PROJETO BÁSICO DE REFORMA,
OTIMIZAÇÃO E AUMENTO DA CAPACIDADE
DE PRODUÇÃO DA ETA
PROMISSÃO
2020
SUMÁRIO
1. APRESENTAÇÃO E OBJETIVOS ... 3
2. SITUAÇÃO ATUAL DO SISTEMA DE TRATAMENTO DE ÁGUA ... 4
2.1. Diagnóstico da situação atual da estação de tratamento de água ... 4
2.1.1. Unidade de Mistura Rápida (Coagulação) ... 4
2.1.2. Unidade de Floculação. ... 6
2.1.4. Decantador ... 7
2.1.5. Filtros ... 8
2.1.6. Barrilete hidráulico efluente ... 9
3. ADEQUAÇÕES PROPOSTAS ... 10
3.1. Entrada de água bruta ... 10
3.2. Unidade de mistura rápida (Calha Parshall) ... 10
3.3. Unidade de floculação ... 11
3.3.1. Floculador Mecânico ... 11
3.3.2. Floculador Hidráulico Cox de ação de jato ... 12
3.4. Unidade de sedimentação (DECANTADOR) ... 13
3.4.1 Distribuição (Manifolds) ... 14
3.4.2 Módulos tubulares ... 14
3.4.2.1 Características técnicas dos Módulos: ... 14
3.4.3 Calhas de Coleta ... 15
3.5. Filtros ... 15
3.5.1 Taxa de Filtração ... 15
3.6. Barrilete hidráulico ... 15
1. APRESENTAÇÃO E OBJETIVOS
A Estação de Tratamento de Água (ETA 2) SAAE PROMISSÃO, está
localizada Av. Eurico Gaspar Dutra, s/nº município de Promissão –SP, conforme
imagem 1. Atualmente o município dispõe de duas (02) Estações de Tratamento
de Água, sendo ETA 01 e ETA 02. O objetivo deste trabalho é de calcular e dimensionar melhoria no sistema de tratamento da Estação de Tratamento de Água (E.T.A.2).
Fig. 01 – Localização da Estação de Tratamento de Água – SAAE Promissão
Fonte: Google Earth (outubro 2020)
Devido ao desgaste natural dos componentes físicos (obsolescência) e aumento da demanda por água tratada em virtude do crescimento populacional e adensamento do meio urbano, será proposto reformulação em alguma unidade de tratamento para atendimento das necessidades atuais e futuras do município. Assim, será necessário a modernização no tratamento para que haja melhoria nas condições atuais, tanto qualitativamente quanto quantitativamente.
Após a realização do diagnóstico, projeto e execução do das melhorais propostas a ETA 02 poderá operar em condições normais de trabalho, sem
comprometer sua qualidade física/química/biológica, aumentando sua capacidade de produção em até 105 l/s (9.072 m³/dia).
Assim, este memorial visa descrever a situação atual da ETA e especificar alterações necessárias para atingir a produção máxima de até 105 l/s respeitando os parâmetros da NBR 12216 e outros limites estipulados em literatura.
2. SITUAÇÃO ATUAL DO SISTEMA DE TRATAMENTO DE ÁGUA
A primeira ação a se realizar em um processo de melhoria do sistema de tratamento de água é diagnosticar quanto à situação atual das unidades de tratamento da ETA, assim foram avaliadas as condições físicas e constatada a possibilidade de readequação do sistema para atender a maiores demandas e qualidade de produção, devido às novas técnicas no processo de clarificação da água, sendo descrito as etapas existentes abaixo.
2.1. Diagnóstico da situação atual da estação de tratamento de água
A Estação de Tratamento de Água foi originalmente projetada na concepção de ciclo completo, sendo as unidades:
Mistura Rápida (Coagulação); Floculação;
Decantação;
Filtração descendente; Cloração e Fluoretação; Armazenamento;
Sua capacidade de tratamento de 70 l/s atualmente está em condições limites forçadas, gerando ineficiência no processo de clarificação e
sobrecarregando o processo unitário de filtração. Consequentemente
demandando uma maior quantidade de retro lavagem nos filtros. As unidades de tratamento serão apresentadas abaixo bem como a constatação in loco.
