Apostila Geral - ETA

Apostila Geral - ETA

(Parte 3 de 5)

Agitação : se a velocidade de agitação for pequena, a formação de flocos diminui, o que dificulta a decantação.

Presença de núcleos : os coadjuvantes ( aditivos de floculação ) são substâncias capazes de promover núcleos mais densos para flocos mais pesados.

Dosagem ótima de coagulante : é a menor dosagem de coagulante para se obter o melhor resultado, quanto à qualidade da água a ser tratada. A dosagem requerida para o tratamento de uma água é feita experimentalmente em laboratório. Esta experiência será rapidamente concluída se antes tivermos conhecimento da :

. Temperatura da água a se ensaiar; . pH; . cor;

. O2 consumido.

Existe uma tabela que relaciona a dosagem de sulfato de alumínio com a turbidez da água bruta, dando já uma idéia.

Sabemos que cada 1 mg de sulfato de alumínio requer 0,45 mg de alcalinidade de água. Para sabermos se a água tem alcalinidade suficiente, efetuamos as seguintes determinações: turbidez da água bruta e, mediante a tabela turbidez X dosagem, tomamos o valor máximo da dosagem de sulfato de alumínio correspondente. A dosagem máxima de sulfato multiplicada pôr 0,45 mg/L, dá a alcalinidade requerida para a completa reação do coagulante.

7.2.7 - PRODUTOS AUXILIARES DA COAGULAÇÃO

Em caso de necessidade, além da cal e do carbonato de sódio, pode-se utilizar outros auxiliares dependendo das características da água a tratar e do coagulante utilizado.

Os principais são:

a) Carvão ativado - Apresentando-se na forma de pó, tem grande poder de adsorção. Em vista disto, é utilizado no tratamento da água para remover gosto e odor produzidos por matéria orgânica; b) Betonita - Pode ser aplicada misturada com o sulfato de alumínio para melhorar a coagulação, em águas com teores baixos de cor e turbidez (principalmente). Em razão do seu poder absorvente, tem eficácia na remoção do gosto e odor resultantes de matéria orgânica; c) Ácido Sulfúrico - O ácido Sulfúrico que tem múltiplas aplicações pode ser empregado como auxiliar da coagulação de águas de cor e pH acentuadamente elevados; d) Sílica Ativada - Quando adicionada ao sulfato de alumínio ou sulfato ferroso, devido sua elevada carga negativa, promove a formação de flocos maiores, mais densos e resistentes, o que aumenta a eficiência da coagulação, principalmente para a remoção de dureza, desde que utilize o sulfato de alumínio; e) Polieletrólitos - São polímeros de cadeia molecular grande que uma vez lançados na água, apresentam cargas distribuídas ao longo desta cadeia. Quando as cargas são positivas o polieletrólito é denominado de catiônico, quando negativas aniônico e quando não iônico é neutro. O polieletrólito usado com coagulantes metálicos comuns permite a redução da dosagem desses coagulantes, com o aumento da densidade e do tamanho dos flocos, o que implica em economia.

7.3 - FLOCULAÇÃO (MISTURA LENTA) É um tipo de processo que permite que partículas instáveis sob o ponto de vista eletrostático, no meio da massa líquida, sejam forçadas a se movimentar, para que possam ser atraídas entre si formando flocos que, com a manutenção da agitação, tendem a aglutinar-se uns aos outros, tornando-se grandes e pesados, para em seguida serem sedimentados nas unidades de decantação.

As câmaras de floculação são dimensionadas em função do gradiente de velocidade G e do período de detenção T , isto através de ensaios de floculação (jar-test), efetuados em laboratório. O tempo de detenção varia em torno de 20 a 40 minutos e os gradientes de 90 a 20 s -1.

7.3.1 - TIPOS DE FLOCULADORES a) Hidráulico em câmaras com chicanas de fluxo vertical e horizontal, conforme ilustram as figuras a seguir:

Fig. 7.12 chicanas de fluxo vertical

Fig. 7.13 chicanas de fluxo horizontal b) Mecânico - são construídos em câmaras nos tipo com eixos vertical e horizontal, com paletas, e do tipo turbina com fluxo axial. Veja ilustração das figuras a seguir:

EIXO VERTICALEIXO HORIZONTAL
fig. 7.13Fig. 7.14

TURBINA DE FLUXO AXIAL Fig. 7.15

As câmaras mecanizadas dispõem de dispositivos que permitem ajustar a velocidade de acordo com o gradiente desejado. A velocidade das pás ou palhetas gira em torno de 1 a 8 rotações por minuto.

