Apresentação do PowerPoint
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Universidade Federal do Paraná Engenharia Ambiental Saneamento Ambiental I Aula 16 – Desinfecção e Fluoretação Profª Heloise G. Knapik 1 Conteúdo – Módulo 2 • Parâmetros de qualidade de água - Potabilização • Coagulação e Floculação • Sedimentação e Decantação • Flotação • Filtração • Desinfecção e Fluoretação • Reuso de água 2 Etapas Tratamento Convencional de Água Agente oxidante Manancial CAP (Carvão ativado em pó) Coagulante Alcalinizante Agente oxidante Coagulação Floculação Flotação Polímero Sedimentação Polímero / Agente oxidante Filtração Desinfecção Agente oxidante Fluoretação Flúor Alcalinizante Correção de pH Água final Desinfecção - Objetivos Eliminar, de modo econômico, os microrganismos patogênicos presentes na fase líquida. • Caráter corretivo: • Eliminação de organismos patogênicos (bactérias, protozoários, vírus) • Caráter preventivo: • Manter um residual para casos de eventual contaminação na rede de distribuição 4 Agentes desinfetantes Agentes físicos • Temperatura • Radiação • Filtração Agentes químicos • Fenóis • Álcoois • Halogênios • Metais pesados • Ácidos e bases 5 Principais características de agentes desinfetantes Destruírem, em tempo razoável, os organismos patogênicos Solubilidade e Estabilidade Não serem tóxicos ao ser humano e animais Não causarem odor e sabor na água nas dosagens usuais Ausência de combinação com material orgânico estranho 6 Principais características de agentes desinfetantes Apresentar toxicidade para os microrganismos em temperatura ambiente Ausência de poderes corrosivos e tintoriais Disponibilidade e custo acessível Produzirem residual persistente na água Terem a sua concentração na água determinada de forma rápida e precisa por meio de método simples 7 Principais agentes desinfetantes usados em ETAs Cloro (Cloro gasoso, Hipoclorito de Sódio e Hipoclorito de cálcio) Cloraminas (Cloro + Amônia) Dióxido de cloro Ozônio Radiação Ultra-Violeta 8 Modo de ação dos agentes desinfetantes Destruição da estrutura celular Alteração da permeabilidade celular Inibição do metabolismo com inativação de enzimas Alterações das moléculas de proteínas e de ácidos nucléicos 9 Eficácia do processo de desinfecção Tempo de contato com a água Dosagem Tipo de agente químico Intensidade e natureza do agente físico usado como desinfetante Tipo de organismos 10 Eficácia do processo de desinfecção Necessidade de determinação em laboratório do tipo de organismos e da qualidade da água bruta (potencial para formação de subprodutos e riscos sanitários) Avaliação do processo: • Monitoramento da concentração de microrganismos patogênicos • Monitoramento da concentração de microrganismos indicadores 11 Microrganismos indicadores Coliformes totais Coliformes fecais ou termotolerantes Contagem de bactérias heterotróficas 12 Padrão microbiológico para tratamento de água Parâmetro Valor Mais Provável Água para consumo humano Coliformes termotolerantes Ausência em 100 ml Água na saída do tratamento Coliformes totais Ausência em 100 ml Água tratada no sistema de distribuição (Reservatórios e Rede) Coliformes termotolerantes Ausência em 100 ml Sistemas que analisam 40 ou mais amostras por mês: Ausência em 100 ml em 95% das amostras Coliformes totais examinadas no mês Sistemas que analisam menos de 40 amostras por mês: Apenas uma amostra poderá apresentar mensalmente resultado positivo em 100 ml 13 Aplicação de cloro - funções • • • • • • • Oxidação de compostos inorgânicos (Fe+2 e Mn+2) Desinfecção Remoção de cor real Controle de gosto e odor em águas de abastecimento Oxidação de compostos orgânicos sintéticos Auxiliar do processo de coagulação e floculação Controle microbiológico das unidades componentes das ETAs 14 Desinfecção por cloro Vantagens: • É facilmente disponível como gás, líquido ou sólido (hipoclorito) • É economicamente viável • Facilidade de aplicação devido à elevada solubilidade • Deixa residual em solução, de concentração facilmente determinável, protegendo o sistema de distribuição • É capaz de destruir a maioria dos microrganismos patogênicos 15 Desinfecção por cloro Desvantagens: • É um gás venenoso e corrosivo • Reque cuidado no manejo • Pode estar relacionado ao desenvolvimento de sabor e odor na presença de fenóis • A cloração de águas contendo matéria orgânica natural (MON) favorece a formação de trihalometanos (THMs) e outros subprodutos da desinfecção. 