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Seleção de Tecnologias de Tratamento de Água Volume II

Luiz Di Bernardo Lyda Patricia Sabogal Paz

2008


© 2009 Qualquer parte desta publicação pode ser reproduzida, desde que citada a fonte. Todos os direitos desta edição reservados à Editora LDiBe.

Di Bernardo, Luiz / Sabogal Paz, Lyda Patricia Seleção de Tecnologias de Tratamento de Água / Luiz Di Bernardo / Lyda Patricia Sabogal Paz. – São Carlos: Editora LDIBE LTDA, 2008. 682p. (Vol. II) ISBN 978-85-62324-01-7 1. Produtos químicos utilizados no tratamento da água. 2. Resíduos de ETAs. 3. Seleção de tecnologia. 4. Sustentabilidade de projetos de saneamento. 5. Gastos e tarifas no tratamento de água. 6. Modelo conceitual de seleção de tecnologias. 7. Software SELTECNOL. I. Autor. II. Título.

Revisores da língua portuguesa Glauco Keller Villas Boas - formado em Letras pela Unesp Ludmila G. Ribeiro de Mello - formada em Letras pela UFSCar Tiragem 2000 exemplares Editoração Eletrônica cubomultimidia www.cubomultimidia.com.br

www.editoraldibe.com.br Av. São Carlos, 2205 (Salas 106; 309) CEP 13560-002 - Fax +55(16) 3371-0723 São Carlos, SP


Aos meus pais, Luiz Rogério Di Bernardo e Maria Frare Di Bernardo, de quem recebi orientação para fazer do estudo um prazer, do trabalho um lazer. À Costância, incentivadora e esposa, que comigo luta para ensinar aos nossos filhos e aos netos os valores que temos e que nos fazem felizes. Aos meus filhos Angela, Bruno, Mário e Laura e netos Henrique e Daniel, que assim espero, haverão de concordar que o melhor e maior tesouro que se pode acumular na vida é o saber. Luiz Di Bernardo

Aos meus pais amados Ezequiel Sabogal Cruz e Marleny Paz Penagos, ao meu irmão querido Jorge Iván Sabogal Paz e, claro, ao meu lindo sobrinho que chegou ao mundo em janeiro de 2009, Iván Alejandro Sabogal López, pela estrutura de vida, orientação e alegria, pelo imenso amor e o apoio constante. Ao meu querido Cleber Lima Pereira pela divertida forma de ver o mundo, além do carinho, companhia, apoio incondicional e incentivo. Lyda Patricia Sabogal Paz


Sobre os Autores Luiz Di Bernardo Engenheiro civil, mestre e doutor em Hidráulica e Saneamento, Pós-doutorado na Iowa State University – EUA, professor titular aposentado da EESC-USP, onde foi professor de disciplinas de graduação e de pós-graduação sobre tecnologias de tratamento de água para consumo humano, orientador de 15 estudantes de iniciação científica, 54 de mestrado e 34 de doutorado, desenvolveu mais de 100 trabalhos de assessoria e consultoria, e elaborou aproximadamente 150 projetos de estações de tratamento de água. Publicou cerca de 60 trabalhos em periódicos nacionais e internacionais e apresentou aproximadamente 250 trabalhos em congressos, seminários e simpósios nacionais e internacionais. Autor principal de 5 livros em tratamento de água e de capítulos de 12 livros nacionais e internacionais. Lyda Patricia Sabogal Paz Engenheira Sanitária pela Universidad del Valle (Cali, Colômbia), doutora em Engenharia Civil (Hidráulica e Saneamento) da Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo – EESC/USP (São Carlos/SP, Brasil) e pós-doutoranda do Departamento de Hidráulica e Saneamento da EESC/USP. Autora de vários trabalhos científicos, nacionais e internacionais, e de capítulos em livros. Possui experiência nas áreas de seleção de tecnologias, tratamento de águas de abastecimento, resíduos de estações de tratamento de água, avaliação econômica de projetos, modelação de qualidade da água e projetos de ETAs.

“O valor de todo o conhecimento está no seu vínculo com as nossas necessidades, aspirações e ações; de outra forma, o conhecimento torna-se um simples lastro de memória, capaz apenas - como um navio que navega com demasiado peso - de diminuir a oscilação da vida quotidiana”. V. O. Kliutchevski


