Química Ambiental. Química das Águas - Parte 3 Purificação de águas - Tratamento de água para abastecimento - Tratamento de esgoto.

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1 Departamento de Química UFJF L/O/G/O Química Ambiental Química das Águas - Parte 3 Purificação de águas - Tratamento de água para abastecimento - Tratamento de esgoto Agatha Lopes 2 semestre 2016

2 A Constituição Federal de 1988 dispõe: Art Todos têm direito ao meio ambiente ecologicamente equilibrado, bem de uso comum do povo e essencial à sadia qualidade de vida, impondo-se ao Poder Público e à coletividade o dever de defendêlo e preservá-lo para os presentes e as futuras gerações 2

3 Água potável De acordo com o relatório da Unicef em 2015: 94% da população 98% (92% em 1990) 70% (38% em 1990) Uma em cada três pessoas no mundo cerca de 2,4 bilhões de indivíduos ainda não têm acesso a serviços de saneamento básico e água potável. 3

4 As águas utilizadas para consumo humano e para as atividades socioeconômicas são retiradas de rios, lagos, represas e aquíferos. Brasil possui 12% da reserva hídrica do planeta, com os maiores recursos superficiais (Bacias hidrográficas do Amazonas e Paraná) e subterrâneos (Bacias Sedimentares do Paraná, Piauí, Maranhão). 4

5 A CRISE DA ÁGUA Abundância Desperdício Escassez REAPROVEITAMENTO Tratamento de água Tratamento de esgoto REUSO Imagens: 5

6 Toda água deve ser tratada? Depende da finalidade para qual a água se destina. Substituir parte da água potável para destinos com padrões menos restritivos, por uma de qualidade inferior. - Urbano - Industrial - Agrícola - Recreação 6

7 Água para abastecimento - Fontes Águas superficiais Lagos, rios, riachos. Mais expostas à poluição Águas subterrâneas: Aquíferos Poços, minas,... Fontes não Potáveis Estação de Tratamento de Água Fontes Potáveis Desinfecção 7

8 Estação de Tratamento de Água (ETA) Principais objetivos: A remoção de material particulado, bactérias e algas; Remoção da matéria orgânica dissolvida; Remoção ou destruição de organismos patogênicos. Os processos envolvidos podem sofrer variações dependendo da fonte de água e dos padrões de qualidade a serem alcançados. 8

9 ETA - Esquema simplificado 9 Imagens:

10 Etapas do tratamento da água Captação e bombeamento A água passa por um sistema de grades que impede a entrada de elementos macroscópicos, como folhas, galhos e outros detritos. Após a captação, a água é bombeada com vazões controladas até as estações de tratamento da água. 10

11 Pré-tratamento Cloração: a presença do cloro deixa os metais menos solúveis e destrói partes dos microrganismos. A pré-cloração hoje está sendo evitada, pois o cloro reage com substâncias orgânicas presentes na água produzindo trialometanos (THM): CHX 3 (X = cloro, bromo). Os THM não são removidos da água através do tratamento convencional. Deve-se assegurar que a matéria orgânica esteja ausente da água que vai ser submetida à cloração! Alcalinização: adição de hidróxido de sódio para adequar o valor de ph para as fases seguintes do tratamento. 11

12 Coagulação Adição de um coagulante, geralmente sulfato de alumínio, seguido de uma agitação violenta da água para provocar a desestabilização das partículas de sujeira, facilitando sua agregação. Os hidróxidos gelatinosos insolúveis formados vão encapsular as partículas suspensas na água. 12

13 Floculação Em tanques menores, válvulas provocam uma suave turbulência na água. as partículas de sujeira desestabilizadas pela coagulação colidem umas com as outras e vão se unindo, formando flocos maiores. A floculação ocorre em um tempo muito maior do que a coagulação. 13

14 Decantação É um processo de separação física das partículas em suspensão, clarificando a água e reduzindo em grande porcentagem as impurezas. O material sedimentado constitui o lodo, onde predominam matéria orgânica, hidróxido de alumínio e impurezas diversas. Processo dura cerca de 3 h Estação de tratamento de sólidos 14

