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Tratamento de Água Material Teórico Responsável pelo Conteúdo: Prof. Dr. Fernando Freitas de Oliveira Revisão Textual: Profa. Ms. Luciene Oliveira da Costa Santos Captação, Tratamento e Distribuição de Água • Métodos de Tratamento de Água • Captação de Água em Mananciais • Corrosividade e Agressividade da Água • Geração de Resíduos em Estações de Tratamento de Água · Nesta unidade, serão apresentadas as etapas de um sistema de abastecimento público composto por uma Estação de Tratamento de Água (ETA) do tipo convencional. OBJETIVO DE APRENDIZADO Captação, Tratamento e Distribuição de Água Orientações de estudo Para que o conteúdo desta Disciplina seja bem aproveitado e haja uma maior aplicabilidade na sua formação acadêmica e atuação profissional, siga algumas recomendações básicas: Mantenha o foco! Evite se distrair com as redes sociais. Mantenha o foco! Evite se distrair com as redes sociais. Determine um horário fixo para estudar. Aproveite as indicações de Material Complementar. Não se esqueça de se alimentar e se manter hidratado. Aproveite as Conserve seu material e local de estudos sempre organizados. Procure manter contato com seus colegas e tutores para trocar ideias! Isso amplia a aprendizagem. Seja original! Nunca plagie trabalhos. Assim: Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte da sua rotina. Por exemplo, você poderá determinar um dia e horário fixos como o seu “momento do estudo”. Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar, lembre-se de que uma alimentação saudável pode proporcionar melhor aproveitamento do estudo. No material de cada Unidade, há leituras indicadas. Entre elas: artigos científicos, livros, vídeos e sites para aprofundar os conhecimentos adquiridos ao longo da Unidade. Além disso, você também encontrará sugestões de conteúdo extra no item Material Complementar, que ampliarão sua interpretação e auxiliarão no pleno entendimento dos temas abordados. Após o contato com o conteúdo proposto, participe dos debates mediados em fóruns de discussão, pois irão auxiliar a verificar o quanto você absorveu de conhecimento, além de propiciar o contato com seus colegas e tutores, o que se apresenta como rico espaço de troca de ideias e aprendizagem. UNIDADE Captação, Tratamento e Distribuição de Água Contextualização A água percorre um longo caminho desde o manancial até o endereço do seu consumidor. Além do transporte, neste trajeto, a água deve se adequar aos padrões de qualidade exigidos para o consumo. Esse trabalho é feito nas Estações de Tratamento de Água (ETAs), consideradas verdadeiras fábricas de produção de água potável. Estas estações contemplam etapas em série pelas quais a água passa para melhorar sua qualidade. Estas etapas podem ser mais ou menos complexas de acordo com o estado da água a ser tratada e do ambiente onde ela foi captada. Geralmente, as ETAs são constituídas por sistemas que realizam as etapas de coagulação, floculação, decantação, filtração, cloração, ajuste de pH e fluoretação, que removem grande parte das impurezas e ajustam outros parâmetros de importância sanitária. Dizemos que as estações que operam com essas etapas possuem um tipo de tratamento convencional, tendo em vista que esse tipo de tratamento é amplamente utilizado, sobretudo para o abastecimento público. A água produzida em uma ETA pode ser utilizada tanto para o abastecimento doméstico, como para outros usos, incluindo o industrial, embora seja importante ressaltar que uma parte das indústrias possuem seus próprios sistemas de tratamento de água, sobretudo quando o processo industrial necessite de uma água com qualidade superior àquela oferecida no sistema de abastecimento público convencional. Como você viu em unidades anteriores os mananciais podem ter sua qualidade ambiental reduzida pela ação antrópica e a água considerada de baixa qualidade pode colocar em risco a saúde de quem a consome. Desde sua origem na Escócia, em 1804, com a construção do primeiro filtro lento de areia por John Gibb, o tratamento de água para abastecimento público é tido como uma ação que visa prioritariamente à proteção da saúde humana. Embora sejam fundamentais no fornecimento de água, também vale ressaltar que as ETAs também geram resíduos, na maioria das vezes, demandam grandes áreas para construção, além de modificarem o ambiente com a captação de água. 8 9 Métodos de Tratamento de Água A finalidade do tratamento de água é remover partículas suspensas e coloidais (orgânicas e inorgânicas), além de microrganismos e outras substâncias que possam afetar a saúde humana. Isto deve ser feito considerando a relação custo X benefício e minimização de impactos ambientais negativos às áreas adjacentes às ETAs. As tecnologias de tratamento de água disponíveis visam conciliar estes objetivos, e geralmente são constituídas por um conjunto de processos físico-químicos. No tratamento de águas naturais a maioria das tecnologias envolve os processos de clarificação, filtração e desinfecção. A clarificação pode ser definida como um conjunto de etapas