2.1.1. Unidade de Mistura Rápida (Coagulação)
Na unidade de mistura rápida utiliza-se a Calha Parshall modelo de 6” (Ln 15), conforme figura 2 e 3, para realizar a medição e dosagem dos coagulantes à água, reduzindo as forças que tendem a manter separadas as partículas em suspensão, com intervalo de vazão a ser dimensionados em l/s.
A mistura rápida tem a função de promover a dispersão dos coagulantes o mais rapidamente possível de forma homogênea considerando como parâmetros
aceitáveis o gradiente de velocidade G> 700 s⁻¹, tempo de mistura o menor possível, recomenda-se inferior à 1 s (segundo) e nº de Froude fora do intervalo de 2,5 a 4,5 (considerado salto oscilante).
Fig. 02 – Calha Parshall 6” – Mistura Rápida SAAE Promissão-SP
Fonte: Acervo fotográfico do SAAE
Fig. 03 – Entrada da água bruta e dosagem coagulante – Mistura Rápida SAAE
Promissão,
2.1.2. Unidade de Floculação.
A floculação consiste na aglomeração das partículas desestabilizadas pelas colisões induzidas por seu movimento relativo, o processo de floculação atual da ETA 02 é realizado por dois (02) tanques circulares. Os floculadores são do tipo mecânico de movimento giratório com paletas perpendicular ao eixo, sendo este vertical, conforme figura 4. Suas características e dimensões são:
Diâmetro = 3,95 metros;
h¹ = Altura da lâmina d’água 3,49 m;
Volume = Aproximadamente 43 m³ referente à lâmina d’água;
Tempo de detenção atual = 20 minutos;
Somente duas câmaras de floculação, não alterando o gradiente de
velocidade;
Quebra vórtice de três paletas fixa;
Sistema de descarga de lodo;
Motor Modelo FTAC 3960 SIGMA 1,0 C.V.;
4 paletas de 0,66 x 0,35 fixados ao eixo mecânico;
Segundo a NRB 12216/1992 as recomendações para um bom projeto de floculadores mecânicos são:
Tempo de detenção... 30 a 40 minutos
Gradiente de velocidade... 70 s⁻ a 10 s⁻
Fonte: Acervo fotográfico do SAAE
2.1.4. Decantador
O processo de sedimentação para remoção de partículas sólidas em suspensão é um dos mais comuns no tratamento da água. Consiste no princípio da utilização das forças gravitacionais para separar partículas de densidade superior da água. O decantador foram tanques de fluxo horizontais por ser algo de simples execução.
O decantador da ETA é do tipo convencional, recebendo a água floculada por canaleta retangular, entra no decantador por comportas e são distribuídas por canaletas internas e cortina de distribuição, a coleta da água decantada também é feita por canaleta ao final do decantador. Esse possui descarga de fundo acionada por comporta de parede, hastes e pedestal com volante.
Um dos empecilhos dos sistemas de decantação convencional é o volume requerido para seu tempo de detenção (2 a 4 horas), deste modo os decantador tubulares ou de alta taxa foram ganhando evidência no mercado, visto sua diminuição de área e maior vazão de tratamento, pois este sistema foi aperfeiçoado para um dimensionamento em função da área superficial, assim com a evolução das técnicas de tratamento, optou-se por inserir placas inclinadas com angulo de 60º, ou módulos tubulares de seção hexagonal, com a mesma
declividade e capacidade de aumentar da velocidade de escoamento em até quatro vezes, modelo ilustrado abaixo na figura .
Fig. 05 – Decantador convencional, imagem da ETA 2 do SAAE,
Fonte: Acervo fotográfico do SAAE
2.1.5. Filtros
Os filtros atuais estão divididos em dois módulos, atualmente operam com limitações e elevado tempo e frequência de retro lavagens. O sistema de drenagem de fundo antigo é ineficiente e induz a perda de material filtrante, além do estrangulamento na saída Ø = 150 mm.