Nota dos Autores Os investimentos no setor de água potável no Brasil, apesar de significativos, ainda não apresentam os resultados esperados na melhoria da saúde e da qualidade de vida da população. A aplicação de recursos continuará limitada enquanto não forem fortalecidos os aspectos técnicos, econômicos, institucionais, ambientais, sociais e culturais que permitam a seleção de obras sanitárias eficientes e sustentáveis. A problemática existente motivou o desenvolvimento deste livro, o qual fixa as bases para a adequada escolha das tecnologias de tratamento de água, considerando a teoria e a prática do assunto. O texto introduz um fato inédito, a seleção da técnica considerando os resíduos gerados no sistema, aspecto importante para as empresas de saneamento as quais, atualmente, enfrentam sérios problemas para dispor os resíduos no ambiente, conforme restrições estabelecidas na legislação nacional. O livro está dirigido aos profissionais de diferentes áreas relacionadas com gestão, planejamento, financiamento, investimento, capacitação e execução de projetos de estações de tratamento de água. Os autores esperam que esta obra contribua para a otimização dos gastos com saneamento no Brasil, difundindo os fundamentos teóricos e práticos para a aplicação correta das tecnologias. O documento é uma obra essencial para esclarecer dúvidas e facilitar o aprendizado sobre qualidade da água, tecnologias de tratamento, avaliação ambiental das técnicas, aspectos socioculturais, econômicos e financeiros envolvidos na seleção dos sistemas de tratamento. O livro também indica os fundamentos necessários para a elaboração de metodologias de seleção e, nesse contexto, apresenta e aplica o Modelo Conceitual de Seleção de Tecnologias de Tratamento de Água (MCS) e o programa de computador SELTECNOL, desenvolvidos pela autora, Lyda Patricia Sabogal Paz, em sua tese de doutorado, para serem aplicados em comunidades brasileiras de pequeno porte. O livro vem acompanhado de um CD contendo o programa SELTECNOL e mais de 400 desenhos de diferentes ETAs com vazões de projeto entre 10 e 40L/s, incluindo o tratamento dos resíduos gerados nesses sistemas.


Agradecimentos Os autores agradecem às instituições e empresas que contribuíram valiosamente para o término bem sucedido desta publicação, tais como: Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo – FAPESP, pelas bolsas de doutorado e de pós-doutorado concedidas à autora Lyda Patricia; Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo - SABESP; Sistemas de Água e Esgoto de São Carlos/SP e de Sacramento/MG; Secretarias de Água e Esgoto de Cachoeira Dourada/MG e de Corumbataí/SP; Secretaria de Saneamento de Água e Esgoto de Descalvado/SP; empresa Águas de Mandaguahy de Jaú/SP, Instituto de Investigación y Desarrollo en Agua Potable, Saneamiento Básico y Conservación del Recurso Hídrico – CINARA (Universidad del Valle, Colômbia) e Asociación de Usuarios del Acueducto de Mondomo (Cauca, Colômbia), pelo fornecimento de informações usadas na pesquisa de doutorado da autora em refêrencia; empresas Allonda, Aquamec, Beraca, Cataguases, ECOJOB, EKA, Glastec, Guaruja, Hexis, Hidrosan, Kemira, Lonatec, Petranova, Pieralisi, ProMinent, Quimil, Saint-Gobain e Solvay pelo patrocínio; FINEP, CAPES e CNPq pelo financiamento de várias pesquisas citadas na publicação; Editora Cubo Multimidia pela diagramação do livro.


Sumário Capítulo 5 – Produtos Químicos Usados no Tratamento de Água e de Resíduos 5.1. Usos dos produtos químicos e principais características .......................................................................817 5.2. Recebimento, transferência e armazenamento ........................................................................................819 5.3. Preparação de soluções e suspensões e dispositivos de dosagem .........................................................828 5.3.1. Ácidos e sais ........................................................................................................................................828 5.3.1.1. Ácido clorídrico e ácido sulfúrico (comerciais) ..............................................................828 5.3.1.2. Ácido fluossilícico e fluossilicato de sódio .......................................................................829 5.3.2. Alcalinizantes ......................................................................................................................................831 5.3.2.1. Cal ...........................................................................................................................................831 5.3.2.2. Carbonato de sódio..............................................................................................................839 5.3.2.3. Hidróxido de sódio ..............................................................................................................840 5.3.3. Coagulantes ........................................................................................................................................840 5.3.3.1. Cloreto férrico.......................................................................................................................840 5.3.3.2. Sulfato ferroso clorado .......................................................................................................841 5.3.3.3. Sulfato férrico .......................................................................................................................841 5.3.3.4. Cloreto de polialumínio ou hidróxi-cloreto de alumínio..............................................842 5.3.3.5. Sulfato de alumínio .............................................................................................................844 5.3.3.6. Tanato ....................................................................................................................................849 5.3.4. Polímeros naturais e sintéticos .........................................................................................................850 5.3.5. Carvão Ativado pulverizado ............................................................................................................851 5.3.6. Oxidantes e desinfetantes ..................................................................................................................857 5.3.6.1. Cloro ......................................................................................................................................857 5.3.6.2. Ácido peracético ..................................................................................................................881 5.3.6.3. Dióxido de cloro ..................................................................................................................882 5.3.6.4. Ozônio ...................................................................................................................................884 5.3.6.5. Peróxido de hidrogênio .......................................................................................................887 5.3.6.6. Permanganato de potássio ..................................................................................................887 5.4. Bibliografia ....................................................................................................................................................888