7.4 - DECANTAÇÃO OU SEDIMENTAÇÃO - a decantação é uma operação onde ocorre a deposição de matérias em suspensão pela ação da gravidade. É uma preparação da água para filtração. Quanto melhor a decantação, melhor será a filtração.

- Tempo de Detenção: o tempo que a água permanece no decantador é denominado tempo de detenção.

temos: TCQ =

Onde: T = tempo de detenção (h)

C = capacidade do decantador (m3) Q = vazão (m3/h)

De acordo com a expansão acima, o tempo detenção corresponde ao necessário para encher o decantador com a vazão Q.

Na seção de montante, a distribuição de partículas é uniforme e de diversos tamanhos. As partículas suspensas descem com velocidade constante, sem interferência mútuas, mantendo inalteradas sua forma, peso e tamanho, numa água que apresenta temperatura uniforme e invariável. Cada partícula que atinge o fundo é automaticamente eliminada, ou seja, fica em repouso.

Veja ilustração em seção longitudinal de decantação, abaixo,

Fig. 7.16 temos:

L = comprimento do decantador

H = altura V = velocidade horizontal da água

V1 = velocidade de decantação da menor partícula que se deseja remover.

A partícula na posição a está na condição mais desfavorável para decantação. Para que isto ocorra é necessário que sua trajetória seja af. Caso isto aconteça, estando definidos L e H, o período de detenção deve igualar a

Para as partículas com velocidade de decantação igual ou maior tem chance de ser eliminada, atingido o fundo antes da extremidade f.

Os pontos a e b, com partículas com velocidade V1 menor que V, são desfavoráveis para eliminação. Para o ponto a, por exemplo, sua trajetória seria ae, o que não atingiria o fundo, que para isso teria que percorrer a trajetória af.

As partículas elimináveis com velocidade V1 e V atendem à proporção: bc ac V V=1 - devido à semelhança de triângulos.

7.4.1 -TIPOS DE DECANTADORES: retangulares (os mais comuns), circulares, trapezoidais, de placas paralelas; estes dois últimos são mais modernos e de menores dimensões.

Fig. 7.17 Corte longitudinal de um decantador convencional

7.4.2 - MECANISMO DA DECANTAÇÃO - uma partícula está submetida a duas forças:

horizontal - devido ao movimento da água no decantador; vertical - devido à ação da gravidade.

Como existem espaços mortos, curto - circuitos, etc; o período de escoamento é sempre inferior ao teórico.

7.4.3 - ZONAS DO DECANTADOR

- Zona de turbilhonamento - é a parte de entrada da água onde as partículas estão em turbilhonamento.

- Zona de decantação - é a zona onde não há agitação e as partículas avançam e descem lentamente, caminhando para a zona de repouso.

- Zona de ascenção - é a zona onde os flocos que não alcançaram a zona de repouso seguem o movimento ascensional da água e aumentam a velocidade tornando - se máxima na passagem pelo vertedor.

- Zona de repouso - é onde se acumula o lodo. Nesta zona não há influência da corrente de água do decantador, a não ser que haja inversão das camadas de água pela brusca mudança de temperatura; fermentação do lodo, etc.

7.4.4 - LAVAGEM DO DECANTADOR - o lodo que se acumula na zona de repouso, quando atinge outras zonas, começa a corrente de água ascendente arrastar os flocos indicando com isso que o decantador deve ser lavado. Pode acontecer que antes de atingir tal situação o lodo no interior comece a fermentar ocasionando desprendimento de gases que provocam cheiro e gosto desagradáveis no efluente da estação. Portanto deve-se lavar um decantador quando: a camada de lodo se torna espessa ou quando se inicia a fermentação.

O primeiro caso só se verifica quando há grande produção de lodo. O segundo caso ocorre quando há pouco lodo e a fermentação se inicia antes do lodo atingir a altura que impede a decantação normal dos flocos. O inicio da fermentação é notado através do aparecimento de pequenas bolhas de gás na zona de turbilhonamento.

Além da produção de gosto e odor desagradáveis na água efluente, haverá levantamento de grandes placas de lodo na zona de decantação (jacaré).

