Fundamentos de Qualidade e Tratamento de Água

486 Pages·2010·43.665 MB·Portuguese

by  Marcelo Libânio

câíl Editora
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(Câmara Brasileira do Livro, SP, Brasil)
Libânio, Marcelo
Fundamentos de qualidade e tratamento de água/
Marcelo Libânio. - - Campinas, SP: Editora Átomo, 2010.
3a Edição
Bibliografia
1. Água 2. Água - Estação de
tratamento - Equipamento e acessórios 3. Águas
naturais - Purificação 4. Água - Controle de
qualidade I. Título.
05-6323 CDD-628.1
índices para Catálogo Sistemático
1. Água: Tratamento: Controle de qualidade:
Tecnologia: Engenharia sanitária 628.1
ISBN 978-85-7670-165-1
Todos os direitos reservados à
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Impresso no Brasil
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Átomo
CONSELHO EDITORIAL
Área | Química
Aécio Pereira Chagas
Universidade Estadual de Campinas - UNICAMP
Célio Pasquini
Universidade Estadual de Campinas - UNICAMP
Flávio Leite
T & E Analítica
Mário Sérgio Galhiane
Universidade Estadual Paulista - UNESP
Pedro Faria
Universidade Estadual de Campinas - UNICAMP
Ricardo Ferreira
Universidade Federal de Pernambuco - UFPE
Robson Fernandes de Farias
Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN
Ao meu querido tio (Rubens LiSânio, que desempenha há tanto tempo
e com tanto desvefo um papeíque taívez não Che couBesse.
A Leonardo Rarma e (Bernardo Macedo, amigos exemplares!,
peta ventura de uma convivência já tocada pehos anos.
A Ana Rereza e Mariana. IncondicionaCmente.
Não há como deixar de reconhecer a importância das diversas pesquisas desenvolvidas
sob a chancela de órgãos como Fundunesp, Fapemig, Finep, Capes e CNPq, cujos
principais resultados foram, com êxito variável, transpostos para as páginas deste livro. Da
mesma forma, o papel dos diversos alunos de graduação e pós com os quais tenho tido a
satisfação de trabalhar. Destes, em especial, Maria de Lourdes Fernandes Neto e Vanessa
Cristina Lopes. A primeira pela leitura aguda dos capítulos relacionados à qualidade de
água, a segunda pelas diversas figuras que se espraiam pelas páginas do livro. A ambas
pela atenção e delicadeza.
Por fim, agradecimento especial aos colegas do Departamento de Engenharia Hidráulica
e Recursos Hídricos da UFMG pelo constante apoio e acolhimento ao longo de mais de
uma década de convívio tão profícuo quanto prazeroso.
[...] Tudo o que quiserem, porque a terra que andamos puxados pelos pés,
querendo deitar raízes, homens-árvore como no mito de Dafne, é a das serras
em forma das chaminés, lanças, seios, anátemas, agulhas, manoplas, ereções,
castelos, torreões, navios - azuladas pela manhã, quando emergem do mar
de bruma dos vaiados, refulgentes ao sol do meio-dia e recortando-se sobre
os tons de cobre, ouro e púrpura do entre dia-e-noite. Serras, serras, picos...
Curral, Piedade, Rol a-Moça, Caraça, Itacolomi, Vertentes, Mantiqueira. Serras
de cujas encostas descem os rios que vão ao São Francisco e Paraíba para
soltar no Atlântico o nosso sangue mineral. Rios encachoeirados, rápidos
ou lentos, turvos ou claros, limosos, vermelhos, lamacentos, verdes, cheios
de ferrugem e de ouro em pó. Rios, rios, ribeirões... Sapucaí, Paraopeba,
Arrudas, Santa Bárbara, Carmo, .Grande, Rio das Velhas, Rio das Mortes...
