular típico, de fluxo ascendente.

23 Decantadores de Fluxo Laminar Decantador Laminar de Fluxo Ascendente

24 Decantadores de Fluxo Laminar Módulos tubulares

25 Decantadores de Fluxo Laminar Tipos de Decantadores Tubulares Montagem do decantador tubular Detalhe do módulo tubular Decantador tubular montado. Fonte: cidadesaopaulo.olx.com.br/tubos-retangulares

26 Decantadores de Fluxo Laminar

27 Decantadores de Fluxo Laminar

28 Distribuição de Água Floculada Canais de Acesso Velocidade ao longo do canal Maior que 0,10 m/s evitar sedimentação Menor que 0,45 m/s evitar a quebra de flocos Comportas Objetivo: distribuir equitativamente a água no decantador. G = Máximo na última câmara de floculação Figura: Canal de acesso de água floculada.

29 Distribuição de Água Floculada Canais de Acesso NBR Decantadores iguais: vazões aproximadamente iguais Decantadores diferentes: vazões proporcionais Desvio máximo das vazões de ± 20% Gradientes através das comportas inferiores a 20s -1

30 Distribuição de Água Floculada Cortina Distribuidora Tem o objetivo de uniformizar o fluxo de água floculada em tratamento. Velocidade baixa distribui mal a vazão Velocidade alta quebra dos flocos Material: -Alvenaria -Madeira -concreto Figura : Cortinas distribuidoras de água floculada

31 Distribuição de Água Floculada Cortina Distribuidora Foto: Cortina distribuidora da ETA Itacolomi SAAE (Ouro Preto).

32 Coleta de Água Decantada Calhas coletoras Tubulações perfuradas Foto: Calha coletora da ETA Itabirito SAAE. Foto: Calha coletora da ETA Itacolomi SAAE (Ouro Preto).

33 Coleta de Água Decantada Remoção de lodo no decantador retangular da ETA Rio Manso COPASA (Brumadinho).

34 Coleta de Água Decantada Coleta de água decantada da ETA Rio Manso COPASA (Brumadinho).

35 Flotação Conceito: Clarificação obtida por meio da produção de bolhas que se aderem aos flocos ou partículas em suspensão, aumentando o empuxo e provocando a ascensão dos flocos até a superfície do flotador Indicação: Quando as etapas de coagulação e floculação são insuficientes. 35

36 Flotação Vantagens: Unidades mais compactas Produzem lodo com maior teor de sólidos Possibilita a redução de consumo e coagulante Possibilita a redução do tempo de floculação Reduz o volume de água descartado junto com o lodo Promove a remoção de substâncias voláteis Promove oxidação das águas. 36

37 Flotação Desvantagens: Operação e manutenção mais complexas Exigem operadores qualificados Frequentemente precisam ser cobertas Requerem equipamentos para a geração de microbolhas Maior consumo de energia 37

38 Flotação 38

39 Flotação Parâmetros de projeto: Quantidade de ar fornecido Tamanho das bolhas Taxa e aplicação superficial Tipo de produto químico utilizado no tratamento Tamanho das partículas (flocos) em suspensão. 39

40 Flotação 40

41 Flotação Mecanismos de remoção de lodo: Inundação Maior consumo de água Não requer equipamentos especais Raspagem Operação e manutenção mais complexa Economia de água 41

42 Universidade Federal de Ouro Preto Escola de Minas Departamento de Engenharia Civil CIV 640 Saneamento Urbano Filtração 42

43 Filtração Conceito: É um processo que consiste na remoção de partículas suspensas e coloidais e de microrganismos presentes na água de abastecimento, através da passagem dessa água por um meio poroso geralmente constituído de partículas de areia. 43

44 Classificação da Filtração Com relação a taxa de filtração: Lenta baixa taxa de filtração Rápida alta taxa de filtração Com relação ao meio filtrante: Simples Camadas Múltiplas 44

45 Classificação da Filtração Com relação ao sentido do fluxo: Ascendente Descendente Com relação ao projeto e Operação da ETA: Convencional Direta 45