Fonte: Acervo fotográfico do SAAE
2.1.6. Barrilete hidráulico efluente
Atualmente o barrilete hidráulico efluente de água filtrada é composto por conjunto de tubulações TÊ 250mm x 250mm x 150mm com dois (02) registros DN = 150 mm que encaminham a água até os reservatórios de contato, e dois (02) registros DN 250 mm para acionamento de retro lavagem.
Fonte: Acervo fotográfico do SAAE
3. ADEQUAÇÕES PROPOSTAS
Com base no diagnóstico e apontamentos realizados, apresenta-se a seguir alterações necessárias para otimização e adequação da estação de tratamento.
As adequações propostas buscam o melhor aproveitamento das unidades existentes evitando que sejam construídas estruturas e unidades adicionais.
3.1. Entrada de água bruta
A princípio o sistema de entrada de água bruta não necessitará de melhoria ou reforma, para atendimento da nova vazão.
3.2. Unidade de mistura rápida (Calha Parshall)
A mistura rápida e a medição da vazão serão feitas em um vertedor Parshall de 6” já instalado na ETA e sua memória de cálculo deverá ser apresentada em projeto hidráulico.
Verificação da altura de água na seção de medição: Largura na seção de medição:
Velocidade na seção de medição:
Vazão específica na garganta da Calha Parshall: Carga hidráulica disponível:
Angulo teórico:
Velocidade antes do ressalto: Altura da água antes do ressalto: Número de Froude:
Altura do ressalto: Velocidade no ressalto:
Velocidade na seção de saída: Perda de carga no ressalto: Tempo de mistura:
Gradiente de velocidade:
O gradiente de velocidade deverá satisfazer a necessidade mínima de agitação requerida pela NBR 12.216/92, superior à 700 s⁻.
3.3. Unidade de floculação
A proposta de melhoria consiste em manter os floculadores mecânicos
atuais e adicionar um novo sistema de floculação hidráulica tipo “COX” divididas
em dezesseis compartimentos e três seções de gradientes hidráulicos que deveram ser calculados e estipulados por seção. O gradiente da 3ª e última seção deverá estar compreendido entre G 20 s⁻ < z <25 s⁻.
O projeto também deverá estipular as rotações nos floculadores mecânicos (em rotações por minuto) bem como realizar a memória de cálculo dos floculadores hidráulicos tipos “COX” de fluxo vertical.
3.3.1. Floculador Mecânico
Potência requerida:
N= xx,xx rotações por minutos (rpm)
O floculador mecânico deve trabalhar à xx,xx rotações por minutos (rpm) para atingir um gradiente de velocidade de 70 s⁻, dentro dos parâmetros sugeridos pela NBR.
3.3.2. Floculador Hidráulico Cox de ação de jato
Deverá ser dimensionado novo sistema complementar de floculação para prover maior tempo de detenção hidráulica. O novo sistema será hidráulico tipo Cox por ação de jatos, onde existe aberturas das câmaras alternado inferior e superior em face distintas do sistema, nesta configuração proposta a água floculada do sistema mecânico será encaminhada por canal que distribuirá a vazão de 105 l/s em um único e novo floculador hidráulico (esta divisão é em função de apenas 1 decantador existente), assim este único sistema de floculação hidráulica terá capacidade para 105 l/s.
O volume útil total acrescido no sistema de floculação será de 87,8,00 m ³ totalizando um volume de detenção adicional na Estação de Tratamento de 173,8 m³.
Os cálculos inerentes ao novo sistema de floculação deverão conter informações tais como os critérios citados abaixo:
1ª Série com 3 Câmaras com Gradiente de Velocidade de G 40 s⁻ Velocidades (V¹):
Volume e Tempo de detenção:
Perda de carga H:
; Área das passagens:
Velocidades nas Passagens (Vs e V
i):
Neste sentido, os resultados obtidos para atendimento as recomendações deveram ser apresentadas em tabelas.