Capítulo 6 – Resíduos Gerados no Tratamento 6.1. Introdução ......................................................................................................................................................889 6.2. Quantidade e características dos resíduos ................................................................................................890 6.2.1. Considerações iniciais........................................................................................................................890 6.2.2. Estimativa da quantidade de sólidos ..............................................................................................891 6.2.2.1. Uso de equações empíricas .................................................................................................891 6.2.2.2. Uso de instalações piloto e de laboratório........................................................................893 6.2.2.3. Quantidade de sólidos e características dos resíduos gerados em ETAs existentes..895 6.3. Classificação dos resíduos sólidos ..............................................................................................................905 6.3.1. Classificação dos resíduos segundo a NBR 10004 ........................................................................905 6.3.2. Procedimento para obtenção de extrato lixiviado de resíduos sólidos .....................................906 6.3.3. Procedimento para obtenção de extrato solubilizado de resíduos sólidos ...............................907 6.3.4. Amostragem de resíduos sólidos .....................................................................................................909 6.4. Concepção dos sistemas de tratamento dos resíduos .............................................................................912 6.4.1. Recepção dos resíduos e alternativas de tratamento ....................................................................912 6.4.2. Condicionamento ...............................................................................................................................921 6.4.3. Equalização e regularização de vazão ............................................................................................933


6.4.4. Adensamento.......................................................................................................................................934 6.4.4.1. Considerações iniciais ........................................................................................................934 6.4.4.2. Tipos de adensadores .........................................................................................................935 6.4.4.3. Análise do adensamento de lodo por gravidade por flotação ......................................943 6.4.4.4. Parâmetros de projeto ........................................................................................................963 6.4.5. Desaguamento.....................................................................................................................................963 6.4.5.1 – Considerações iniciais .......................................................................................................963 6.4.5.2. Centrífuga..............................................................................................................................965 6.4.5.3. Filtro prensa de esteira .......................................................................................................979 6.4.5.4. Filtro prensa de placas .........................................................................................................984 6.4.5.5. Filtro a vácuo.........................................................................................................................987 6.4.5.6. Outros sistemas mecanizados de desaguamento ...........................................................988 6.4.5.7. Filtração em geotêxtil ..........................................................................................................989 6.4.5.8. Lagoa de lodo ........................................................................................................................992 6.4.5.9. Leitos de secagem e leitos de drenagem ..........................................................................996 6.4.6. Lagoa de emergência........................................................................................................................1005 6.4.7. Secagem e incineração ....................................................................................................................1005 6.5. Aproveitamento e disposição final do lodo ............................................................................................1010 6.5.1. Fabricação bloco cerâmico e tijolo ................................................................................................1010 6.5.2. Fabricação de cimento e incorporação do lodo em matriz de concreto .................................1015 6.5.3. Recuperação de solos agrícolas ......................................................................................................1016 6.5.4. Auxiliar para a clarificação de água com baixa turbidez............................................................1016 6.5.5. Recirculação da água de lavagem dos filtros e do clarificado das ETRs..................................1017 6.5.6. Recuperação de coagulantes do resíduo da ETA ........................................................................1017 6.5.7. Aterro sanitário, aterro classe II e terreno próximo à ETA........................................................1023 6.5.8. Disposição do resíduo em estações de tratamento de esgoto ...................................................1026 6.5.8.1. Simulação da disposição dos resíduos de uma ETA de ciclo completo que usa cloreto férrico como coagulante em uma ETE.......................................... 1028 6.5.8.2. Simulação da disposição dos resíduos de uma ETA de ciclo completo que usa sulfato de alumínio como coagulante em uma ETE ...................................................1031 6.5.8.3. Ensaios em instalação piloto sobre a disposição de lodo de ETAs em ETEs ...........1035 6.5.8.4. Disposição dos resíduos de ETAs em ETEs - escala real .............................................1047 6.5.9. Disposição em corpos de água .......................................................................................................1051 6.6. Fatores de seleção de tecnologia para tratamento, aproveitamento e disposição dos resíduos das ETAs....................................................................................1052 6.6.1. Ensaios de laboratório (batelada e/ou instalação piloto) e uso de equações empíricas........1052 6.6.2. Características qualitativas da água bruta e do resíduo da ETA ..............................................1053 6.6.3. Tecnologia de tratamento de água .................................................................................................1053 6.6.4. Coagulante e outros produtos químicos utilizados na ETA......................................................1053 6.6.5. Mecanismo de coagulação utilizado na ETA ...............................................................................1061 6.6.6. Condicionamento do lodo ..............................................................................................................1061 6.6.7. Vazão de operação da ETA e da ETR ............................................................................................1062 6.6.8. Operação e manutenção das unidades de filtração e de decantação na ETA ........................1063 6.6.9. Características hidráulicas e estruturais dos projetos das ETAs ...............................................1063 6.6.10. Tecnologia de tratamento do resíduo .........................................................................................1063 6.6.11. Área necessária para implantação da ETR .................................................................................1063 6.6.12. Condições climáticas da região ....................................................................................................1063 6.6.13. Distância da ETA até o destino final ...........................................................................................1063 6.6.14. Experiência da tecnologia no Brasil ............................................................................................1064 6.6.15. Gastos com investimento, operação, manutenção e administração do sistema ..................1064 6.6.16. Disponibilidade de recurso humano capacitado para operação e manutenção ..................1064 6.6.17. Condições sociais, econômicas, culturais, legislativas e institucionais da região ................1064 6.7. Bibliografia ...................................................................................................................................................1064