46 Exemplo de uma Unidade de Filtração Figura 1. Filtro de Fluxo descendente. 46

47 Filtração rápida Mecanimos: Transporte Aderência despreendimento Fotores intervenientes: Características do meio filtrante (espessura, tamanho, massa específica, forma e distribuição do tamanho dos grãos; Operação dos filtros rápidos 47

48 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. 48

49 Filtros Rápidos Filtros rápidos de fluxo descendente Mais utilizados em estações convencionais O leito filtrante pode ser simples ou duplo O fluxo da água de lavagem é ascendente 49

50 Filtros Rápidos Figura 2: Filtro Rápido de Fluxo Descendente da ETA Itacolomi SEMAE (Ouro Preto). 50

51 Filtros Rápidos Filtros rápidos de fluxo ascendente Camada espessa de areia (2 m) Camada suporte de 60 cm 51

52 Filtros Rápidos Filtros rápidos de fluxo ascendente Figura 3: Filtro de Fluxo ascendente. 52

53 Leitos Filtrantes Figura 6: Leito Filtrante e Camada Suporte da ETA Itabirito SAAE. 53

54 Fundos Falsos Filtros de fluxo ascendente Distribuem água coagulada ou floculada e água de lavagem Poderá conter sólidos, folhas, gravetos, etc Projeto fundo desmontável facilmente inspencionável a água afluente passe por pré-tratamento adequado ao tipo de fundo falso 54

55 Camada Suporte Figura 14. Camada Suporte Utilizada pela COPASA MG para Fundos Falsos que Utilizam Vigas Californianas. 55

56 Lavagem de Filtros Filtros rápidos Introduzir água lavada em contracorrente com velocidade suficiente para fluidificar o leito filtrante Velocidade da água 0,60 a 1,00 m/minuto Deve promover a expansão do leito filtrante de 20% a 30% Filtro de fluxo ascendente velocidade mínima de 80 cm/minuto 56

57 Lavagem de Filtros Figura 15. Lavagem do Filtro rápido de Fluxo Descendente da ETA Itacolomi SEMAE (Ouro Preto). 57

58 Dimensionamento de filtros 58

59 Filtros Lentos Utilizados para potabilizar águas brutas de excelente qualidade, física, química e físicoquímicas. Redução expressiva do índice de coliformes Processo predominantemente biológico 59

60 Filtros Lentos Caindo em desuso, porque requer: Águas brutas de boa qualidade Grandes áreas para implantação Lavagem do leito filtrante é quase sempre manual Após lavagem necessita que a camada filtrante biológica se restabeleça 60

61 Filtração lenta Segundo NBR /92: Espessura mínima do meio filtrante de 0,90 m TAS = 3 a 6 m³/m² dia 61

62 Filtro lento com duas unidades em paralelo 62

63 Lavagem de Filtros Filtros lentos Remoção manual da camada superficial camada superficial) (2,5 cm da Intervalo média é de 25 dias, e varia, de instalação para instalação (7 a 90 dias) Descarga de fundo (filtro fluxo ascendente) 63

64 Limpeza do filtro lento 64

65 Padrão para água filtrada Portaria 2.914/2011 Água pós filtração rápida 0,5 ut em 95% das amostras Águra após filtração lenta 1,0 ut em 95% das amostras 65

66 Universidade Federal de Ouro Preto Escola de Minas Departamento de Engenharia Civil CIV 640 Saneamento Urbano Desinfecção 66

67 Desinfecção Objetiva: eliminação de organismos patogênicos (bactérias protozoários e vírus); Manutenção preventiva de residual na rede de abastecimento (caso ocorra alguma contaminação) 67

68 Ação dos agentes desinfectantes Destruição da estrutura celular; Interferência no metabilismo e inativação de enzimas; Interferência na biossíntese e no crescimento celular; Limitações: Tipo de patógenos: em formas esporuladas e encistadas são especialmente resistentes. 68

69 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); Alernativos: ozônio, dióxido de cloro, peróxido de hidrogênio, radiação ultravioleta e combinações desses. 69

70 Desinfecção Conceito É o processo de destruição ou inativação de organismos patogênicos (bactérias, vírus, protozoários e vermes) em água de abastecimento, bem como de outros organismos indesejáveis (algas, por exemplo) 70