16 Aplicação de cloro – dosagens típicas Aplicação Dosagem típica pH ótimo Efetividade 7,0 Tempo de Reação < 1,0 hora Oxidação de ferro Oxidação de manganês 0,62 mg/mg Fe 0,77 mg/mg Mn 7,5 a 8,5 9,5 1 a 3 horas Minutos Controle de 1 mg/l a 2 mg/l biofilmes Controle de Variável gosto e odor Remoção de cor Variável 6,0 a 8,0 6,0 a 8,0 Não Disponível Variável Razoável, função do pH Bom 4,0 a 7,0 Minutos Bom Variável Bom 17 Aplicação de cloro - métodos Cloro gasoso (Líquido – Gás) Hipoclorito de sódio (Solução líquida) Hipoclorito de cálcio (Sólido) 18 Capacidade de uma instalação de cloração A capacidade de uma instalação de cloração é definida pela vazão máxima de água a ser tratada e das dosagens de cloro requerido para a desinfecção Pode ser calculada por: Q D C 1000 em que: C = capacidade (kg/dia) Q = Vazão máxima da estação (m³/dia) D = dosagem máxima esperada de cloro (mg/L) 19 Subprodutos da cloração • THM → descoberto em 1970: motivou a busca por desinfetantes alternativos • Halocetonitrilas • Halocetonas • Ácidos haloacéticos • Clorofenóis Potencialmente prejudiciais à saúde pública 20 Tratamento de água para remoção de THMs Processos mais utilizados: • Aeração • Carvão ativado em pó • Remoção dos compostos precursores (MON) antes da reação com cloro 21 Métodos de cloração: A desinfecção pode ser realizada por um dos três métodos: • Cloração simples • Cloração ao “break-point” (oxidação tanto da matéria orgânica quanto das cloraminas formadas) • Amônia-cloração Portaria 2914: Assegurar que a água fornecida contenha um teor mínimo de cloro residual livre de 0,2 mg/L ou 2 mg/L de cloro residual combinado ou 0,2 mg/L de dióxido de cloro (reservatório e rede) 22 Métodos de cloração: Cloração simples: • Uso mais generalizado • Não há preocupação de satisfazer a demanda de cloro na água; • Em águas não muito poluída: após 20 minutos de contato o cloro residual livre situa-se entre 0,1 e 0,2 mg/L 23 Métodos de cloração: Cloração ao break-point: • Utilizado em casos de águas muito poluídas, nas quais a cloração simples seria ineficaz, uma vez que o cloro residual seria rapidamente consumido. • Reações entre cloro dosado e nitrogênio amoniacal presente depende do pH, temperatura e tempo de reação 24 Desinfecção por cloraminas • Pré-cloração + aplicação de um sal de amônia ou solução de amônia: reação entre cloro e amônia resulta nas cloraminas • Dependendo do pH, cloro e nitrogênio, podem ser formadas monocloraminas (NH2Cl), dicloraminas (NHCl2) ou tricloraminas (NCl3) • Dicloramina tem maior poder que a monocloramina. A Tricloramina não tem poder desinfetante. • Menor poder de desinfecção que o cloro livre, mas minimizam a formação de compostos organoclorados 25 Desinfecção por cloraminas Vantagens: • São menos reativas com a matéria orgânica do que o cloro (minimiza a formação de trihalometanos e ácidos haloacéticos) • São de fácil obtenção e baixo custo • Minimizam o surgimento de problemas de gosto e odor 26 Desinfecção por cloraminas Desvantagens: • Têm menor poder de desinfecção que o cloro, ozônio e o dióxido de cloro • Tempo de contato para controle bacteriológico deve ser muito longo • Não oxidam ferro, manganês e sulfitos • Devem ser produzidas “in situ” (adição sequencial ou simultânea de cloro e amônia) 27 Desinfecção por dióxido de cloro Vantagens: • Possui maior estabilidade em soluções aquosas • Hidrolisa compostos fenólicos (diminuindo a possibilidade de sabores e odores) • Reage em menor intensidade com a matéria orgânica 28 Desinfecção por dióxido de cloro Desvantagens: • Produz subprodutos, como cloritos e cloratos, cujos padrões de potabilidade brasileiros são 0,2 mg/L • Altos custos do monitoramento de cloritos e cloratos • A luz solar decompõe o dióxido de cloro • Pode produzir odores repulsivos em alguns