08 - STAE - Desinfecção e Fluoretação

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Professor Engº Paulo Cezar Dias de Alencar, MSc.

Departamento de Engenharia Civil

594X - STAE

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P rof . P a u lo Ceza r 2

Desinfeção e

fluoretação

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3

Sumário

P rof . P a u lo Ceza r • Desinfecção • Definição

• Principais características dos agentes desinfetantes

• Principais agentes desinfetantes

• Unidades de desinfecção

• Uso do Cloro

• Fluoretação

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Desinfeção

(5)

5

Definição

P rof . P a u lo Ceza r

Consiste na eliminação dos microrganismos, principalmente os patogénicos (transmissores de doenças), através de um processo de oxidação, a fim de garantir a qualidade bacteriológica da água.

O processo de oxidação mais utilizado é a cloração,

adicionando-se cloro (de preferência dióxido de cloro em vez de cloro gasoso ou de hipoclorito de sódio, que podem reagir com a matéria orgânica existente na água, produzindo compostos químicos

organoclorados perigosos (trihalometanos, como o tetracloreto de carbono - CHCI₃).

Assim, deve-se ter cuidado quando a água é captada em locais com muita matéria orgânica, porque a adição de cloro pode provocar a formação de compostos muito tóxicos, que dificilmente poderão ser eliminados posteriormente.

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6

Principais características de um agente

desinfetante

P rof . P a u lo Ceza r • Atividade antimicrobiana; • Solubilidade • Estabilidade

• Inocuidade para o homem e os animais;

• Ausência de combinação com material orgânico estranho; • Apresentar toxicidade para os microrganismos em

temperatura ambiente;

• Ausência de poderes corrosivos; • Disponibilidade.

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7 P rof . P a u lo Ceza r

Agentes desinfetantes

• Agentes físicos:

• Temperatura;

• Radiação;

• Filtração.

• Agentes químicos

• Fenóis;

• Alcoóis;

• Halogênios;

• Metais pesados;

• Ácidos e bases.

Porém, nenhum deles garante um efeito residual como o cloro, que proteja a água

de posteriores contaminações, por isso não devem substituir o cloro.

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8

Principais agentes desinfetantes

• Cloro (Cloro gasoso, Hipoclorito de Sódio e Hipoclorito de Cálcio) ;

• Cloraminas;

• Dióxido de cloro; • Ozônio;

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9

Unidades de desinfecção

(A) Gerador de dióxido de cloro

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10

Uso do Cloro

O cloro é um antiséptico poderoso e persistente.

A ação antiséptica do cloro é consequência da existência das espécies químicas HCIO e CIO-_{, que são verdadeiros desinfectantes e constituem o}

chamado "cloro livre" da água: CI_{2 (g)} + H₂O_(I)  HCIO _(aq) + H+

(aq) + CI- (aq)

 HCIO_(aq)  CIO

-(aq) + H+(aq)

A destruição dos microrganismos patogénicos, por adição de cloro à água, pode ser realizada:

à entrada do processo (câmara de mistura rápida) - pré-cloração (pré-oxidação);

no final do processo (reservatório) –

pós-cloração (pós-oxidação);

à entrada e no final – supercloração (super-oxidação).

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O cloro é um antiséptico poderoso e persistente.

A acção antiséptica do cloro é consequência da existência das

espécies químicas HCIO e CIO-_{, que são verdadeiros desinfectantes e}

constituem o chamado "cloro livre" da água:

CI_{2 (g)} + H₂O_(I)  HCIO _(aq) + H+

(aq) + CI- (aq)

 HCIO_(aq)  CIO

-(aq) + H+(aq)

A destruição dos microrganismos patogénicos, por adição de cloro à água, pode ser realizada:

à entrada do processo (câmara de mistura rápida) - pré-cloração (pré-oxidação);

no final do processo (reservatório) –

pós-cloração (pós-oxidação);

à entrada e no final – supercloração (super-oxidação). 11

Uso do Cloro

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12 P rof . P a u lo Ceza r



Mínima após a desinfecção: 0,5 mg/l



Mínima na rede de distribuição: 0,2 mg/l



Máxima na rede de distribuição: 2,0 mg/l

Concentrações de cloro residual livre

Para manter um nível residual de cloro, pode ser adicionado à água dióxido de enxofre no final do tratamento, que se combina com o excesso de cloro, e solução aquosa de amoníaco, que evitando a

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13

Cloro como agente oxidante e desinfetante

 Oxidação de compostos inorgânicos em estado reduzido (Fe+2_{, Mn}+2_,

Sulfetos, etc...);  Desinfecção;

 Remoção de cor verdadeira;

 Controle de gosto e odor em águas de abastecimento.

• Cloro gasoso (Líquido – Gás);

• Hipoclorito de sódio (Solução líquida); • Hipoclorito de cálcio (Sólido).

Cloro no tratamento de águas de abastecimento

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14

Cloro como agente oxidante e desinfetante

Aplicação Dosagem típica pH ótimo Tempo de Reação Efetividade Oxidação de ferro 0,62 mg/mg Fe 7,0 < 1,0 hora Bom Oxidação de manganês 0,77 mg/mg Mn 7,5 a 8,5 9,5 1 a 3 horas Minutos Razoável, função do pH Controle de biofilmes 1 mg/l a 2 mg/l 6,0 a 8,0 Não Disponível Bom Controle de gosto e odor

Variável 6,0 a 8,0 Variável Variável Remoção de cor Variável 4,0 a 7,0 Minutos Bom A quantidade de cloro a adicionar depende das características da água e do tempo de contacto entre o cloro e a água.