71 Diferença entre Desinfecção e Esterilização Desinfecção: destruição de parte ou todo de um grupo de organismos patogênicos Esterilização: destruição de todos os organismos, patogênicos ou não. 71

72 Atributos para o Desinfetante Poder de destruir os organismos patogênicos em um tempo razoável Não devem ser tóxicos, nem causar gosto e cheiro Disponíveis a um custo razoável Apresentar facilidade e segurança: no transporte armazenamento manuseio aplicação 72

73 Atributos para o Desinfetante Terem sua concentração na água determinada de forma rápida e precisa, por meio de método simples. Produzir residuais persistentes na água, assegurando a qualidade da água contra eventuais contaminações nas diferentes partes de abastecimento do sistema 73

74 Fatores que Interferem na Desinfecção Espécie e concentração do organismo a ser destruído Espécie e concentração do desinfetante Tempo de contato Características físicas e químicas da água Grau de dispersão do desinfetante na água 74

75 Fatores que Interferem na Desinfecção Figura 1: Eficiência de inativação de vários tipos de microrganismos, em função da dosagem correspondente a inativação de 100% E. coli. 75

76 Desinfetantes Utilizados Agentes químicos Cloro Ozônio Agentes físicos Calor Radiação ultravioleta 76

77 Aspectos Gerais Desinfecção pelo cloro - Cloração Produzido pela eletrólise da salmoura 2NaCl + H 2 O + corrente elétrica 2NaOH + Cl 2 + H 2 Poderoso bactericida Forte oxidante Na ausência de água não ataca os metais ferrosos 77

78 Solução aquosa Poderoso oxidante Desinfecção pelo cloro - Cloração Remoção de ácido sulfídrico H2S + 4Cl2 + 4H2O H2SO4 + 8HCl Remoção de ferro 2Fe(HCO3)2 + Cl2 + Ca(HCO3)2 2Fe(OH)3 + CaCl2 + 6CO2 Formação de clorofenol (indesejável) C6H5OH + HClO C6H4ClOH + H2O 78

79 Reações do Cloro com a Água Cl 2 + H 2 O HCl + HClO HCl H + + Cl - HClO H + + ClO - Cl 2 : cloro, gás disponível Cloro residual livre HClO: ácido hipocloroso Forte desinfetante ClO - : íon hipoclorito Fraco desinfetante Figura 2: Dissociação do ácido hipocloroso em função do ph e temperatura 79

80 Desinfecção com cloro gasoso 80

81 Tanque de contato de cloro (em construção) 81

82 Desinfecção pelo Ozônio O ozônio é uma forma alotrópica do oxigênio, onde 3 átomos de elemento oxigênio combinam-se formando o O3 Aspectos Gerais Composto instável: produzido no local Pouco solúvel em água Muito volátil Decompõe com rapidez 82

83 Desinfecção pelo Ozônio Aspectos Gerais Redutor de odor, gosto, ferro e manganês Destrói fenóis, detergentes e pigmentos coloridos Amplamente utilizado na Europa 83

84 Desinfecção pelo Ozônio Vantagens Redução de odor, gosto e cor Poderoso oxidante Ação desinfetante para uma ampla gama de ph Ação bactericida 300 a 3000 vezes mais rápida do que a do cloro, para o mesmo tempo de contato A superdosagem não acarreta perigo 84

85 Desinfecção pelo Ozônio Desvantagens Não tem ação residual Gasto com energia elétrica de 10 a 15 vezes maior que o gasto com cloro 85

86 Desinfecção por Ultravioleta Aspectos gerais Exposição de um filme de água (120 a 300 mm) Luz ultravioleta: produzida por lâmpadas de vapores de mercúrio com bulbo de quartzo Também é eficiente na desinfecção de esgotos sanitários 86

87 Desinfecção por Ultravioleta Vantagens Não se introduz material na água, portanto, suas características físico-químicas não se alteram Período de contato ou tempo de exposição pequeno A superdosagem não possui efeito nocivo 87

88 Desinfecção por Ultravioleta Desvantagens Vírus são menos suscetíveis do que as bactérias Não há ação residual Material e energia de custo elevado Problemas de manutenção Não se determina rapidamente a eficiência do processo 88

89 Desinfecção com cloro gasoso 89

90 Tanque de contato de cloro 90

91 91