sistemas 29 Desinfecção por Ozônio • O ozônio é uma forma alotrópica do oxigênio, onde 3 átomos de elemento oxigênio combinam-se formando o O3 • Utilizado inicialmente na Holanda em 1893 • Pouco usado no Brasil • Dosagens usuais: 0,3 a 2,0 mg/L 30 Desinfecção por Ozônio Aspectos gerais: • Composto instável: produzido no local (descargas elétricas na presença de O2) • Muito volátil: decompõe com rapidez • É um poderoso oxidante, apresentando ação desinfetante mais intensa e mais rápida do que o cloro • Redutor de odor, gosto, ferro e manganês • Destrói fenóis, detergentes e pigmentos coloridos • Amplamente utilizado na Europa 31 Desinfecção por Ozônio Vantagens: • Redução de odor, gosto e cor • Poderoso oxidante (atuação rápida sobre a matéria orgânica) • Ação desinfetante para uma ampla gama de pH • Ação bactericida 300 a 3000 vezes mais rápida do que a do cloro, para o mesmo tempo de contato • Superdosagem não acarreta perigo • Tem rápida ação desinfetante (5 a 10 minutos são suficientes) 32 Desinfecção por Ozônio Desvantagens: • Não tem ação residual (não atua na desinfecção na rede de distribuição de água) • Gasto com energia elétrica de 10 a 15 vezes maior que o gasto com cloro • É um gás venenoso na atmosfera, o que exige mão de obra especializada para a sua manipulação. 33 Desinfecção por radiação Ultra-violeta Aspectos gerais: • Comprimentos mais efetivos para desinfecção: entre 200 e 300 nm (radiações UVB e UVC) • Luz ultravioleta: produzida por lâmpadas de vapores de mercúrio com bulbo de quartzo • Também é eficiente na desinfecção de esgotos sanitários • Descoberta em 1877 Desinfecção por radiação Ultra-violeta Mecanismo de inativação dos microrganismos: • Ocorre quando a radiação UV penetra a parece celular e é absorvida pelos ácidos nucléicos e, em menor extensão, pelas proteínas e outras moléculas biologicamente importantes • Com a destruição do DNA não há a possibilidade de reprodução dos microrganismos (ocorre, no entanto, processos de reativação) 35 Desinfecção por radiação Ultra-violeta Vantagens: • Não se introduz material na água, portanto, suas características físico-químicas não se alteram • Período de contato ou tempo de exposição pequeno (de 10 a 20 s) • A superdosagem não possui efeito nocivo 36 Desinfecção por radiação Ultra-violeta Desvantagens: • • • • • • Vírus são menos suscetíveis do que as bactérias Não há ação residual Material e energia de custo elevado Problemas de manutenção Não se determina rapidamente a eficiência do processo Pode requerer a dosagem de um agente de desinfecção com ação residual 37 Desinfecção por radiação Ultra-violeta Formas de utilização: • Lâmpadas imersas no líquido • Lâmpadas instaladas sobre o líquido • Lâmpadas instaladas externamente a tubos transparentes à radiação ultravioleta 38 Desinfecção por radiação Ultra-violeta Parâmetros de projeto • O grau de destruição ou inativação dos microrganismos depende da dose de radiação; • A dose depende da intensidade da radiação UV e do tempo de exposição; D=I.t Em que: D = dose de radiação UV (mW.s/cm2 ou mJ/cm2); I = Intensidade da radiação (mW/cm2) t = tempo de exposição (s), 39 Desinfecção por radiação Ultra-violeta Desgastes das lâmpadas • Com o uso, há uma tendência da intensidade da lâmpada diminuir; • Isto resulta na redução da intensidade de radiação UV; • Este processo é conhecido como desgaste; • O desgaste das lâmpadas de UV com o tempo é influenciado: • Pelos ciclos de acionamento e desligamento; • Pela potência aplicada por unidade de comprimento da lâmpada. 