15 Filtração Na filtração, a água passa por várias camadas filtrantes onde ocorre a retenção das impurezas não retidas pelos decantadores. A água da superfície do decantador é recolhida por canaletas e levada a dezenas de filtros verticais: a água entra por cima deles e sai por baixo 15

16 Nesta fase, todas as partículas de impurezas são removidas deixando a água límpida. Clarificação. Mas ainda não está pronta para ser usada. Para garantir a qualidade da água, após a clarificação é feita a desinfecção. O método mais econômico e usual para a desinfecção da água em sistemas públicos é a cloração. 16

17 Desinfecção - Cloração Usado para destruição de microorganismos presentes na água, que não foram retidos nas etapas anteriores. O cloro é aplicado em forma de gás ou em soluções de hipoclorito. O gás cloro reage quase completamente com a água formando o ácido hipocloroso. Em ph mais alcalinos, o ácido hipocloroso se dissocia 17

18 É um método confiável, de relativo baixo custo, simplicidade operacional. O excesso no tratamento favorece a biossegurança no transporte e armazenamento da água tratada. O composto de maior preocupação que pode ser formado quando usa a desinfecção com cloro é o CHCl 3 : clorofórmio Produto da reação do HOCl com matéria orgânica. 18

19 Fluoretação A aplicação do flúor pode uma etapa adicional, e tem como função de colaborar para redução da incidência da cárie dentária. O flúor é aplicado na água usando como produtos fluorsilicato de sódio ou ácido fluorsilícico. 19

20 Etapas finais Análises físico-químicas e microbiológicas para atestar a qualidade da água. Reservatório Distribuição Portaria n 2914 do Ministério da Saúde, de 12 de dezembro de

21 Lodo (decantação) - Linha SÓLIDA Encaminhado para a desidratação - estabilização química e microbiológica. A secagem pode ser feita de várias formas: evaporação em leitos, uso de filtros (tipo prensa), etc. Após tratado é transportado para um destino final adequado. 21

22 Efluentes Resíduos líquidos gerados por fonte poluidoras e lançadas na rede coletora de esgoto ou corpos receptores através de canalizações, bem como por outro dispositivo de transporte. 48,6% da população tem acesso à coleta de esgoto Os poluentes atingem o corpo d agua distribuídos ao longo de parte de sua extensão. Os poluentes atingem o corpo d agua de forma concentrada. Apenas 39% dos esgotos são tratados 22

23 A constituição dos esgotos domésticos é: 99,9% Água e 0,1% Sólidos sólidos suspensos, sólidos dissolvidos, matéria orgânica, nutrientes (N, P), organismos patogênicos (vírus, bactérias) O esgoto, sem tratamento, provoca dois efeitos negativos na água em que é lançado: Diminuição do O 2 dissolvido Aumento na emissão de CH 4 e CO 2 Quanto pior a qualidade da água bruta recolhida na fonte, maior será o esforço para o tratamento da água. 23

24 Possibilidades para tratamento Decomposição da matéria orgânica antes do seu lançamento em corpos de água. 1) Tratamentos aeróbios 2) Tratamentos anaeróbios 3) Tratamento misto O esgoto deve ser tratado em local apropriado Estações de Tratamento de Efluentes ETE A água resultante pode ser reutilizada em processos industriais ou lançada nos rios. 24

25 Tratamento Preliminar Tratamento Primário Tratamento Secundário Remoção de sólidos grosseiros e areia; Remoção de sólidos em suspensão sedimentáveis, materiais flutuantes (óleos) e parte da matéria orgânica em suspensão Remoção de matéria orgânica dissolvida e da matéria orgânica em suspensão não removida no tratamento primário 25

26 Disponível em: 26

27 Tratamento Preliminar Tratamento Primário Evitar a sobrecarrega dos tanques Proteção unidades subsequentes; bombas e tubulações; corpos receptores. evitar abrasão e obstrução nas bombas e tubulações; facilitar o transporte do líquido. 27

28 Tratamento Primário Tratamento Preliminar Decantador Tratamento Secundário Sólidos sedimentáveis Matéria orgânica (suspensão) Remoção de 40 a 60% dos sólidos em suspensão. Eliminação de 30 a 40% da DBO. 28