em que ocorre a decantação das impurezas por sedimentação ou flotação. Os tratamentos empregados em ETAs podem ser variantes dos métodos de: · Filtração direta: que não conta com as etapas de clarificação antes da filtração. · Tratamento convencional: que conta com as etapas de clarificação antes da filtração. A denominação tratamento convencional surgiu, em 1980, nos EUA, quando se passou a utilizar a etapa de clarificação nas águas turvas do rio Ohio. A partir daí, esse tipo de sistema se difundiu no tratamento de água para abastecimento público, sendo atualmente a tecnologia mais utilizada no Brasil e no exterior. Aqui, trataremos principalmente das etapas do sistema convencional, mas inicia- remos por uma etapa anterior que é comum a todos os métodos de tratamento de água, a captação. Captação de Água em Mananciais O tratamento de águas naturais visa adequar a água bruta, captada nos mananciais, aos padrões de qualidade requisitados para os diversos usos, principalmente para o consumo humano. Água Bruta: É o mesmo que água não tratada. Ex pl or A captação de água consiste no processo que envolve um conjunto de estruturas e dispositivos construídos ou instalados junto a um manancial, para a retirada de água. (HELLER; PÁDUA, 2010). É comum dizer que “o tratamento de água começa na sua captação” ressaltando a importância desta etapa inicial, pois as demais unidades do sistema de tratamento de água dependem da correta instalação e operação dos dispositivos de captação. 9 UNIDADE Captação, Tratamento e Distribuição de Água De acordo com Heller e Pádua (2010), “O manancial é a primeira e fundamental garantia de quantidade e da qualidade da água em serviço de abastecimento de água”, e por isso é de grande importância sua correta escolha. Se a água estiver contaminada com alguns poluentes, tais como antimônio, bário, cromo, urânio, cloreto, sulfato, zinco, compostos orgânicos sintéticos, pesticidas, herbicidas, algumas toxinas produzidas por algas, entre outros, o tratamento convencional, mesmo quando complementado por etapas de oxidação, não será suficiente para remover satisfatoriamente da água estas substâncias. Dessa forma, a escolha do manancial onde será feita a instalação do sistema de captação deve considerar: · As informações e estudos necessários: como mapas geográficos com a localização do manancial; topografia do local, identificação de ativi- dades degradadoras do solo e das águas no entorno; levantamento das características físicas, químicas e biológicas da água; se a vazão necessá- ria para captação se enquadra na disponibilidade de água do manancial, entre outros. · Requisitos do local de captação: deve ser situado a montante da loca- lidade a que se destina a água captada e em cota altimétrica superior, visando garantir a qualidade de água e a aduçãopreferencialmente por gravidade, que reduz custos com bombeamento. O ponto de captação também deve ser em local que garanta a vazão demandada pelo sistema sem comprometer o manancial. · Inspeção de campo e consulta à comunidade: a inspeção do local deve ser feita antes da instalação da captação a fim de evitar a captação de água poluída; identificar os níveis de água máximo e mínimo no local; confirmar a vazão disponível; identificar usuários que captem vazões significativas de água à montante que possam influenciar a vazão no ponto de captação a ser instalado; identificar medidas necessárias à proteção do manancial; estabelecer um diálogo com a comunidade local para obter apoio na escolha do manancial e da melhor alternativa tecnológica para a captação. Vazão: É o volume de água que, em uma unidade de tempo, escoa em um conduto ou curso d’água. Montante: Se refere a um lugar mais próximo da cabeceira, a partir de um ponto de referência em um curso d’água (rio). Ex pl or 10 11 Figura 1. Sistema de captação e adução de água composto por bombas fl utuantes e tubos de polietileno de alta densidade (PEAD). Instalado, em 2014, para retirada do volume morto do Sistema Cantareira Fonte: Vagner Campos Detalhes sobre os sistemas de captação, incluindo os diferentes dispositivos de tomada de água e cálculos de dimensionamento, você encontrará no capítulo 8 do livro Abastecimento de água para consumo humano. Vol. 1 (HELLER; PÁDUA, 2010), páginas 325-374. Ex pl or Adução Uma vez captada, a água seguirá até a ETA por meio de adutoras, que são condutos, tubulações ou canais com a função de transporte de água. A adução por gravidade constitui o meio mais econômico de se transportar água. Porém, necessita de que o local de captação esteja em um nível mais alto do que a ETA. O que nem sempre ocorre. Em casos onde não ocorre desnível, e que seja necessário transportar a água para cotas mais elevadas, são utilizadas as estações elevatórias, que são equipadas com bombas e transportam a água por meio da adução por recalque (bombeamento). Importante! Muito utilizadas no tratamento de água, as bombas centrífugas operam através de sucção e recalque. Em relação à sucção, se a bomba estiver localizada muito acima do nível da água pode ocorrer o fenômeno de cavitação. Dependendo dessa altura, no momento em que a água é succionada pela bomba ela tem sua pressão reduzida, atingindo valores iguais ou inferiores a pressão de vapor. Com isso, formam-se bolhas que impedem a sucção da água, fazendo com que o rotor da bomba gire “em falso”. Como a pressão atmosférica atua na sucção, recomenda-se que a bomba seja instalada a uma altura inferior a 8 mca (metros de coluna de água) em relação ao nível da água que será captada. É importante ressaltar que 8 mca é a altura máxima para uma bomba instalada ao nível do mar e com água a uma temperatura ambiente. No caso da instalação em locais de altitude, o valor de mca tenderá a ser menor. Você Sabia? 