7.4.5 - DECANTADORES CONVENCIONAIS

Condições para funcionamento normal:

- Tempo de detenção = 2 à 4 horas; - Velocidade da água = em torno de 0,5 cm/s;

- Taxa de escoamento = 5 à 80 m3 /m2 dia em função do tipo de partícula a remover;

- Profundidade = 3,6 à 6,0 m para decantadores de escoamento horizontal;

- Relação comprimento(L) Largura(B) = L=2,5 B (para melhor funcionamento o comprimento deve ser longo para evitar correntes transversais);

- Dispositivo de entrada = normalmente utiliza-se cortina para que o fluxo horizontal seja o mais uniforme possível. Veja figura 7.18 a seguir,

Fig. 7.18

- Dispositivo de saída = é comum usar canaletas ou vertedores no extremo de jusante dos decantadores, principalmente nos retangulares. Veja um exemplo na figura 7.19 a seguir,

- A vazão por metro linear no vertedor da canaleta recomenda-se na faixa de 2 à 7 l/s.

7.4.6 - DECANTADORES DE MÓDULOS TUBULARES OU DE PLACAS PARALELAS

São decantadores de taxa acelerada, consequentemente de tempo de detenção reduzido.

As taxas em função da área coberta pelos módulos estão compreendidas entre 180 e 240 m3/m2 dia. Isto corresponde a cerca de 5 vezes as taxas adotadas em decantadores convencionais.

7.4.7 - MÓDULOS TUBULARES BRASILEIROS

O módulo formado por duto de PVC de 4,9 x 8,8 cm, com paredes em torno de 1mm de espessura, pesa cerca de 28 kg por m2.

A cor preta adotada foi pelo fato de ser mais desfavorável ao desenvolvimento de microorganismos.

O ângulo de inclinação dos tubos deve ser mantido entre 5 e 600 . Os comprimentos dos tubos adotados, devem ser na faixa de 0,60 a 1,20m, em módulos com alturas de 0,53 a 1,06m.

Tratando-se de placas a inclinação adotada é a mesma (600) e o espaçamento entre elas varia de 5 a 6 cm, com comprimento obedecendo o mesmo critério adotado para os módulos.

Veja figura:

Fig. 7.20 7.5 - FILTRAÇÃO

A filtração da água consiste em fazê-la passar através de substâncias porosas capazes de reter ou remover algumas de suas impurezas. Como meio poroso, emprega-se em geral a areia sustentada por camadas de seixos, sob as quais existe um sistema de drenos.

7.5.1 - CLASSIFICAÇÃO DOS FILTROS

7.5.1.1 - DE ACORDO COM A TAXA DE VELOCIDADE DE FILTRAÇÃO:

- filtros lentos: funcionam com taxa média de 0,4 m3/m2/dia; - filtros rápidos: funcionam com taxa média de 120 m3/m2/dia.

7.5.1.2 - QUANTO A PRESSÃO, OS FILTROS RÁPIDOS PODEM SER DE DOIS TIPOS:

- De pressão: fechados, metálicos, nos quais a água a ser filtrada é aplicada sobre pressão (usados em piscinas, indústrias e companhias de saneamento). - De gravidade: os mais comuns.

7.5.1.3 - QUANTO AO SENTIDO DO FLUXO: - Descendentes: os mais comuns;

- Ascendentes: os clarificadores de contato.

7.5.2 - DEFINIÇÕES

Areia: Grãos constituídos essencialmente de quartzo resultantes da desagregação ou da decomposição das rochas em torno de 9% de sílica.

Tamanho Efetivo: Abertura da malha, em m, da peneira que deixa passar 10% em peso de uma amostra, representativa de areia. Este valor é obtido graficamente.

Coeficiente de Uniformidade: Relação entre abertura da malha da peneira, em m, através da qual passa 60% em peso, de uma amostra representativa de areia, e o tamanho efetivo da mesma amostra. A abertura da malha que deixa passar 60% da amostra, é obtida graficamente.

7.5.3 - ESPECIFICAÇÕES DOS MATERIAIS FILTRANTES 7.5.3.1 - FILTRO LENTO:

- camada suporte (seixo rolado - quartzo); - composição granulométrica de baixo para cima.

DIÂMETRO (m) ESPESSURA DAS CAMADAS

63,50 à 31,70 15 cm 31,70 à 19,10 10 cm 19,10 à 12,70 9 cm 12,70 à 6,35 8 cm 6,35 à 2,0 8 cm

Total50 cm

DIÂMETRO (m) ESPESSURA DAS CAMADAS

Diâmetro Efetivo, Def0,30 m
Coeficiente de Desuniformidade, Ddu2,50
Diâmetro de maior grão1,41 m
Diâmetro de menor grão0,149 m
D100,30 m
D600,75 m

Espessura da camada 1,0 m

7.5.3.2 - FILTRO RÁPIDO DE GRAVIDADE AREIA SELECIONADA

Diâmetro Efetivo, Def 0,50 m Coeficiente de Desuniformidade, Ddu 1,45 Diâmetro de maior grão 1,68 m Diâmetro de menor grão 0,42 m