Rios que levam até o mar o sabor de Belo Horizonte, Caeté, Sabará, Ouro
Preto, Mariana, Congonhas do Campo, Santa Bárbara do Mato Dentro. Rios
que pela vida subterrânea dos lençóis d’água drenam do solo das igrejas e da
terra dos cemitérios a substância calcária de meus parentes - porque deles há
sempre um esqueleto em cada cripta ou cada campo santo - contido naquele
círculo que começa e acaba em Queluz, tendo Rio Acima como centro do seu
raio. Essas áreas não posso chamar de pátria, porque não as amo civicamente.
O meu sentimento é mais inevitável, mais profundo e mais alto porque vem
da inseparabilidade, do entranhamento, da unidade e da consubstanciação.
Sobretudo, da poesia... Assim, onde é que já se viu um pouco d'água amar o
resto da água? Se tudo é água...
Pedro Nava - Baú de Ossos
Sumár ri•o
Apresentação à 3a Edição.......................................................................................................13
Introdução.............................. 15
Conceito e histórico.............................................................................................. 15
Disponibilidade hídrica............. ...........16
Propriedades das águas naturais......................................................................................19
Características das Aguas Naturais.................................................... 25
Características físicas............................ 25
Características químicas.......................................................................................... 42
Características biológicas...............................................................................................63
Características radioativas............................................................................ 78
índices de Qualidade de Agua.................................................................................................79
Metodologia Delphi..................................................................................................• -.......80
índice de qualidade de água..............................................................................................80
índice de qualidade de água bruta....................................................................................84
A Evolução dos Padrões de Potabilidade................................................................................91
Histórico.......................... 91
Evolução dos padrões de potabilidade americanos.........................................................92
Evolução dos padrões de potabilidade nacionais.......................... 93
Tendências ...................................... .....98
CvüíAuv 33
Poluição e Contaminação de Mananciais............................................................... .......107
Conceito............................. 107
Tipos de captação e seus efeitos sobre a qualidade de água.......................................-111
Alterações nas características das águas superficiais................................. H6
Alterações nas características das águas subterrâneas..................................................123
Proteção de mananciais.....................................................................................••••••.......129
Tecnologias de Tratamento ........................................................... .135
Fatores intervenientes na definição da tecnologia de tratamento. .135
Tecnologias de tratamento............................................................ .146
Coagulação............................................................................................. .153
Histórico e conceito....................................................................... .153
Mecanismos de coagulação........................................................... .157
Fatores intervenientes na coagulação............................................ .162
Unidades de mistura rápida.......................................................... .196
Floculação.............................................................................................. .209
Considerações iniciais.................................................................... .209
Mecanismos de transporte e intervenientes na floculação.......... .211
Mecanismos de agregação e ruptura dos flocos............................ .216
Fatores intervenientes na floculação............................................. .221
Tipos de unidades de floculação..................................................... .237
TTo 7v
Decantação............................................................................................. .257
Conceito e histórico......................................................................... .257
Distribuição de água floculada........................................................ .258
Sedimentação de partículas discretas............................................ .262
Sedimentação de partículas floculentas......................................... .269
Tipos de unidades de decantação................................................... .270
Resíduos gerados nas unidades de decantação.............................. .302
Cm? tule. Vj
Filtração .................................................................................................. .309
Conceito e histórico......................................................................... .309
Mecanismos intervenientes na filtração......................................... .311
' Meio filtrante..................................................................................... .318
Tipos de filtros empregados no tratamento de água..................... .332
Sistemas de drenagem, camada-suporte e calhas de coleta......... .359
Aspectos operacionais dos filtros rápidos...................................... .365
Sistemas de controle de filtros......................................................... .378
Adequação e Otimização de Estações.................................................. .385
Introdução.......................................................................................... .385