40 Desinfecção por ozônio e radiação Ultra-violeta Portaria 2914: Deverá ser adicionado cloro ou dióxido de cloro de forma a manter residual mínimo no sistema de reservação e distribuição Assegurar que a água fornecida contenha um teor mínimo de cloro residual livre de 0,2 mg/L ou 2 mg/L de cloro residual combinado ou 0,2 mg/L de dióxido de cloro (reservatório e rede) 41 Desinfecção por permanganato de potássio Vantagens: • Oxidante eficiente para o controle de sabor e odor da água • Oxida uma grande variedade de compostos orgânicos e inorgânicos (principalmente Fe e Mn) • Utilizado no controle de algas em decantadores 42 Desinfecção por permanganato de potássio Desvantagens: • Altas doses tem elevados custos • Resíduos de KMnO4 deixam a água rosada • Não há estudos sobre a formação de subprodutos 43 Formas de aplicação dos desinfetantes Cloro livre, cloro combinado e o dióxido de cloro • Tanques de contato (com chincanas ou em serpentinas) Ozônio Luz UV • Borbulhamento em câmaras • Reatores específicos (tempo de contato muito curto) 44 Formas de aplicação dos desinfetantes Cloradores: • Por aplicação direta sob pressão • O cloro é aplicado diretamente, aproveitando a pressão dos cilindros • Solução a vácuo • Forma mais usada, o cloro é previamente dissolvido em uma corrente auxiliar de água por meio de um injetor e distribuído por meio de vácuo (produzido pelo injetor) 45 Formas de aplicação dos desinfetantes Cloro livre, cloro combinado e o dióxido de cloro 46 Formas de aplicação dos desinfetantes Ozônio 47 Formas de aplicação dos desinfetantes Luz UV 48 Fluoretação - Definição Etapa do tratamento de água com a finalidade de adicionar produtos com flúor necessários para a prevenção de problemas odontológicos. 50 Fluoretação - Histórico Histórico • 1916 – flúor natural em águas para abastecimento publico provocando manchas nos dentes (fluorose) • 1931 – apesar da fluorose, o flúor diminuía a incidência de cáries. • Flúor natural > 1,5 mg/L: aumento proporcional da fluorose, para praticamente a mesma redução de cárie; • Flúor natural ~ 1,0 mg/L: eficiência na redução de cárie, com incidência mínima de fluorose; • Flúor natural < 1,0 mg/L: aumento da incidência de cáries. 51 Fluoretação - Histórico • 1945 – EUA - primeira cidade com água fluoretada artificialmente. • 1953 – Baixo Guandu (ES), primeira cidade brasileira com fluoretação artificial. • Julho de 1969 – A OMS declara-se favorável a fluoretação • 24 de Maio de 1974 – decreto – lei 6050 torna-se obrigatória a fluoretação no Brasil, regulamentada pelo decreto federal 76.872 de 22/12/1975. da incidência de cáries. 52 Aplicação do fluoreto em ETAs Compostos utilizados: • Fluoreto de Sódio (NaF) • Fluoreto de Cálcio (CaF2) • Fluossilicato de sódio (Na2SiF6) • Ácido Fluossilícico (H2SiF6) 53 Aplicação do fluoreto em ETAs Dosagem de flúor • Necessário determinar a concentração natural de flúor no manancial • Maiores concentrações são encontradas em águas subterrâneas profundas do que em águas superficiais • Concentração ótima na faixa de 1,0 mg/L 54 Aplicação do fluoreto em ETAs Norma brasileira (Portaria 2914) : valor máximo de 1,5 mg/L de fluoreto Aplicação do fluoreto em ETAs Compostos Características Forma Peso Molecular (g) Fluossilicato de Sódio (Na2SiF6) pó Fluoreto de Fluoreto de Ácido Sódio (NaF) Cálcio (CaF2) Fluossilícico H2SiF6 pó pó líquido 188,05 42,00 78,08 144,08 % Pureza (comercial) 98,5 90-98 85-98 22-30 % Fluoreto (composto 60,7 45,25 48,8 79,02 881-1153 1041-1442 1618 1,25(Kg/L) 0,762 4,05 0,0016 infinita 3,5 7,6 6,7 1,2 (sol. 1%) 100% puro) Densidade (Kg/m3) Solubilidade a 25C (g/100gH2O) pH solução saturada 56 Fluoretação 57 Dúvidas quanto à aplicação do fluoreto em ETAs Argumentos favoráveis à aplicação: • Indicação de redução de 60 a 70% da incidência de cáries em crianças • Forma de atingir a população mais carente, com difícil acesso a dentistas, boa alimentação e informação • Dosagem controlada evita a incidência de fluorose 58 Dúvidas quanto à aplicação do fluoreto em ETAs Argumentos desfavoráveis à aplicação: • Flúor afeta o sistema digestivo, cardiovascular, respiratório e nervoso • Flúor pode provocar fluorose óssea, sendo possível indutor de câncer ósseo 59 Técnicas de tratamento de água Clarificação: • Destinada a remover sólidos presentes na água. Esta etapa ocorre nos decantadores, flotadores e filtros. Desinfecção: • Destinada a inativar microrganismos patogênicos Fluoretação: • Para prevenção de problemas odontológicos Estabilização química: • Para controle da corrosão e da incrustação da água nas tubulações, concreto, etc. Trata-se de uma preocupação econômica com a integridade das instalações domiciliares e do sistema de distribuição