Capítulo 7 – Aspectos Sociais, Culturais, Institucionais e Disponibilidade de Recursos Locais 7.1. Considerações iniciais ................................................................................................................................1071 7.2. Soluções sustentáveis - projetos de ETAs ................................................................................................1072 7.2.1. Fatores de sustentabilidade ............................................................................................................1075 7.2.2. Indicadores de sustentabilidade ....................................................................................................1076 7.2.2.1. Nível de serviço e qualidade ............................................................................................1076 7.2.2.2. Uso eficiente da água .........................................................................................................1078 7.2.2.3. Administração do serviço .................................................................................................1081 7.2.2.4. Participação comunitária ..................................................................................................1082 7.2.2.5. Formação acadêmica da comunidade ...........................................................................1085 7.2.2.6. Acompanhamento e avaliação do empreendimento ...................................................1086 7.3. Transferência de tecnologia .......................................................................................................................1088 7.3.1. Organização líder .............................................................................................................................1092 7.3.2. Espaço para tomada de decisões ....................................................................................................1092 7.3.3. Análise participativa dos problemas .............................................................................................1093 7.3.4. Identificação, priorização e adoção das soluções ........................................................................1093 7.3.5. Avaliação e troca de experiências ..................................................................................................1094 7.4. Aprendizagem em equipe (governo, instituições e comunidade).......................................................1094 7.5. Localização da ETA e disponibilidade de suporte técnico, materiais e serviços .............................1096 7.5.1. Localização ........................................................................................................................................1096 7.5.2. Suporte técnico .................................................................................................................................1096 7.5.3. Materiais e serviços .........................................................................................................................1096 7.6. Seleção de tecnologias em função dos aspectos sócio-culturais, institucionais e de recursos locais ...................................................................................................................1097 7.7. Bibliografia ...................................................................................................................................................1099

Capítulo 8 – Aspectos Econômicos e Financeiros em Tecnologias de Tratamento de Água 8.1. Introdução ....................................................................................................................................................1101 8.2. Aspectos que influenciam os investimentos em ETAs ........................................................................1103 8.2.1. Localização e capacidade da ETA .................................................................................................1103 8.2.2. População ...........................................................................................................................................1105 8.2.2.1. Métodos dos componentes demográficos......................................................................1106 8.2.2.2. Métodos matemáticos .......................................................................................................1106 8.2.2.3. Método de extrapolação gráfica.......................................................................................1109 8.2.2.4. População flutuante e temporária ...................................................................................1109 8.2.2.5. Distribuição demográfica .................................................................................................1110 8.2.2.6. Projeção de populações .....................................................................................................1110 8.2.3. Consumos de água ...........................................................................................................................1111 8.2.3.1. Uso doméstico ....................................................................................................................1112 8.2.3.2. Uso comercial e industrial ................................................................................................1113 8.2.3.3. Uso público .........................................................................................................................1115 8.2.3.4. Perdas de água ....................................................................................................................1116 8.2.3.5. Consumo per capita...........................................................................................1118 8.2.3.6. Variações do consumo ......................................................................................................1118 8.2.4. Período de projeto ............................................................................................................................1118 8.2.5. Vida útil e danos ...............................................................................................................................1120 8.2.6. Horizonte de planejamento ............................................................................................................1121 8.2.7. Economia de escala ..........................................................................................................................1122 8.2.8. Taxa de retorno .................................................................................................................................1123


8.3. Investimento em ETAs ..............................................................................................................................1124 8.3.1. Investimento inicial e futuro ..........................................................................................................1126 8.3.1.1. Estudos preliminares .........................................................................................................1127 8.3.1.2. Desenvolvimento do investimento .................................................................................1127 8.3.1.3. Construção .........................................................................................................................1128 8.3.1.4. Equipamentos .....................................................................................................................1135 8.3.1.5. Uso e conservação da bacia hidrográfica ......................................................................1137 8.3.1.6. Automação da ETA ............................................................................................................1137 8.3.1.7. Capacitação de pessoal ......................................................................................................1140 8.3.2. Investimento para reposição...........................................................................................................1140 8.4. Gastos com o funcionamento das ETAs .................................................................................................1141 8.4.1. Custos de operação e de manutenção ...........................................................................................1143 8.4.1.1. Mão-de-obra .......................................................................................................................1143 8.4.1.2. Produtos químicos .............................................................................................................1145 8.4.1.3. Energia elétrica ...................................................................................................................1147 8.4.1.4. Monitoramento da qualidade da água............................................................................1163 8.4.1.5. Manutenção de equipamentos ........................................................................................1168 8.4.1.6. Perda de água na limpeza das unidades da ETA ..........................................................1171 8.4.1.7. Tratamento, aproveitamento e disposição dos resíduos das ETAs ............................1176 8.4.2. Despesas em sistemas de abastecimento de água........................................................................1179 8.5. Depreciação ..................................................................................................................................................1183 8.5.1. Método de depreciação linear ........................................................................................................1184 8.5.2. Método de depreciação exponencial .............................................................................................1184 8.5.3. Método da soma dos dígitos ...........................................................................................................1185 8.6. Amortização .................................................................................................................................................1186 8.7. Métodos de avaliação econômica de projetos ........................................................................................1187 8.7.1. Valor presente líquido (VPL) .........................................................................................................1188 8.7.2. Valor anual equivalente (VAE) .......................................................................................................1190 8.7.3. Taxa interna de retorno (TIR) ........................................................................................................1190 8.7.4. Método do Pay Back ......................................................................................................1191 8.8. Avaliação econômica de projetos e NBR 12211 (1992) ........................................................................1192 8.9. Tarifas de água no Brasil ...........................................................................................................................1193 8.10. Modelos para estimar gastos com ETAs ..............................................................................................1204 8.11. Seleção de tecnologias de tratamento de água considerando aspectos econômicos e financeiros ..................................................................................................................1217 8.12. Bibliografia ................................................................................................................................................1222