Dados Técnicos 1ª Série Tempo de detenção(s) Volume (m³) (V) Veloc na câmara (Vi) Veloc. passagens Inferior (VS) Veloc. passagens Superior Perda de carga H Câmara Perda de carga Hi passagem inferior Perda de carga Hs passagem superior ..,... ..,... .,... .,... .,... .,... .,... .,...
Taxa de aplicação por câmara de: xx l/s à xx l/s por m² (xx l/s projeto);
Número de Camp: xx x xx4 à xx * xx4 (xx *xx4 projeto);
Tempo de floculação: xx à xx minutos (xx minutos projeto); Comprimento da Câmara: xx m à xx m (xx m projeto); Largura da Câmara: xx à xx m (xx m projeto);
Profundidade da água: xx m à xx m (xx m projeto);
3.4. Unidade de sedimentação (DECANTADOR)
Para a ampliação da capacidade produtiva no decantador deverá ser construído dentro dos tanques do decantador conforme especificado nos desenhos e anexo. Os mesmos passarão a operar em alta taxa, através de adequações hidráulicas e estruturais. Deverão ser desativadas as câmaras de entrada de água floculada existente, e também ser executada uma nova câmara de distribuição de água para o decantador atendendo a nova vazão de projeto, reduzindo o arraste de flocos.
O decantador foram redimensionados para funcionamento com de módulos de sedimentação tubulares com seção hexagonal, dispostos a uma inclinação de 60° em relação a horizontal em toda sua extensão, contanto com peça removível para acesso e eventuais manutenções.
Devido a nova concepção, optou-se pela distribuição de água floculada por meio de dutos de seção variável (manifolds) para obtenção de distribuição homogênea da água floculada; instalados abaixo dos módulos de decantação. Para a coleta de água decantada estipulou-se o uso de novas calhas coletoras com vertedores dentados instalados ao longo do comprimento do decantador acima dos módulos.
Quanto ao sistema de descarga de lodo do fundo verificou-se que a
de maior diâmetro nominal permitindo melhores resultados operacionais das lavagens.
Os cálculos inerentes ao novo sistema de decantação deverão ser demonstrados em projeto hidromecânico e deverá seguir a NBR 12216.
3.4.1 Distribuição (Manifolds)
Os dispositivos de entrada (manifolds), devem ser projetados para que se obtenha uma distribuição homogênea da água floculada no decantador por orifícios equidistantes, espaçados ao longo da região modulada que deverão ser construídos em aço inox ou polipropileno, seguindo as orientações da NBR quando às velocidades limites permitidos.
Estrutura de apoio em estrutura metálica com pintura eletrostática epoxídica ou em madeira de lei trabalhada e aparelhada com suportes de fixação em aço inox 304.
3.4.2 Módulos tubulares
Para reduzir o arraste dos flocos, serão introduzidos “módulos de decantação”, dimensionados para um aumento da vazão e atender os parâmetros de velocidade máxima de sedimentação (NBR 12216).
Os módulos deverão ser caracterizados por blocos compactos dimensionados em função das medidas dos tanques para montagem rápida, atóxicos, formados por tubos paralelos à 60º, com áreas específicas de acordo com as taxas de aplicação de projeto e geometria do decantador.
3.4.2.1 Características técnicas dos Módulos:
Seção hexagonal com S=65 mm
Material: Poliestireno de Alto Impacto (PSAI) atóxico, anti UV. Comprimento real dos dutos: L=870 mm.
Espessura mínima e=1,00 mm
3.4.2.1 Apoio dos Módulos:
Os apoios para sustentação serão em vigas longitudinais / transversais em madeira de lei trabalhada (aparelhada), fixadas com suportes metálicos.
As Vigas transversais serão fixadas no concreto por meio de chumbadores metálicos tipo parabolt em aço inoxidável. Acabamento em madeira de lei, fixados no perímetro do decantador.
3.4.3 Calhas de Coleta
A água decantada deverá ser conduzida por meio de calhas com vertedores dentados, em “PRFV” ou “PP”, dimensionados de acordo com projeto e com as seguintes características:
Seção retangular S= (0,35 X 0,30) m, e ≥ 6,00 mm.