11 UNIDADE Captação, Tratamento e Distribuição de Água As adutoras de água bruta são aquelas que antecedem à estação de trata- mento e as adutoras de água tratada são aquelas que interligam a ETA à rede de distribuição. Geralmente, o traçado das adutoras é definido por critérios técnicos e eco- nômicos. Alguns traçados devem ser evitados, como regiões com declividades elevadas, vias de tráfego intenso e áreas pantanosas, que dificultam o acesso para instalação, operação e manutenção. Mas para a adução de água, qual deve ser o material, diâmetro, espessura e comprimento do conduto a ser instalado? Para isso, devem ser realizados os cálculos de dimensionamento. Detalhes sobre o dimensionamento de adutoras você encontrará no capítulo 10 do livro Abastecimento de água para consumo humano. Vol. 2 (HELLER; PÁDUA, 2010), páginas 441-481. Ex pl or Um dado primordial que se deve saber ao se dimensionar adutoras é a vazão (Q) a ser transportada, e que deve ser estabelecida com base: · No consumo da população e/ou nos demais usos consuntivos aos quais a água é destinada, tomando como base a vazão média do dia de maior consumo (QDMC) e a vazão média da hora de maior consumo (QHMC); · Na vazão consumida na ETA (QETA), que representa uma parte do volume total captado que é utilizada na própria ETA e que não segue para a distribuição; · Na vazão mínima na rede de distribuição (Qmin). Adutora QDMC + qETA Elev. Elev. Elev. ETA(a) Reservatório de montante Rede qETA QDMC QHMC Adutora QDMC + qETA Elev. Elev.Elev. ETA(c) Reservatório R1 Reservatório R2 Rede 1 Rede 2 qETA QDMC Q1HMC Q2HMC Q2 DM C Adutora QDMC + qETA Elev. ETA(b) Reservatório de jusanteRede qETA QDMC QDMC - Qmin QHMC - QDMC Adutora QDMC + qETA Elev. Elev. Elev. ETA(a) Reservatório de montante Rede qETA QDMC QHMC Adutora QDMC + qETA Elev. Elev.Elev. ETA(c) Reservatório R1 Reservatório R2 Rede 1 Rede 2 qETA QDMC Q1HMC Q2HMC Q2 DM C Adutora QDMC + qETA Elev. ETA(b) Reservatório de jusanteRede qETA QDMC QDMC - Qmin QHMC - QDMC Adutora QDMC + qETA Elev. Elev. Elev. ETA(a) Reservatório de montante Rede qETA QDMC QHMC Adutora QDMC + qETA Elev. Elev.Elev. ETA(c) Reservatório R1 Reservatório R2 Rede 1 Rede 2 qETA QDMC Q1HMC Q2HMC Q2 DM C Adutora QDMC + qETA Elev. ETA(b) Reservatório de jusanteRede qETA QDMC QDMC - Qmin QHMC - QDMC Fonte: Adaptado de HELLER; PÁDUA, 2010 12 13 Além das vazões, outros pontos devem ser considerados no dimensionamento: · O tempo de funcionamento das ETAs – geralmente, as adutoras por gravi- dade operam 24 horas por dia e as adutoras por recalque costumam tra- balhar por um período determinado, para possibilitar a manutenção dos equipamentos e redução de consumo de energia elétrica; · O material e o comprimento do conduto; · Desnível de altura entre os pontos a montante e a jusante da adutora; · Escoamento no interior das adutoras (dado por equações hidráulicas). Jusante: Se refere a um lugar mais próximo da foz, a partir de um ponto de referência em um curso d’água.Ex pl or Coagulação O processo de coagulação é utilizado em grande parte das ETAs, constituindo uma das etapas de clarificação da água. Consiste em fenômenos físico-químicos que reduzem as forças de repulsão que mantêm separadas as partículas coloidais e suspensas. Isto é feito por meio da adição de coagulantes químicos, usualmente, sais de alumínio ou ferro, como por exemplo, Al2(SO4)3 (sulfato de alumínio) e FeCl3 (cloreto férrico). É importante ressaltar que os íons metálicos formados pela dissolução dos sais de alumínio e ferro, positivamente carregados, formam fortes ligações com os átomos de oxigênio da água, liberando átomos de hidrogênio (H+), o que faz baixar o pH da solução (neste caso da água que será tratada). A coagulação por sais de alumínio e ferro, apresentam condições ótimas em pH entre 6 e 8. Dessa forma, podem ser necessários ajustes no pH utilizando substâncias ácidas ou alcalinas para um melhor resultado do processo. Existem também alguns coagulantes orgânicos, também conhecidos como polímeros. Estes não geram alterações no pH da solução. Porém, podem ser pouco eficientes na remoção de cor ou na precipitação de alguns coloides orgânicos. A unidade de mistura rápida de uma estação de tratamento tem a finalidade de promover a dispersão do coagulante, para que posteriormente ocorra o processo de agregação de partículas, que resultará na formação do floco. Calha Parshall O medidor Parshall, também conhecido