Capítulo 9 – Método para Seleção de Tecnologias de Tratamento de Água 9.1. Considerações iniciais ................................................................................................................................1225 9.2. Teoria dos sistemas ....................................................................................................................................1231 9.3. Método recomendado para seleção de tecnologias ..............................................................................1234 9.3.1. Identificação de fatores, variáveis e indicadores de seleção.......................................................1234 9.3.1.1. Institucionalização da tecnologia ...................................................................................1234 9.3.1.2. Aspectos sociais, culturais e institucionais ....................................................................1236 9.3.1.3. Recursos locais ...................................................................................................................1237 9.3.1.4. Aspectos tecnológicos ......................................................................................................1239 9.3.1.5. Aspectos ambientais .........................................................................................................1245 9.3.1.6. Aspectos econômicos .......................................................................................................1250 9.3.1.7. Aspectos financeiros .........................................................................................................1250 9.3.2. Inter-relação de fatores, variáveis e indicadores .........................................................................1251 9.4. Bibliografia ..................................................................................................................................................1253


Capítulo 10 – Modelo de Seleção de Tecnologias de Tratamento de Água para Abastecimento de Comunidades de Pequeno Porte 10.1. Introdução .................................................................................................................................................1255 10.2. Metodologia ..............................................................................................................................................1255 10.2.1. Fatores, variáveis e indicadores de seleção ..............................................................................1255 10.2.1.1. Risco presente na fonte de abastecimento ...............................................................1255 10.2.1.2. Eficiência das tecnologias ..........................................................................................1267 10.2.1.3. Tratamento, aproveitamento e disposição dos resíduos ........................................1270 10.2.1.4. Gastos dos sistemas ......................................................................................................1273 10.2.2. Inter-relação dos fatores, variáveis e indicadores para desenvolver o MCS ..................... 1278 10.3. Modelo conceitual de seleção .................................................................................................................1279 10.3.1. Fatores, variáveis e indicadores de seleção .............................................................................1281 10.3.1.1. Risco presente nas fontes de abastecimento ...........................................................1281 10.3.1.2. Risco a ser tratado nas ETAs ......................................................................................1282 10.3.1.3. Eficiência das ETAs .....................................................................................................1283 10.3.1.4. Tratamento, aproveitamento e disposição dos resíduos das ETAs .....................1286 10.3.1.5. Gastos dos sistemas ......................................................................................................1289 10.3.2. Desenvolvimento do MCS ....................................................................................................... 1346 10.4. Programa de Computador SELTECNOL ..........................................................................................1360 10.4.1. Nível 1 ...........................................................................................................................................1360 10.4.2. Nível 2 ............................................................................................................................................1360 10.5. Bibliografia ................................................................................................................................................1361

Apêndice 1 – Modelo Conceitual de Seleção – MCS 1.1. Modelo considerando fontes de abastecimento das ETAs ...................................................................1365 1.2. Modelo analisando risco e eficiência das ETAs .....................................................................................1367 1.3. Modelo segundo técnicas de tratamento, aproveitamento e disposição dos resíduos gerados nas ETAs .......................................................................................................................1373 1.4. Modelo segundo avaliação econômica dos sistemas ...........................................................................1377

Capítulo 11 – Aplicação do Modelo de Seleção de Tecnologias de Tratamento de Água 11.1. Instalação do programa “SELTECNOL” ...............................................................................................1385 11.2. Estudo de casos..........................................................................................................................................1388 11.2.1. Estudo de caso 1 ...........................................................................................................................1388 11.2.2. Estudo de caso 2 ...........................................................................................................................1423 11.2.3. Estudo de caso 3 ...........................................................................................................................1443 11.2.4. Estudo de caso 4 ...........................................................................................................................1459 11.2.5. Considerações finais ....................................................................................................................1475 11.3. Bibliografia .................................................................................................................................................1475

Anexo Figuras Coloridas................................................................................................................................................1529