Diagramas de coagulação................................................................ .387
Ensaios de tratabilidade para estações existentes......................... .391
Ensaios de tratabilidade para estações por construir..................... .401
Procedimentos para realização dos ensaios em reatores estáticos .406
Avaliação do desempenho das unidades filtrantes........................ .408
Filtração em Membrana.........................................................................................................411
Introdução...........................................................................................................................411
Histórico............................................................................................ 413
Aplicação e tipos de membranas.................... 414
Custos dos sistemas de filtração em membrana........................................... 417
Eficiência da tecnologia de filtração em membranas.......................................... 419
Capitulo 13
Desinfecção..............................................................................................................................421
Conceito e histórico..........................................................................................................421
Processos e mecanismos de desinfecção................ 423
Fatores intervenientes na eficiência da desinfecção......................................................424
Desinfecção com compostos de cloro............... 427
Desinfetantes alternativos ao cloro........................ 436
Fluoretação.............. 445
Conceito......................... 445
Histórico.................................................. 445
Atuação preventiva do flúor.............................................................................................447
Fluoretação no Brasil................................. 449
Compostos de flúor................................................................................................ 450
Aplicação do flúor.............................................................................................................451
Custo da fluoretação..........................................................................................................453
Corrosividade e Agressividade..............................................................................................455
Aloísio de Araújo Prince
Introdução...........................................................................................................................455
Relevância..........................................................................................................................456
Corrosão metálica..............................................................................................................457
Agressão a concreto..........................................................................................................465
Métodos de combate à corrosão.......................................... 466
Condicionamento químico...............................................................................................469
Teste para Determinar o Estágio de Saturação
de Carbonato de Cálcio de uma Água (Teste de Mármore)................................................477
Referências..................................... 479
Apresentação à 3a Edição
É difícil precisar quando a motivação para escrever este livro manifestou-se pela primeira vez.
Talvez tenha surgido de forma ainda tênue quando ministrei, em nível de graduação na Pontifícia
Universidade Católica de Minas Gerais, disciplina relacionada ao tema no final da década de 1980.
Alguns anos depois o mesmo se deu na Universidade Estadual Paulista (Faculdade de Engenharia
de Ilha Solteira). A partir de 1994, passei a ministrá-la com maior frequência no contexto do curso
de Especialização em Engenharia Sanitária e pouco depois, de forma perene, no bojo do Programa
de Pós-graduação em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos da UFMG. Tive também
oportunidade de ministrar diversos cursos de curta duração em vários estados do Brasil, experiência
que ajudou a consolidar o desejo de produzir uma obra que contribuísse para disseminação dos
conceitos relacionados a tão importante tema.
O discreto êxito das duas edições anteriores motivou-me, nesta 3a edição, a ampliar o espectro
de abrangência da obra. Assim, como resultado de pesquisas que tive a satisfação de coordenar nos
últimos anos, foram inseridos dois capítulos versando sobre indicadores de qualidade de água e filtração
em membrana como emergente tecnologia de tratamento. Os demais capítulos expandidos centram-se
nos aspectos fundamentais relacionados às características das águas naturais, enfatizando também a
poluição de mananciais passíveis de serem empregados para abastecimento. Os principais processos
e operações unitárias intrínsecos às tecnologias de tratamento mais extensivamente utilizadas ou que
cujas características favoreçam seu emprego no País são abordados nos capítulos subsequentes. Destes,
apenas a flotação por ar dissolvido não foi contemplada, de uso restrito ainda no País, embora em
algumas estações na Região Sudeste esta operação unitária faça-se presente com resultados variáveis.
Cabe destacar que o Capítulo 15 foi elaborado pelo engenheiro Aloísio Prince e os capítulos
9 e 12 contaram, respectivamente, com a colaboração dos engenheiros Nelson Guimarães e Alisson
Bragança. O livro destina-se a profissionais e estudantes (em nível de graduação e pós), apresentando
os fundamentos teóricos das etapas do tratamento e diversos exemplos de cálculo. Cálculos adicionais
dos parâmetros hidráulicos inerentes às tecnologias de potabilização podem ser realizados por meio de
software disponível no endereço www. ehr.ufmg.br.
Por fim, resolvi incluir no início de cada capítulo verbetes hídrico-literários, incomuns em obra
que mais das ciências exatas se aproxima, e que talvez - também pela significativa presença do maior
ícone das nossas letras - possam se constituir deste texto a sua melhor parte.