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Fluoretação

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16

Fluoretação

P rof . P a u lo Ceza r TEMPERATURA MÉDIA ANUAL

DAS MÁXIMAS DIÁRIAS

(C)

LIMITES

RECOMENDADOS DE FLUORETO (mg/l) INFERIOR ÓTIMO SUPERIOR

10 - 12,1 0,9 1,2 1,7 12,2 - 14,6 0,8 1,1 1,5 14,7 - 17,7 0,8 1,0 1,3 17,8 - 21,4 0,7 0,9 1,2 21,5 - 26,3 0,7 0,8 1,0 26,4 - 32,5 0,6 0,7 0,8

Concentrações de fluoreto recomendáveis em águas de

abastecimento:

(17)

17

Fluoretação

Aplicação de fluoreto em águas de abastecimento

• Fluoreto de Sódio (NaF); • Fluoreto de Cálcio (CaF₂);

• Fluossilicato de sódio (Na₂SiF₆); • Ácido Fluossilícico (H₂SiF₆).

(18)

18

Fluoretação

P rof . P a u lo Ceza r Compostos  Características  Fluossilicato de Sódio (Na2SiF6) Fluoreto de Sódio (NaF) Fluoreto de Cálcio (CaF2) Ácido Fluossilícico H2SiF6 Forma pó pó pó líquido Peso Molecular (g) 188,05 42,00 78,08 144,08 % Pureza (comercial) 98,5 90-98 85-98 22-30 % Fluoreto (composto 100% puro) 60,7 45,25 48,8 79,02 Densidade (Kg/m3) 881-1153 1041-1442 1618 1,25(Kg/L) Solubilidade a 25C (g/100gH2O) 0,762 4,05 0,0016 infinita

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19

Dimensionamento de sistemas de desinfecção e

fluoretação

• Vazão: 1,0 m

3

/s

• Dosagem mínima de cloro: 0,8 mg/l

• Dosagem média de cloro: 1,5 mg/l

• Dosagem máxima de cloro: 2,5 mg/l

• Tempo de contato: 30 minutos

• Concentração de flúor na água final: 0,9 mg/l

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20

Dimensionamento de sistemas de desinfecção e

fluoretação

• 1. Cálculo do volume do tanque de contato

Q

V

_ol

h





3 3 h ol

Q

.

θ

1 ,

0 m

/

s

.

30 min

.

60 s

/

min

1 .

800 m

V

=

• 2. Definição da geometria do tanque de contato

2

3

515

5 ,

3

800 .

1 m

m

H

V

A

_S



ol





2

2 ₅₁₅

.

3 .

L

B

m

B

A

_S



m

5 ,

3 H

m

0 ,

40 L

m

0 ,

13 B

=

(não existe mais a vinculação com largura de decantador)

(21)

21

Dimensionamento de sistemas de desinfecção e

fluoretação

• 2. Definição da geometria do tanque de contato

13,0 m 40,0 m

(22)

22

Dimensionamento de sistemas de desinfecção e

fluoretação

• 2. Definição da geometria do tanque de contato

C ana l de águ a c oag ulad a CASA DE QUÍMICA F1 F2 F5 F6

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23

Dimensionamento de sistemas de desinfecção e

fluoretação

• 3. Cálculo do consumo diário de cloro:

_Massa



_Q

_.

_C

_.



_t

dia / kg 12 , 69 dia 1 . kg g 1000 g 8 , 0 . dia m 400 . 86 Massa 3 mínima = =

dia

kg

Massa

_média



129 ,

6 /

dia

kg

Massa

_máxima



216 /

• 4. Dimensionamento do sistema de estoque:

kg

dias

dia

kg

Massa



216 /

.

20 

4 .

320

(24)

24

Dimensionamento de sistemas de desinfecção e

fluoretação

• 5. Consumo de hipoclorito de sódio

Concentração da solução: 12,0% em peso como Cl₂ Massa específica da solução: 1.220 kg/m3

solução

produto

M

kg

M

₄

_.

₃₂₀

12 ,

0 



M

_solução



36 .

000 kg

3

29 ,

5 /

220 .

1

000 .

36 m

m

kg

M

V

solução

olume



_



)

(

0 ,

30 m

3 Adotado

V

_olume



(25)

25

Dimensionamento de sistemas de desinfecção e

fluoretação

t

C

Q

Massa



.



dia / kg 76 , 77 dia 1 . kg g 1000 g 9 , 0 . dia m 400 . 86 Massa 3 = =

• 7. Cálculo da massa de ácido fluossilícico:

Mol H₂SiF₆=144,1 g

Massa de F por mol de H₂SiF₆=114g

dia

/

kg

22 ,

98

114

144 .

76 ,

77 Massa

=

• 6. Dimensionamento do sistema de fluoretação:

H = 1 Si= 28

(26)

26

Dimensionamento de sistemas de desinfecção e

fluoretação

• 8. Dimensionamento do sistema de estoque:

kg 4 , 964 . 1 dias 20 . dia / kg 22 , 98 Massa = =

Será admitida uma autonomia de 20 dias.

Concentração da solução: 22,0% em peso como H₂SiF₆ Massa específica da solução: 1.260 kg/m3

(27)

solução solução produto M kg 4 , 964 . 1 M M 22 , 0 = = 27

Dimensionamento de sistemas de desinfecção e

fluoretação

• 8. Dimensionamento do sistema de estoque:

kg

1 ,

929 .

8 M

_solução

=

3 3 solução solução olume

7 ,

08 m

m

/

kg

260 .

1 kg

1 ,

929 .

8 ρ

M

V

=

)

(

0 ,

7 m

3 Adotado

V

_olume



)

Adotado

(

m

0 ,

8 V

_olume

=

3

(28)

28 Contatos pcda87@gmail.com P rof . P a u lo Ceza r