Produtos Químicos Usados no Tratamento de Capítulo 5 Água e de Resíduos

5.1. Usos dos produtos químicos e principais características Muitas substâncias com características específicas, conforme Tabelas 5.1 e 5.2, podem ser utilizadas no tratamento de água com diversas finalidades, em função do tipo de água a ser tratada. Tabela 5.1. Principais substâncias usadas no tratamento de água (Di Bernardo e Dantas, 2005). Produto ou substância Ácido clorídrico e ácido sulfúrico Ácido peracético Ácido fluossilícico Amidos de mandioca, milho, araruta, etc. Amônia Cal virgem Cal hidratada (hidróxido de cálcio) Carbonato de sódio Carvão ativado pulverizado Cloreto férrico Cloro Dióxido de carbono Dióxido de cloro Fluoreto de cálcio e fluossilicato de sódio Hidróxi-cloreto de alumínio e de ferro Hipoclorito de cálcio e de sódio Ozônio Permanganato de potássio Peróxido de hidrogênio Polímeros sintéticos Soda cáustica (hidróxido de sódio) Sulfato de alumínio Sulfato de amônia Sulfato de cobre Sulfato ferroso clorado Sulfato férrico Tanato

Aplicações Ajuste de pH Oxidação Fluoração Auxílio na coagulação, floculação e filtração Formação de cloraminas Ajuste de pH e estabilização Ajuste de pH e estabilização Ajuste de pH e estabilização Remoção de gosto, odor e compostos orgânicos Coagulação Desinfecção e oxidação Recarbonatação e ajuste de pH Desinfecção e oxidação Fluoração Coagulação Desinfecção e oxidação Desinfecção e oxidação Desinfecção e oxidação Desinfecção e oxidação Auxílio na coagulação, floculação e filtração Ajuste de pH Coagulação Formação de cloraminas Controle de algas Coagulação Coagulação Coagulação


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Seleção de Tecnologias de Tratamento de Água

Tabela 5.2. Características das principais substâncias usadas no tratamento de água.

Produto ou substância

Ácido clorídrico

Ácido fluossilícico

Fórmula

Forma de aquisição

Embalagem

HCl

Líquido

Bombona de 25, 50, 60kg e carretas

H2SiF6

Líquido

30 a 35%

1,25 a 1,30

36,5

Total

20 a 30% (16 a 24% do íon fluoreto) 79% do íon fluoreto

1,25

144

Total

77 a 93%

1,17 a 1,20

98

-

99 a 100%

0,56 (gás/ar)

17

0,4kg/L (10ºC)

Saco de 25 e 50kg

99%

0,86 a 1,09

106

0,12kg/L (10ºC)

Saco de 30kg e carreta Cilindro de 68 e 900kg Cilindro de 900kg Carreta de 10 a 30t Bombona de 80kg e carreta de 10 a 30t Bombona de 60kg e carretas

90% carvão vegetal

0,3 a 0,5

-

-

99%

3,2 (gás/ar)

71

-

-

-

-

-

38 a 42%

1,46 (42%)

270,5

Total

29 a 31%

1,19 a 1,25

90,5

Total

Gerado no local

99,8%

Bombona de 50kg Carreta

Ácido sulfúrico

Amônia Carbonato de sódio (barrilha) Carvão ativado pulverizado

H2SO4

Líquido

NH3

Gás

Na2CO3 C

Sólido (pó) Sólido (pó) Gás

Cloro

Cl2

Líquido Líquido

Cloreto férrico

FeCl3 x 6H2O

Líquido

Clorito de sódio

NaClO2

Líquido

Dióxido de cloro

ClO2

Líquido

Massa específica Massa Concentração do produto molecular Solubilidade comercial comercial (g) (kg/L)

Bombona de 50 e 70kg ou carreta Cilindro de 80kg ou container de 900kg

1,52 (gás/ar) -

Sólido-pó Saco de 50kg 98,5% Fluoreto de cálcio CaF2 Fluossilicato de Na2SiF6 Sólido-pó Saco de 50kg 85 a 98% 0,9 a 1,5 sódio Hidróxido Saco de 20kg ou 62 a 74% de cálcio (cal 0,56 a 0,80 Ca(OH)2 Sólido-pó caminhão-baú de (CaO) hidratada) 10 a 20t Sólido Tambor de 50 a 98,9% 0,8 a 0,9 Hidróxido de (escama) 150kg Bombona de 60kg sódio (soda NaOH Líquido ou carreta 48 a 50% 1,4 a 1,6 cáustica) de 10 a 25t Hipoclorito de Ca(OCl)2 Sólido-pó Tambor 50 a150kg 45 a 50% (Cl2) 0,8 a 0,9 x 4 H2O cálcio Bombonas de Hipoclorito de 14% 1,20 NaOCl Líquido 60kg e carretas sódio Britado Bolsa de 900kg 80 a 90% 0,9 a 1,1 Óxido de cálcio Caminhão-baú de CaO 90 a 95% Granulado (cal virgem) 15 a 25t Ozônio -: não especificado .

O3

Gás

Gerado no local

2 a 8% (gás)

-

67,5 78 188

74

40

3,5g/L (10ºC) 7,6g/L (25ºC) 1,0 a 1,2g/L 70% (18ºC)

-

0,5kg/L

215

22% (10ºC)

74,5

Miscível

56

1,0 a 1,2g/L em Ca(OH)2 3,5g/L (25ºC)

56

48


871

Capítulo 5 – Produtos químicos usados no tratamento de água e de resíduos Tabela 5.2. Características das principais substâncias usadas no tratamento de água (continuação).