como calha Parshall, é um dispositivo utilizado para medir vazão, utilizado na maioria das estações de tratamento do Brasil. Podem ser construídos em alvenaria, resina poliéster ou fibra de vidro e quanto ao formato são constituídos por uma seção convergente, uma zona de 13 UNIDADE Captação, Tratamento e Distribuição de Água estrangulamento ou “garganta” e uma seção divergente (Figura 3). São padronizadas de acordo com a dimensão da garganta(W). Entrada convergente Tudo para medida de nível Saída divergente Garganta Figura 3. Esquema da estrutura de uma calha Parshall (imagem superior) e a aplicação como misturador rápido e medidor de vazão em uma ETA (imagem inferior) Fonte: Wikimedia Commons A vazão é obtida mediante a leitura da altura da lâmina d’água com uma régua no início da seção convergente, ou seja, a montante da garganta. Para otimização da leitura, o valor em centímetros verificado geralmente é comparado com os valores pré-estabelecidos em uma tabela por meio de cálculo, que são correspondentes as vazões. Alguns dispositivos já contam com uma escala graduada em m3/h ou l/h onde não há necessidade de comparação com tabelas. 14 15 Além de ser um dispositivo importante para quantificar o volume de água que entra em uma estação de tratamento, a calha Parshall, devido às suas características (canal aberto com ressalto hidráulico), também tem sido utilizada como uma unidade de mistura rápida, acumulando então duas funções. Floculação Após a adição e dispersão de coagulantes é necessária a agitação da água para que as partículas possam se encontrar para formar flocos, que podem ser posteriormente removidos pelos processos de sedimentação, flotação e/ou filtração. Nessa etapa, a alcalinidade da água assume fundamental importância na ocorrência do fenômeno de floculação por varredura, que muitas vezes é o mecanismo de floculação mais atuante. Nesse processo, o coagulante adicionado na etapa anterior reage com a alcalinidade da água formando hidróxidos metálicos polimerizados altamente insolúveis (de alumínio ou de ferro), que farão o arraste das partículas em suspensão em seus percursos de sedimentação. Dessa forma, o controle da alcalinidade se faz importante, e muitas vezes é necessário o uso de produtos químicos como carbonatos, bicarbonatos e hidróxidos. O processo de floculação depende do tempo de permanência (tempo de deten- ção hidráulico) e da quantidade de energia aplicada na mistura, que pode ser feita por sistemas hidráulicos, mecânicos ou pneumáticos. Nos primeiros sistemas de tratamento de água convencional, eram utilizados siste- mas floculadores constituídos por canais onde se aproveitava a energia hidráulica para a mistura. Assim qualquer sistema constituído por um tanque, canal ou calha pode constituir um floculador hidráulico. Um exemplo comum é o floculador hidráulico de chicanas, constituídos por “labirintos” por onde a água passa gerando fluxo turbulento. Podem ser construídos para operar nas configurações horizontal e vertical (Figura 4). Fluxo Horixontal Fluxo Vertical Figura 4. Floculadores tipo chicana horizontal e vertical 15 UNIDADE Captação, Tratamento e Distribuição de Água Os floculadores hidráulicos podem apresentar algumas limitações: · A limpeza geralmente é difícil; · Pode ocorrer perda de carga; · O tempo de floculação e gradientes de velocidade são todos atrelados a vazão, não podendo ser regulados independentemente. Por essa razão, muitos floculadores hidráulicos foram substituídos por tanques de floculação motorizados, como os floculadores giratórios tipo turbina (Figura 5). Porém, os floculadores mecânicos também têm suas limitações, uma vez que estão sujeitos a problemas mecânicos, elétricos, e em alguns casos possuem zonas mortas ou de baixa mistura. Existem inúmeras variações dos sistemas de floculação hidráu- lico e mecânica. Importante! Jar Test O Jar-test, ou teste do jarro, é o método mais utilizado para avaliar, a partir de uma determinada amostra de água, o processo de coagulação-floculação e o efeito produzido para as etapas seguintes do processo de tratamento de água convencional, a decantação e filtração. Neste teste, são obtidas algumas informações importantes como as dosagens de coagulantes e de ajustadores de pH requeridas. A determinação dessas dosagens é feita adicionando diferentes concentrações dos produtos em cada um dos jarros. As amostras são então agitadas à máxima rotação do equipamento entre 30 segundos a 1 minuto e então floculadas por 15 minutos a uma rotação entre 40 a 50 rpm, evitando a fragmentação dos flocos. Após um período de sedimentação de 10 minutos, é medida a turbidez do sobrenadante e os valores de cada jarro são comparados. Figura 5. Formação de flocos em equipamento Jar-test Fonte: Wikimedia Commons Importante! 