CAPÍTULO VIII

NOÇÕES SOBRE TRATAMENTO DE ÁGUA (03/13)


VIII.5.  Sedimentação com coagulação química

As águas para abastecimento público, notadamente as procedentes de mananciais superficiais, necessitam na sua transformação em água potável, passarem por um processo de sedimentação precedido de coagulação química, tendo en vista que as águas com cor e turbidez elevadas, características especialmente de águas no período chuvoso, exigem esse tipo de tratamento químico, seguido de filtração rápida e a indispensável desinfecção. Na literatura técnica de saneamento público de água esse tratamento é dito convencional. Assim uma estação convencional de tratamento de água compreende as seguintes unidades: mistura rápida, floculação, decantação, filtração e desinfecção.

Instalações que envolvem o tratamento químico exigem bons operadores, bem treinados e bem remunerados. A preparação e aplicação de reagentes químicos, com a otimização de dosagens, requerem habilidade e dedicação. Para desenvolvimento da etapa do tratamento convencional são necessários os seguintes órgãos constituintes: casa de química, câmara de mistura rápida, câmara de floculação e decantador.

O emprego da coagulação química promove redução de turbidez, colóides, bactérias, cor, ferro, ferro e manganês oxidados e alguma dureza. Os coagulantes mais empregado são sulfato de alumínio e sais de ferro, especialmente no Brasil o sulfato de alumínio por ser o de menor custo.

VIII.5. 1. Mistura rápida ou Coagulação

A mistura rápida tem a finalidade de dispersar os coagulantes rápida e uniformemente na massa líquida, de tal maneira que cada litro de água a tratar receba aproximadamente a mesma quantidade de reagente no menor tempo possível, já que o coagulante se hidrolisa e começa a se polimerizar em fração de segundo após o seu lançamento na água. Essa dispersão pode ser feita por meios hidráulicos ou mecânicos, sob um gradiente de velocidade da ordem de 700 a 2000s-1, mais comumente 1500s-1. Essa mistura tem de ser desenvolvida no menor espaço de tempo possível de modo a não possibilitar a reação dos ions coagulantes com as OH- pressentes na água e, assim, não se atingir o objetivo. A prática moderna recomenda o tempo de dispersão igual a um segundo, ou menos, tolerando-se o máximo de cinco segundos. Por isso mesmo, assume grande importância a escolha do ponto de aplicação do coagulante em relação àquele onde se promove a agitação da água.

Em princípio, qualquer dispositivo capaz de provocar intensa agitação, isto é, turbulência na água, mecanizado ou não, pode ser utilizado para a mistura rápida, como bombas, ressaltos hidráulicos, agitadores mecânicos, vertedores etc.

VIII.5. 1.1. Misturador hidráulico

No caso dos misturadores hidráulicos, o mais adequado é o empregos de um ressalto hidráulico de grande turbulência. Em geral o dispositivo empregado é uma uma calha Parshall* com características adequadas. Além promover a mistura em um tempo adequado também possibilita o medição da vazão (Figura VIII.6). Nessas figuras percebe-se que o coagulante em solução com água, é despejado na corrente de água através de uma canaleta vazada com vários furos (tubo verde no detalhe à direita) e logo a seguir ocorre a dispersão hidráulica na turbulenta passagem para o regime de escoamento subcrítico. Ou seja, um ressalto hidráulico de grande turbulência, provocado na saída da calha Parshal, promove condições adequadas para a dispersão homogênia e rápida do coagulante. 
 

Figura VIII. 6 - A esquerda foto de uma Calha Parshal em operação como misturador rápido. 
ETA Gravatá, CAGEPA, Sistema Boqueirão-Campina Grande

O lançamento do coagulante ocorre em condições adequadas de pH e na dosagem determinada em laboratório. Geralmente usa-se o lançamento de solução aquosa de cal para regular esse pH, considerando-se também o coagulante reduz o pH e que fora da faixa determinada ele perde eficiência. Assim a solução reguladora deve ser lançada a montante da dosagem do coagulante como mostrado na Figura VIII.7. Observe-se a posição dos canos que trazem as soluções dos reservatórios na casa de química, em relação as canaletas de distribuição.

Figura VIII.7  - Dosador de cal e de coagulante em calha parshall

VIII.5. 1.1. Misturador mecânico

Nas câmaras mecanizadas, a água que nelas se escoa é intensamente agitada por meio de hélices, turbinas, rotores ou palhetas giratórias e essas câmaras são geralmente de seção horizontal  Os misturadores mecânicos modernos, em geral são do tipo de turbina e pouco comuns no Brasil. No caso de agitação mecânica, Camp estabeleceu a seguinte fórmula para determinação do gradiente de velocidade:

G = 827 (P / T )1/2

sendo P a potência em HP introduzida no líquido por mil metros cúbicos por dia, e T o período de detenção em minutos.

Misturadores Tipo Turbina

Segundo normas da ABNT os agitadores mecanizados devem obedecer às seguintes condições:

  • a potência deve ser estabelecida em função do gradiente de velocidade;
  • períodos de detenção inferiores a 2 s exigem que o puxo incida diretamente sobre as pás do agitador;
  • o produto químico a ser disperso deve ser introduzido logo abaixo da turbina ou hélice do agitador.
Evidentemente cada misturador tipo turbina, por suas características físicas, tem comportamento hidráulico peculiar.

Relações geométricas do reator de turbina mostrado na figura ao lado:

  • 2,7 < L/D < 3,3;
  • 2,7 < H/D < 3,9;
  • 0,75 < h/D < 1,3;
  • B = D/4;
  • b = D/5;
  • x / D = 0,10.
O número de Reynolds dessas turbinas é calculado através da expressão: Re = ( N. r . D2 ) / m
onde:
N= número de rotações por segundo da turbina;
r= massa cspecílica da água (102 kgf • m" • s");
D = diâmetro da turbina, em melros;
m = viscosidade absoluta da água (a 20°C = 10-4 kgf/m2.s).

Sabendo-se que G = ( P / m.V)1/2, então

G = 4,86 . 10-2( N3 . D5/ m.V)1/2
 
Expressão que permite calcular o valor do gradiente de velocidade correspondente as esse tipo de turbina.
 

* Ralph Leroy Parshall (1881-1960). Engenheiro americano, professor da Colorado State University, localizada em Fort Collins, que inventou (1922-1925), com base nos estudos de Venturi, um revolucionário medidor de vazões no campo da irrigação, que passou a ser denominado de Calha Parshall. Como estudante foi um dos diplomados distintos da Faculdade e desfrutou de uma longa e prestigiosa carreira em irrigação, trabalhando em Forte Collins, especialmente depois de desenvolveu a sua Calha. Este medidor foi desenvolvido para o United States Bureau of Reclamation, e teve publicadas suas dimensões padronizadas, pela primeira vez, pelo Bureau of Reclamation do U.S. Department of the Interior, no Water Measurement Manual. O sucesso de seu invento aumentou sua bolsa de estudos, enquanto era professor no Colorado Agricultural and Mechanical College. Hoje é largamente empregada em todo o mundo, além de medidor de descargas industriais e de vazões de água de irrigação, também como medidor de vazões e efetivo misturador de soluções químicas nas estações de tratamento de água.