Produto ou substância

Fórmula

Forma de aquisição

Permanganato de potássio

KMnO4

Sólido

H2O2

Líquido

Peróxido de hidrogênio

Sólido (britado granulado)

Sulfato de alumínio

Al2 (SO4)3 x 14 a 18 Sólido (pó) H2O Líquido

Sulfato de amônia (NH4)2SO4 Granulado CuSO4 x Sulfato de cobre Granulado 5H2O Sulfato ferroso

Sulfato férrico

Massa específica Massa Concentração Embalagem do produto molecular comercial comercial (g) (kg/L) Saco 25 a 97 a 99% 158 50kg Bombona 25 a 60kg e 27,5 a 60% 1,10 a 1,19 34 carretas 12 a 14% Saco de Al2O3 0,6 a 1,15 50kg Saco de 50kg ou a granel Carreta de 15 a 25t Saco 50kg

7,0 a 8,5% Al2O3 20,5% N-NH3

Saco 50kg

99%

13 a 15% Al2O3

599 a 666

50g/L (20ºC)

Total

0,78kg/L (18ºC)

0,8 a 1,15

1,2 a 1,35

-

1,2 a 1,3

132

0,5kg/L

0,9 a 1,2

249,5

0,24kg/L (15ºC)

278

0,16kg/L (0ºC) 0,32kg/L(29,5ºC)

1,9 Saco de 25 a 95% (pureza) (densidade 50kg 15ºC) Fe2(SO4)3 x Granulado Saco 50kg 31,5% Fe2O3 Líquido Carreta 17% Fe2O3 1,53 a 1,60 9H2O FeSO4 x 7H2O

Solubilidade

Granulado

561

-

-

-: não especificado.

5.2. Recebimento, transferência e armazenamento As substâncias ou produtos comerciais empregados nas ETAs podem ser adquiridos em estado sólido, líquido ou gasoso. Podem estar acondicionados em pequenas unidades como: tambores ou bombonas, sacos e cilindros (apropriadas para ETAs de menor capacidade por dispensar o emprego de equipamentos sofisticados para transferência, armazenamento e uso) ou por meio de caminhão-tanque (para ETAs de maior capacidade). Nesse último caso, a transferência de produtos comerciais líquidos (como sulfato de alumínio, cloreto férrico, hidróxi-cloreto de alumínio, sulfato férrico, hipoclorito de sódio, hidróxido de sódio, ácido fluossilícico, ácido sulfúrico, ácido clorídrico, etc) aos tanques de armazenamento é geralmente realizada por meio de bombas especiais, resistentes quimicamente ao produto. Para produtos granulados ou pulverizados fornecidos em caminhão-baú (como cal hidratada, cal virgem, carvão ativado pulverizado, entre outros), é comum a utilização de compressores para o transporte pneumático do produto aos silos e tanques de armazenamento, em ETAs de maior capacidade. Sempre que forem usados compressores para transporte pneumático de produtos pulverizados, deve ser prevista a instalação de desumidificadores. Dependendo da capacidade da ETA, faz-se necessária a instalação de balanças para verificação e controle da quantidade de produto sólido ou ainda, para possibilitar o monitoramento do consumo, como no caso de cloro gasoso. Produtos secos e ensacados (sulfato de alumínio granulado, cal hidratada, fluossilicato de sódio, carvão ativado pulverizado, permanganato de potássio, etc) podem ser descarregados manualmente ou por meio de guinchos, talhas manuais ou elétricas e, depois, transferidos para a área de armazenamento através de empilhadeiras mecanizadas, esteiras rolantes ou manualmente. A transferência de tais produtos na direção vertical é, usualmente, feita com o auxílio de monta-carga.


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Seleção de Tecnologias de Tratamento de Água

Além do transporte pneumático, os produtos secos, transportados e armazenados a granel, podem ser descarregados e transferidos por meio de equipamentos com canecas (quando a distância vertical é significativa) e com esteiras rolantes ou roscas sem fim (quando for pequena a distância vertical). A Figura 5.1 mostra ilustrações de carros transportadores de produtos em sacos ou tambores, movidos manualmente, com capacidade de carga de 50 a 1200kg, além da empilhadeira mecânica. A Figura 5.2 apresenta a foto de um monta-carga para movimentação vertical de produtos químicos. Nas Figuras 5.3 a 5.10 são mostrados silos e tanques para acondicionamento e armazenamento de produtos químicos, junto com diversos dispositivos comumente empregados para recebimento, transferência e armazenamento.

Figura 5.1. Esquemas de carros transportadores manuais e mecanizados de produtos ensacados e em tambores.

Figura 5.2. Foto de monta-carga.


Capítulo 5 – Produtos químicos usados no tratamento de água e de resíduos

Guincho e monovia

Estocagem de produtos químicos

Empilhadeiras

Figura 5.3. Fotos ilustrando guincho, monovia (para descarga de bolsas de cal virgem britada) e empilhadeiras para transporte.

Cal hidratada

Carvão ativado pulverizado

Figura 5.4. Fotos ilustrando o armazenamento de sacos de cal hidratada e de carvão ativado pulverizado.