29 Tratamento Secundário Tratamento Primário DEGRADAÇÃO BIOLÓGICA Remoção - Lagoas de Estabilização - Matéria orgânica dissolvida - Matéria orgânica ainda em suspensão Lançamento em rios Diferentes processos: Decomposição aeróbia e/ou anaeróbia Aeróbios Anaeróbios geração de outros gases como metano (CH 4 ) e gás sulfídrico (H 2 S). 29

30 Lagoas facultativa Depende de fenômenos puramente naturais. Na respiração as bactérias consomem O 2 e produzem CO 2, que por sua vez é consumido pelas algas no processo de fotossíntese, produzindo então O 2. Adequadas: pequenas comunidades As condições aeróbias são mantidas nas camadas superiores das águas, enquanto as condições anaeróbias predominam em camadas próximas ao fundo da lagoa. 30

31 Lagoas aerada facultativa O oxigênio é fornecido por aeradores mecânicos. Os microrganismos multipliquem-se e alimentem-se de material orgânico, formando o lodo e diminuindo assim a carga poluidora do esgoto. Exige tempo e área menor Consumo de energia. Solução para lagoas facultativas que operam de forma saturada e não possuem área suficiente para sua expansão 31

32 Lagoa anaeróbica lagoa facultativa Lagoas anaeróbias possui maior profundidade, com uma superfície pequena (em comparação). O consumo de O 2 é maior que a sua produção. O mecanismo anaeróbio predomina. Eficiência e custo superior. Adequado para efluentes com alto teor orgânico (matadouros), não se aplica aos esgotos domésticos. 32

33 Lagoa aerada Lagoa de decantação O efluente que sai de uma lagoa aerada ainda possui uma grande quantidade de sólidos suspensos. Nos decantadores secundários, o sólido restante vai para o fundo e a parte líquida já está sem 90% das impurezas. Gera grande quantidade de lodo, o que requer um tratamento posterior 33

34 Processo de lodos ativados Lodos ativados convencional O lodo é bombeado do fundo do decantador secundário para a unidade de aeração. No decantador primário é removida parte da matéria orgânica, minimizando os custos do tratamento. 34

35 Lodos ativados de aeração prolongada O lodo do decantador secundário permanece tempo suficiente no reator para que ocorra a estabilização. Sem decantador primário Lodos ativados com fluxo intermitente A decantação primária, oxidação biológica e decantação secundária ocorrem em um único tanque, de forma sequencial 35

36 Processo de lodos ativados O lodo torne-se mais concentrado através da separação de uma parte da água presente. 36

37 Digestores: microrganismos anaeróbicos degradam a matéria orgânica restante: forma gás metano e água, promove a estabilização do lodo, sem odores desagradáveis. Secagem - Filtros prensa: equipamento mecânico que desidrata o lodo, através de várias placas com telas filtrantes preenchidas por lodo. 37

38 Subprodutos Gerados Água de reuso: Irrigação de áreas cultiváveis, uso comercial e domiciliar como água não potável, reuso industrial, uso na construção civil, reincorporação nos corpos d água. Biossólidos: Disposição em aterros sanitários, incineração, uso como fertilizante orgânico, recuperação de solos degradados, reaproveitamento industrial (fabricação de tijolos e cerâmicas, produção de cimento). Biogás: Geração de energia elétrica, energia térmica. 38

39 Considerações Finais A escolha do melhor sistema/método de tratamento varia em função de fatores como: volume de esgoto bruto gerado; volume de subprodutos gerados e qual sua aplicação/destinação final; tempo requerido para o tratamento do esgoto; custo operacional; investimento necessário para construir a ETE; área ocupada pela ETE. 39

40 Referências Bibliográficas BRASIL. Constituição (1988). Constituição da República Federativa do Brasil. Brasília, DF, Senado, Nascentes, C. C.; Costa, L. M. Química Ambiental, Universidade Federal de Minas Gerais, LAPORTA, P.. Um terço da população mundial não tem acesso a água tratada, diz ONU. Publicado em 3 de julho de Disponível em: Acesso em 14 de setembro de VON SPERLING, M.. Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de esgotos. 3.ed. Belo Horizonte: Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental; Universidade Federal de Minas Gerais; 2005 Fraceto L.F, Rosa A.H, Carlos V.M (2012). Meio ambiente e sustentabilidade. Editora Bookman. 40