16 17 Decantação Decantar é um verbo derivado do latim medieval que significa purificar ou filtrar, sendo considerada a última etapa do processo de clarificação (LIBÂNIO, 2010). Na decantação os flocos formados na etapa anterior são separados da água. Essa separação pode ser realizada por sedimentação ou flotação. É importante que parte das impurezas seja removida já nesta etapa antes de encaminhá-las aos filtros, a fim de controlar o rápido entupimento. A sedimentação é um processo físico que atua por meio das forças gravitacio- nais depositando partículas sólidas em suspensão e com densidade maior do que a da água, em uma superfície ou zona de armazenamento (fundo dos tanques de decantação), com a formação de lodo. Algumas unidades de tratamento, dependendo da composição da água, podem operar sem a utilização de coagulantes químicos e das unidades de mistura rápida e floculação. Nesses casos, ocorre a chamada sedimentação simples, que apresenta como vantagem um menor custo operacional, além de produzir um lodo com uma menor restrição à disposição final, por não ter coagulantes químicos em sua composição. As unidades de decantação são projetadas com base na taxa de escoamento superficial ou taxa de aplicação superficial (TAS), que está relacionada com a velo- cidade de sedimentação das partículas em suspensão. Ela é calculada dividindo-se a vazão de água na entrada do decantador pela sua área (Q/A). A ABNT recomenta que a TAS seja determinada em laboratório. Porém, quando este tipo de ensaio não é possível, devem ser adotados os valores conforme tabela 1. Tabela 1. TAS em função da vazão Vazão tratada na ETA TAS Até 1.000 m3/d Até 25 m3/m2/d Entre 1.000 e 10.000 m3/d Até 35 m3/m2/d quando em bom nível operacional, caso contrário, recomenda-se até 25 m3/m2/d. Mais de 10.000 m3/d Até 40 m3/m2/d Fonte: modificado de (ABNT, 1992 apud HELLER; PÁDUA, 2010) É possível melhor compreender a TAS adequada para operação de decantadores a partir do exemplo apresentado por HELLER e PÁDUA (2010): Exemplo Uma ETA que tem bom nível operacional e que trata 180 L/s, possui dois decantadores, cada um com 8m de largura e 30 m de comprimento. Com base nestes dados calcular a TAS dos decantadores e verificar se o valor encontrado atende o recomendado pela ABNT (1992). 17 UNIDADE Captação, Tratamento e Distribuição de Água Solução · Cálculo da capacidade da ETA (Q) em m3/dia. 1 dia = 86.400 s Q = 180 x 86.400 / 1.000 Q = 15.552 m3/dia · Cálculo da TAS A = Área total de decantação = (8x30) x 2 = 480m2 TAS = Q/A = 15.552/480 = 32,4 m3/m2/d Observando os valores da Tabela 1, verifica-se que estas condições de operação atendem à recomendação da ABNT. Em casos em que as etapas de coagulação e floculação produzem flocos com baixa capacidade de sedimentação, é necessária a utilização de flotadores para separação dos flocos ou a aplicação de baixas TAS. Esta última condição exige a construção de decantadores com uma maior área, mas em uma realidade em que a aquisição de terras possua um custo elevado, ou que o espaço físico seja escasso, muitas vezes estações de tratamento de água que ocupem uma área muito extensa acabam sendo inviáveis. Por isso, atualmente no setor de tratamento de água, busca-se o desenvolvimento de sistemas cada vez mais compactos. Entrada de água bruta Adição de coagulantes Floculadores Decantadores Floculadores Decantadores 60 Filtros 72 Filtros Fluxo da água na ETA Guandu Figura 6. Etapas do tratamento convencional na ETA Guandu que abastece no estado do Rio de Janeiro os municípios de Nilópolis,Nova Iguaçu, Duque de Caxias, Belford Roxo, São João de Meriti, Itaguaí, Queimados e Rio de Janeiro Fonte: Divulgação Cedae 18 19 F oi incluída no Guiness Book como a maior estação de tratamento de água por método convencional, contando com uma vazão de 43 m3/s de água tratada, com capacidade para abastecer cerca de 9 milhões de pessoas. Destaque para os decantadores que ocupam praticamente metade da área da estação. Filtração A filtração é um processo que envolve a passagem da água por um meio poroso, que permite a separação de partículas sólidas de um líquido. Fenômenos físicos, químicos e biológicos estão envolvidos neste processo. Na cadeia do tratamento de água, é considerada a etapa mais importante, sendo que, em alguns casos, o tratamento pode ser constituído apenas pela filtração. Existem inúmeros tipos de filtros, com os mais variados tipos de meios filtrantes. Os tipos mais comuns são os filtros de areia, amplamente utilizados nas ETAs. Devido ao seu grande destaque como processo de purificação de água, trataremos da filtração mais detalhadamente na unidade 4. Desinfecção A desinfecção consiste na etapa que finaliza o processo de desinfecção da água. Nela são inativados os microrganismos que passaram pelos processos de clarificação e filtração, por meio da utilização de agentes desinfetantes físicos e /ou químicos. É importante destacar aqui a diferença entre desinfecção e esterilização, uma vez que na esterilização são aplicados processos que destroem todos os micror- ganismos, enquanto na desinfecção ocorre a destruição ou inativação de grande parte dos microrganismos. No processo de inativação de microrganismos, o agente desinfetante atua nos microrganismos de forma que eles tornem-se in- capazes de se reproduzir, ou no caso dos patogênicos, não sejam capazes de transmitir qualquer enfermidade. Os agentes desinfetantes podem agir por meio de um ou da combinação dos seguintes processos: a) Destruição da estrutura celular; b) Interferência no metabolismo com inativação de enzimas; c) Interferência na síntese de proteínas, ácidos nucleicos e coenzimas, impossibi- litando o crescimento celular. Pode-se dizer que este é o caráter corretivo do processo de desinfecção, porém, ele também tem caráter preventivo, já que principalmente na distribui- ção de água para consumo humano é mantida uma concentração residual do desinfetante para atuar preventivamente, caso ocorra alguma contaminação na rede de distribuição. 