Vertedores dentados com espessura mínima de 6,00 mm, recorte em “V” com espaçadores em nylon e reforço longitudinal, material anti UV.
As calhas serão engastadas em janelas recortadas na soleira da estrutura de concreto com flanges para fixação.
3.5. Filtros
Os filtros rápidos de gravidade estão divididos em dois módulos, devendo receber reforma geral em sequência um por vez, desde a remoção do sistema atual de drenagem até a montagem de novo modelo de concreto armado c/ crepinas do tipo torre, com montagem de dupla camada (suporte + areia e antracito). A velocidade ascensional para retro lavagem deverá ser dimensionada e apresentada junto ao projeto hidráulico, respeitando a expansão das camadas
de antracito e areia (NBR 12216)
Camada suporte: 0,60 m ; Areia: 0,30 m;
Antracito: 045 m;
A distribuição dos jatos para retro lavagem sugere-se que ocorra por distribuidores executados em laje, tipo crepinas.
3.5.1 Taxa de Filtração
A taxa de aplicação no sistema de filtração rápida, está na ordem de 120 à 480 m³/m².dia, nesta proposta de melhoria do sistema estabelece o limite máximo de taxa de aplicação com 440 m³/m².dia. Considerando um aumento na vazão para 35 l/s.
3.6. Barrilete hidráulico
Será alterado para que possibilite o acréscimo de vazão, para tanto devem ser substituídos os registros, TÊs, curvas e carreteis. As novas válvulas de
manobra dos filtros deverão ser do tipo borboleta “waffer” DN=250 mm PN10 e PN16 com redutores e motor para acionamento elétrico. As conexões em material dúctil DN=250 mm PN10. Quando em funcionamento (filtração), o registro de retro lavagem do filtro estará fechado e a válvula de água filtrada estará aberta encaminhando para reservatório de contato existente. Quando em processo de retro lavagem, as válvulas de retro lavagem deveram ser abertas e a válvula de água filtrada deverá estar fechada.
3.7. Adequação Química
Adequação química da ETA, para melhorias quantitativas / qualitativas e cálculo analítico da dosagem do produto a ser aplicado.
Nas ETAs convencionais são eliminados apenas os coloides e matérias em suspensão. A água originária dos mananciais em seu estado bruto deverá inicialmente passar por análise das características químicas e verificação da portaria vigente para avaliação das condições de dosagem, eliminação de excessos de outros elementos químicos prejudiciais ao processo e dimensionamento de seus respectivos pontos de aplicação.
Após a realização do diagnóstico do sistema de preparo e dosagem, serão feitas análises de tratabilidade da água bruta coletada no local.
Deverão ser realizadas três séries de Jar Tests (teste em jarros) com Policloreto de Alumínio (X%), fornecidos pelo SAAE.
As análises são realizadas a permitir o enquadramento na portaria vigente, com verificação de possível presença de metais pesados como ferro solúvel e/ou manganês.
Deverão ser apresentados os resultados de tratabilidade de acordo com a verificação dos elementos químicos coletados na água bruta.
A realização dos Jar Tests deverá ser feita em planta e ter como parâmetro os gradientes e tempos de mistura estipulados em projeto. Os melhores resultados serão utilizados para a dosagem na concentração indicada nos cálculos estequiométricos obtidos, podendo aumentar a produção (vazão) da ETA, mantendo a qualidade preconizada segundo a portaria vigente.
** No caso de alteração no teor de Fe++ e Mn++, será necessária a realização de pré-oxidação ou inter cloração para não haver alteração na coloração da água na rede de distribuição
‘A empresa vencedora do certame se responsabilizará por todos os cálculos hidráulicos e apresentar os devidos projetos executivos detalhados para compreensão de todos os elementos necessários para o bom funcionamento das novas instalações da ETA 2’
Promissão, 02 de outubro de 2020
_______________________________________ Vanderlei Salinas Abrão
Engenheiro Civil CREA: 060 124 971 1