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Seleção de Tecnologias de Tratamento de Água

Compressores e desumidificador

Desumidificador

Silo de armazenamento

Silos de armazenamento

Sistema de retenção de pó na parte superior do silo e vibrador na parte inferior

Figura 5.5. Fotos ilustrando compressor para transporte pneumático, desumidificador e silos de armazenamento de cal virgem pulverizada.


Capítulo 5 – Produtos químicos usados no tratamento de água e de resíduos

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Silo de armazenamento

Transferência de cal do silo para o tanque de preparação da suspensão

Entrada de ar na parte inferior do silo para agitação

Compressor para transporte pneumático do caminhão para o silo

Figura 5.6. Fotos ilustrando compressor para transporte pneumático e silos de armazenamento de cal hidratada.


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Seleção de Tecnologias de Tratamento de Água

Figura 5.7. Fotos ilustrando bombas de transferência de produtos em estado líquido e tanques de armazenamento (sulfato de alumínio, sulfato férrico, cloreto férrico e sulfato ferroso clorado).


Capítulo 5 – Produtos químicos usados no tratamento de água e de resíduos

Figura 5.8. Fotos ilustrando tanques de armazenamento de ácido fluossilícico.

Hipoclorito de sódio

Clorito de sódio

Hipoclorito de sódio

Ácido clorídrico

Figura 5.9. Fotos ilustrando tanques de armazenamento de hipoclorito de sódio, clorito de sódio e ácido clorídrico.

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Seleção de Tecnologias de Tratamento de Água

Carretas e tanques estacionários de cloro (retirada de cloro na forma líquida)

Carretas

Monovia com talha elétrica

Cilindros de 900kg sobre balança

Cilindros de cloro de 900kg (retirada de cloro na forma gasosa)

Cilindros de cloro de 68kg (retirada de cloro na forma gasosa)

Lavadores de gases

Figura 5.10. Fotos ilustrando carretas, tanques estacionários, cilindros de cloro e lavadores de gases.


Capítulo 5 – Produtos químicos usados no tratamento de água e de resíduos

879

O armazenamento de produtos químicos e de outras substâncias deve ser feito em função da forma como são fornecidos. As principais recomendações de caráter geral e aquelas preconizadas pela NBR 12216 (1992) são: • A circulação interna da área de armazenamento deve ser planejada de modo a evitar passagens obrigatórias por recintos que devam ser resguardados; • O alojamento de pessoal, mesmo que temporário, não deve ser construído junto à área de armazenamento; • O piso das áreas de armazenamento deve, preferencialmente, situar-se a 1m acima da cota da área de estacionamento das unidades transportadoras, prevendo-se, também, uma plataforma, com largura da ordem de 1,5m, destinada ao recebimento dos produtos; • A área específica de armazenamento deve possuir porta de correr ou de abertura para o exterior, com largura mínima de 1,2m; • A área de depósito deve permitir o livre acesso entre pilhas de sacarias, com ventilação conveniente, para evitar excesso de umidade; • O armazenamento de produtos ensacados pode ser efetuado em pilhas com altura máxima de 1,8m, se a operação for manual e de 3,0m se for usada empilhadeira mecânica (Figura 5.11); • Os depósitos situados externamente à casa de química devem permitir a transferência do produto, mesmo no período chuvoso, sem prejuízo dele; • Os locais para preparo dos produtos dosados por via úmida devem situar-se próximos aos seus depósitos; • Os dosadores de produtos químicos com a mesma função devem situar-se na mesma área; • Os dosadores de cloro devem ser instalados em recintos próprios; • Os dosadores devem ser instalados de modo a permitir a realização de trabalhos de manutenção, sem que para isso seja necessário mover o equipamento; • O uso de estrado de madeira com altura de, pelo menos 0,1m de altura, deve ser previsto no caso de estoque de produtos ensacados. • O armazenamento de produtos, em estado líquido, deve ser efetuado em tanques especiais, dispostos de forma a assegurar a retenção de vazamentos, também, devem possuir indicador de nível e dispositivo de entrada e saída de ar; • O transporte de produtos, provenientes de depósitos localizados externamente às áreas de dosagem e de preparação de soluções e de suspensões, deve ser assegurado, de forma a ser realizado, em qualquer época do ano, sem prejuízo dos mesmos; • As áreas de armazenamento de todos os produtos químicos, deverão ser estimadas para um período de atendimento mínimo de 10d para o máximo consumo previsto nas estações com capacidade superior a 10000m3/d; nas estações de menor capacidade é recomendável um período mais longo, da ordem de 30d. Em estações situadas em locais distantes dos centros produtores, o armazenamento deve levar em conta as dificuldades para compra e transporte do produto; • A área de armazenamento de produtos inflamáveis em sacos, como carvão ativado pulverizado, deve possuir paredes e portas contra fogo e rede de chuveiros automáticos localizados acima das pilhas; e • Os produtos químicos usados na preparação de dióxido de cloro (clorito de sódio, ácido clorídrico, clorato de sódio e ácido sulfúrico) devem estar localizados distantes, providos de tanques de contenção e, preferencialmente, separados pela sala de geradores.


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Luiz Di Bernardo, Lyda Patricia Sabogal Paz