19 UNIDADE Captação, Tratamento e Distribuição de Água Os mecanismos de desinfecção dependem da natureza do desinfetante e do tipo de microrganismo que será inativado. Alguns grupos como esporos e vírus são mais resistentes, por exemplo, do que a maioria das bactérias. Embora seja uma etapa indispensável para estabelecer maior segurança em relação à qualidade microbiológica da água, o uso de produtos químicos desin- fetantes deve ser cuidadoso, com dosagens adequadas, uma vez que atuam na inativação de microrganismos, também podem gerar problemas de saúde ao con- sumidor, quando ministrados em dosagens excessivas ao recomendado. Dentre os agentes desinfetantes utilizados no tratamento de água, o cloro (Cl2) é o mais utilizado. A preferência da utilização do cloro ocorre porque: a) Pode ser encontrado nas formas de gás (sua forma original), líquido ou sólido (na forma de hipoclorito); b) É mais barato em relação a outros desinfetantes; c) Tem alta solubilidade em água, o que facilita sua aplicação; d) Deixa um residual em solução, o que permite uma aplicação preventiva no controle de microrganismos; e) Sua concentração é facilmente determinável em uma solução; f) É capaz de destruir grande dos microrganismos patogênicos. A aplicação do cloro como agente desinfetante data de 1825, na França, tendo sido este gás, utilizado para desinfecção de esgotos. Porém, sua aplicação na desinfecção de água de abastecimento só ocorreu em 1905, na Inglaterra. Este gás é produzido para fins comerciais, principalmente pela eletrólise da salmoura, produzindo simultaneamente hidróxido de sódio e hidrogênio: EQ1. 2NaCl + 2H2O + corrente elétrica 2 NaOH + Cl2 + H2 Esse processo é também denominado processo de produção cloro-soda. O cloro produzido é armazenado como um gás liquefeito, sob pressão, em cilindros de aço. À pressão atmosférica normal, entra em ebulição passando a gás, com coloração amarelo-esverdeado. Disperso na atmosfera, o odor do cloro já é perceptível em baixas concentrações. À 0,0015 l/m3 de ar, causa irritações nas mucosas; à 0,03 l/m3 torna-se fatal, matando instantaneamente. Dessa forma, sua utilização e operação, em ETAS, devem ser feitas com muito cuidado e seguir rigorosamente normas de segurança. 20 21 Na forma de hipoclorito de cálcio ou de sódio, o emprego do cloro geralmente se restringe às ETAs de pequeno porte. Importante! A partir de 1974, foi observado que o uso do cloro poderia levar a formação de triha- lometanos (THM) em águas de abastecimento. Diversas pesquisas nos últimos anos têm demonstrado a capacidade de formação de THM pela reação do cloro com algu- mas substâncias orgânicas, principalmente substâncias húmicas. Tem sido verifi cado que os THM são potencialmente cancerígenos, e assim como outros subprodutos da cloração, representam riscos à saúde quando presentes na água em concentrações elevadas. Porém, os riscos oferecidos à saúde humana, associados aos produtos deri- vados da cloração, geralmente, são menores do que aqueles decorrentes de doenças de veiculação hídrica, caso não seja aplicado um método de desinfecção voltado ao controle de microrganismos patogênicos. Algumas desvantagens do cloro, como a capacidade de produção de THM, vêm moti- vando cada vez mais o interesse pelo desenvolvimento de desinfetantes alternativos, e que também apresentem viabilidade econômica para o emprego em estações de tratamento de água. Atualmente, temos como métodos de desinfecção alternativos ao cloro, as aplicações de: ozônio (o mais próximo competidor do cloro e dentro do tratamento de água), dióxido de cloro (não gerador de THM), peróxido de hidrogênio e radiação ultravioleta (UV). Importante! Fluoretação O flúor é comumente adicionado à água sob a forma de fluoreto de sódio, fluoreto de cálcio, ácido fluorsilicico, ou fluorsilicato de sódio. Sendo uma medida de prevenção da perda de minerais dos esmaltes dos dentes deixando-os mais resistentes à ação de microrganismos. Porém, o excesso de flúor pode gerar fluorose, que são manchas escuras nos dentes provocadas pela exposição ao flúor por períodos prolongados. Alguns grupos de estudiosos se posicionam a favor da diminuição dos níveis de flúor, na água, buscando reduzir possíveis danos aos ossos, sistema nervoso e endócrino. Outros grupos se mantêm a favor das atuais concentrações de flúor, principalmente em relação à prevenção da cárie. Dessa forma, sua aplicação na água é bastante controversa. Além da água, a ingestão de flúor se dá por meio da ingestão