CAMADAS DE PEDREGULHO(SUB-CAMADAS) 3

DIÂMETRO (m) ESPESSURA

1” - 2” 23 cm 1/2” - 1” 10 cm 1/4” - 1/2” 10 cm 1/8” - 1/4” 10 cm

Total53 cm

7.5.3.3 - FILTRO DE FLUXO ASCENDENTE CAMADA DE AREIA

DIÂMETRO (m) ESPESSURA DAS CAMADAS

Diâmetro Efetivo, Def0,75 m
Coeficiente de Desuniformidade, Ddu1,60
Diâmetro de maior grão1,680 m
Diâmetro de menor grão0,590 m
D100,75 m
D601,20 m

Espessura da camada 1,80 m

Camada Suporte (Seixo Rolado) Composição Granulométrica de baixo para cima

DIÂMETRO (m) ESPESSURA DAS SUBCAMADAS

63,50 à 31,70 15 cm 31,70 à 19,10 10 cm 19,10 à 12,70 9 cm 12,70 à 6,35 8 cm 6,35 à 2,0 8 cm

Total50 cm

7.5.4 - CONDIÇÕES ESPECIFICAS DE AREIA PARA LEITO FILTRANTE - A solubilidade em ácido não deve exceder de 5% e a perda ao fogo ser menor que 0,7%.

- O tamanho efetivo e o coeficiente de uniformidade devem atender aos valores especificados pelo comprador.

7.5.5 - OPERAÇÃO E MANUTENÇÃO DOS DIVERSOS TIPOS DE FILTROS 34

7.5.5.1 - FILTRO RÁPIDO DE GRAVIDADE CONVENCIONAL

Funcionamento:

A água procedente do decantador, alimenta o filtro, através de canal ou tubulações, armazenando-se no reservatório, conforme ilustra esquema a seguir.

Durante a filtração a água vai se processando a velocidade constante, por intermédio de um controlador de vazão, consequentemente a areia vai se colmatando aos poucos, em decorrência da detenção das partículas em suspensão (flocos), carreadas para o filtro. Ao mesmo tempo a perda de carga vai aumentando até atingir um valor limite o qual não deve ser ultrapassado.

Esquema de um filtro rápido convencional

Fig. 7.21

Limpeza:

Quando a perda de carga atinge o limite, geralmente em torno de 2,5 m.c.a, recomenda-se a lavagem através da inversão de corrente. Para isto, fecha-se os registros de entrada e saída, após o nível da água ficar a uns 10 cm acima do leito filtrante e em seguida abre-se o registro 3 (esgoto) e logo após, de forma gradativa, o de no 4 que recebe água do reservatório de lavagem. Essa abertura deve ser lenta e gradual para expulsão do ar sem danificar o sistema de drenagem do filtro.

A vazão de lavagem é cerca de 8 vezes maior que a de filtração. A água quando começa cair na canaleta apresenta-se bastante turva, e após 5 a 7 minutos começa-se a clarear indicando que a areia está limpa, oportunidade em que são fechados os registros 3 e 4 e abertos os de no 1 e 5, sendo que este último só quando a água atingir o nível de filtração (N.A. máx). O registro 5 só deverá ficar aberto o tempo suficiente para expurgar a primeira parcela d’água filtrada, tempo esse de alguns minuto, em seguida é fechado e aberto o no 2 para reiniciar a filtração.

O controlador de vazão, devido a problema de custo e de ordem operacional está havendo uma forte tendência de substituição dos filtros com esse dispositivo por unidades de filtração com taxa declinante.

7.5.5.2 - FILTROS DE PRESSÃO

Os filtros de pressão tem muita coisa em comum em relação aos filtros de gravidade. Diferem apenas por serem fechados, confeccionados em metal, de forma cilíndrica, e operarem sob pressão. Sua pressão varia de 10 à 50m e a perda de carga máxima é da ordem de 7 metros.

Figura de um filtro de pressão

Fig. 7.2

Quanto aos princípios de funcionamento e lavagem são análogos aos dos filtros rápidos convencionais.

7.5.5.3 - FILTRAÇÃO RÁPIDA COM TAXA DECLINANTE

Os filtros que compõem uma bateria, o nível d’água é o mesmo em um determinado instante, embora variando entre um máximo e um mínimo, sendo esse máximo garantido pelo nível d’água da saída do decantador e o mínimo pela soleira do vertedor situado no reservatório de água filtrada.

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