de alimentos. De acordo com a portaria 518 do Ministério da Saúde, o valor máximo permitido de fluoreto em águas potáveis é de até 1,5 mg/l, sendo ideal concentrações entre 0,6 e 0,8 mg/l. 21 UNIDADE Captação, Tratamento e Distribuição de Água Corrosividade e Agressividade da Água Devido a algumas de suas propriedades, a água pode gerar dano a diversos tipos de matérias. O ataque da água aos materiais que compõem os sistemas de abastecimento pode receber diferentes nomes de acordo com o material atacado. O termo corrosão refere-se à deterioração de superfícies metálicas, enquanto o termo agressão é utilizado para superfícies não metálicas. Tanto a corrosão quanto a agressão causadas pela água podem gerar problemas econômicos voltados ao próprio tratamento de água (como rompimento de tubulações e redução da capacidade de adução de tubos), bem como problemas sanitários. Um exemplo é corrosão de metais com um aumento significativo de suas concentraçõesna água de abastecimento. Já vimos na Unidade 2 que são estabelecidos pelos padrões de potabilidade de água concentrações limites de metais, sendo estas mais restritivas para a maioria dos metais pesados. As principais condições da água que contribuem para os processos de corrosão e agressividade são teores muito baixos de dureza e alcalinidade e pH ácido (abaixo de 6,8). Nessas condições, foram constatados, por exemplo, fenômenos de corrosão em tubulações de aço galvanizado, bem como agressões a paredes de concreto armado de estações de tratamento e reservatórios de distribuição. Dessa forma, é comum, quando necessário, um ajuste de pH após o tratamento, bem como um controle da alcalinidade e dureza da água. Figura 7. Corrosão em adutoras metálicas provocam vazamentos e interrupção no fornecimento de água Fonte: Pedro Negão, 2013 Um maior detalhamento sobre os processos de corrosão e agressão em estações de tratamento de água você encontrará no capítulo 15 do livro Fundamentos de qualidade e tratamento de água (LIBÂNIO, 2010), páginas 455-475. Ex pl or 22 23 Distribuição A unidade do sistema de abastecimento constituída por tubulações e órgão acessórios que conectam as estações de tratamento de água aos logradouros, tendo como finalidade fornecer em regime contínuo água potável em quantidade e pressões adequadas é denominada rede de distribuição. Para o planejamento de instalação de redes de distribuição e determinação da vazão de distribuição é necessário considerar: · As vazões para atender as áreas de consumo, incluindo oscilações e horários de picos de consumo; · As vazões demandadas por grandes consumidores (como grandes centros comerciais, shopping centers, indústrias etc.); · As vazões futuras demandadas por áreas em expansão. No dimensionamento das redes de distribuição, são utilizadas as vazões da hora e do dia de maior consumo. Dessa forma, para calcular a vazão de distribuição necessária a uma determinada região, é utilizada a seguinte expressão: QD = k1 k2 q P 86400 Na qual: QD: vazão de distribuição (L/s); K1: coeficiente do dia de maior consumo; K2: coeficiente da hora de maior consumo; P: população de projeto da área considerada (hab); q: consumo médio per capita de água, incluindo as perdas de água no sistema público de abastecimento de água (L/hab.dia). Eq. 2 Fonte: HELLER e PÁDUA, 2010. A vazão de distribuição, excluídas as vazões de grandes consumidores, podem ser associadas à área ou à extensão de tubulações distribuídas para o atendimento de uma determinada área. Quando a vazão de distribuição é aplicada à área ou ao comprimento total das tubulações, ela é denominada vazão específica de distribuição, sendo calculada em L/s.ha ou em L/s.m. As fórmulas de cálculo são: 23 UNIDADE Captação, Tratamento e Distribuição de Água qa = = k1 k2 q P QD 86400 A A qm = = k1 k2 q P QD 86400 L L Na qual: qa: vazão específica de distribuição por área (L/s.ha); qm: vazão específica de distribuição por metro de tubulação ou em marcha (L/s.m); A: superfície da área a que a vazão de distribuição se aplica (ha); L: comprimento das tubulações de distribuição na área a que a vazão de distri- buição se aplica (m); QD, k1, k2, q e P: os mesmos significadosque os discriminados para a Equação 2. Eq. 3 Eq. 4 Fonte: HELLER e PÁDUA, 2010. Observando o exemplo dado por Heller e Pádua (2010), é possível compreen- der melhor a aplicação dos conceitos de vazão de distribuição e vazão específica de distribuição: Exemplo Em uma cidade de médio porte com os seguintes dados: área = 200 há; população = 20.000 habitantes; consumo de água per capita médio = 200 L/hab. dia; k1 = 1,2; k2 = 1,5. Quarteirões com as dimensões: 100m x 100m (incluindo a largura das ruas) sendo o comprimento total das tubulações igual ao das ruas, em um total de 40.000m (200m/ha). Com base nos dados desta cidade qual é a vazão de distribuição (QD) e as respectivas vazões de distribuição por área (qa) e por metro de tubulação (qm)? Solução QD = 1,2 x 1,5 x 200 x 20.000 / 86.400 = 83,3 L/s qa = 1,2 x 1,5 x 200 x 20.000 / 86.400 x 200 = 0,41 L/s.ha qm = 1,2 x 1,5 x 200 x 20.000 / 86.400 x 40.000 = 0,002 L/s.m As redes de distribuição geralmente são constituídas por tubulações prin- cipais, também denominadas de tubulações-tronco ou mestras, alimentadas diretamente por um reservatório de montante, ou por um de montante e um de jusante. Dessas principais partem as secundárias das quais saem praticamente à totalidade das vazões que chegam aos ramais prediais. A rede de distribuição deve ser construída com tubos com diâmetro mínimo e 100mm para as tubulações principais e nos 50mm para tubulações secundárias. Sendo permitido particularmente para comunidades com população de projeto de até 5.000 habitantes, o emprego de 25mm para servir até 10 economias (unidades de consumo de água), 30mm até 20 economias e 40mm para até 50 economias. 24 25 Geração de Resíduos em Estações de Tratamento de Água É indiscutível a importância das ETAs no fornecimento de água para o abas- tecimento público. Porém, uma vez que consideramos as ETAs como indústrias de água potável, como toda indústria, elas também são geradoras de impactos ambientais negativos. No Brasil, existem cerca de 7.500 ETAs projetadas, sendo que a grande maioria opera com o sistema convencional, que como foi visto anteriormente, contemplam as etapas de coagulação, floculação, decantação e filtração. Este sistema gera resíduos ao reter as impurezas da água e devido à utilização de produtos químicos. Os principais resíduos gerados são o lodo proveniente de decantadores e a água de lavagem de filtros (ALAF), que também é utilizada para a lavagem de floculadores e decantadores (ACHON et al., 2013). Os resíduos gerados com as descargas dos decantadores possuem quantidade elevada de sólidos e materiais indesejáveis, devendo passar por tratamento adequado. Os resíduos provenientes de ALAF também possuem sólidos em sua composição e representam, em geral, de 1 a 5% do volume total de água tratada de uma ETA, representando uma perda da água que poderia ser utilizada para o abastecimento. Porém, o tratamento e disposição final de lodos de decantadores e o aproveita- mento de águas de lavagem de filtros, pois estes resíduos apresentam caracterís- ticas e propriedades diversas e geralmente desconhecidas, dificultando a solução do problema. Importante! A maioria das ETAs do estado de São Paulo lança os lodos gerados nos decantadores em corpos d’água mais próximos sem tratamento prévio, causando problemas ambientais (CORDEIRO, 1993; MORITA, 2002 apud ACHON et al., 2013). Uma realidade também comum em outros estados brasileiros. Um agravante constatado é que a maioria das ETAs não mede a quantidade de resíduos gerados e muito menos avalia suas características (ACHON et al., 2013). Desta forma, que medidas de planejamento e gerenciamento devem ser tomadas respec- tivamente para os novos projetos de ETAs e para as estações atualmente em operação? Para se ter uma ideia, nos Estados Unidos, 25% das ETAs aplicam o lodo no solo, 24% lançam no sistema público de esgotos, 20% realizam secagem do logo para disposição fi nal em aterro, 13% para aterros exclusivos para lodo, 7% utilizam outras formas de disposição e aproveitamento e apenas 11% lançam lodos em corpos d’água. No Reino Unido, o lançamento em corpos d’água é ainda menor, apenas 2% (CORNWELL et al., 2000; SIMPSON et al., 2002 apud ACHON et al., 2013). Trocando ideias... 25 UNIDADE Captação, Tratamento e Distribuição de Água Material Complementar Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade: Sites Tratamento de Água (Sabesp) https://goo.gl/LzeUUk Tratamento de água (Química Ambiental – USP) https://goo.gl/3u7NwJ Vídeos Ensaio Jar-Teste Tratamento de Água https://youtu.be/-fYLb7MzTrk Tratamento de Água – Sabesp https://youtu.be/P2ShcHsEGts ETAs Guandu (Rj) e Guaraú (Sp) https://youtu.be/KD95B3-sY7wLeitura Resíduos de estações de tratamento de água e a ISO 24512 ACHON, C. L.; BARROSO, M. M.; CORDEIRO J. S. Resíduos de estações de tratamento de água e a ISO 24512: desafio do saneamento brasileiro. Eng. Sanit. Ambient. v. 18, n. 2, 2013. https://goo.gl/qr0xdZ 26 27 Referências ACHON, C. L.; BARROSO, M. M.; CORDEIRO J. S. Resíduos de estações de tratamento de água e a ISO 24512: desafio do saneamento brasileiro. Eng. Sanit. Ambient. v. 18, n. 2, 2013. CORDEIRO, J.S. O problema dos lodos gerados em decantadores de estações de tratamento de águas. Tese (Doutorado) – Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, p. 342, 1993. CORNWELL, D.A.; MUTTER, R.N.; VANDERMEYDEN, C. Commercial Appli- cation and Marketing of Water Plant Residuals. Denver: American Water Works Association, 2000. HELLER, L.; DE PÁDUA, V. L. Abastecimento de água para consumo humano. Vol. 1. 2. ed. Belo Horizonte: Editora UFMG, 2010. _________. Abastecimento de água para consumo humano, Vol. 2. 2. ed. Belo Horizonte: Editora UFMG, 2010. LIBÂNIO, M. Fundamentos de qualidade e tratamento de água. 3. ed. Campinas, SP: Editora Átomo, 2010. MORITA, D.M; SAMPAIO, A.O.; MIKI, M.K.; DAVID, A.C. Incorporação de Lodos de Estações de Tratamento de Água em Blocos Cerâmicos. Revista SANEAS, v. 14, p. 7-12, 2002. 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