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TRATAMENTO E ABASTECIMENTO DE ÁGUA VALDINEI MENDES DA SILVA LUCY ANNE GUTIERREZ JOSÉ ALMIR PEREIRA INTRODUÇÃO As demandas de água de uma comunidade, seja para o uso comercial, público, industrial ou consumo doméstico, são atendidas pelos sistemas de abastecimento de água (SAA). Desta forma, podemos dizer que um SAA tem a finalidade de produzir e distribuir água em qualidade e quantidade suficientes para atender as necessidades de uma população. A implantação de sistema coletivo de abastecimento de água melhora as condições de vida e contribui para o desenvolvimento econômico da comunidade, tendo como atividade inicial a elaboração de projeto em que são determinadas a qualidade e a vazão de água necessária para atender a população em diferentes horas e dias da semana. Para isso devem ser observadas as normas vigentes de qualidade da água, e conhecidos o período de alcance do projeto, as previsões de crescimento populacional, os fatores que afetam o consumo, as variações de consumo no tempo (horárias, diárias, semanais, mensais), a estimativa de perdas de água no sistema de abastecimento, entre outros. O período de alcance do projeto é relacionado com a capacidade do sistema em atender a demanda de água da população futura, a qual é determinada com a utilização de métodos matemáticos como o aritmético, o geométrico, o da curva logística. Entre os fatores que afetam e provocam variação no consumo de água de uma comunidade estão: Clima, em geral, o aumento da temperatura resulta em maior consumo de água; Hábitos higiênicos e padrão econômico da população abastecida; Industrialização e população flutuante; Medição de consumo, quando as ligações de água não são micromedidas, o consumo de água costuma ser maior; Quantidade e qualidade da água fornecida; Valor da tarifa de água. 1. TIPOS DE USO DE ÁGUA NAS CIDADES Normalmente, as companhias de saneamento classificam seus usuários em quatro categorias de consumo (residencial, comercial, público e industrial), para definição da estrutura tarifária dos serviços de abastecimento de água e de esgotamento sanitário. O consumo doméstico de água ocorre nas áreas internas e externas das habitações. Nesse grupo estão incluídos os volumes de água utilizados na preparação de alimentos, ingestão, lavagem de roupas e utensílios, higiene pessoal, descarga de bacias sanitárias, eventuais perdas (vazamentos em torneiras, chuveiros e outros), lavagem de automóveis, etc. A utilização da água em atividades comerciais é muito diversificada e depende da atividade e do porte do empreendimento. Entre esses estão os consumos de água em escritórios, consultórios, livrarias, salões de beleza, lojas em geral, locadoras de vídeo, mercearias, lanchonete, açougue, oficinas, bares, restaurantes, hotéis, pensões, motéis, hospedarias, cinemas, teatros, supermercados, postos de gasolina, lava-jato, laboratórios, academias de ginástica, estacionamentos, hospitais, clínica, farmácias, escolas, creches, faculdades, instituições financeira etc. No Quadro 1.1são apresentados os consumos de água em algumas atividades comerciais. Quadro 1.1 – Consumo de água em atividades comerciais PRÉDIO UNIDADE CONSUMO DE ÁGUA (L/hab.dia) Escritório Pessoa 50 Restaurante Refeição 25 Hotel (sem cozinha e lavanderia) Pessoa 120 Lavanderia Kg/roupa seca 30 Hospital Leito 250 Cinema, teatro e templo Lugar 2 Edifício comercial Pessoa 50 Fonte: Adaptado de Tsutiya (2004) A água em uma instalação industrial pode ser utilizada no produto (água incorporada em alimentos, bebidas, perfumes etc.), no processo de produção (água para geração de vapor, preparação de argamassa e outros), na higiene pessoal, na preparação de alimentos, na limpeza geral e manutenção de áreas do estabelecimento e em usos não rotineiros (água para incêndio). No Quadro 1.2 são relacionados valores do consumo de água em algumas atividades industriais. Quadro 1.2 – Consumo de água em algumas atividades industriais ESTABELECIMENTO UNIDADE CONSUMO (L/dia) Indústria – uso sanitário Operário 70 Matadouro – animais de grande porte Cabeça abatida 300 Matadouro – animais de pequeno porte Cabeça abatida 150 Laticínio Kg de produto 1 – 5 Curtumes Kg de couro 50 – 60 Fábrica de papel Kg de papel 100 – 400 Fonte: Adaptado de Tsutiya (2004) A água utilizada para fins públicos é aquela destinada para irrigação de jardins públicos, limpeza pública, albergues, penitenciárias, escolas, creches, órgão da administração pública, unidades militares, biblioteca pública, entre outras. 2. SISTEMAS DA ABESTECIMENTO DE ÁGUA Para a água utilizada nas áreas urbanas ser disponibilizada aos consumidores, é importante o conhecimento das características do manancial e do consumo previsto para a comunidade. É importante observar que o volume disponível e a qualidade da água bruta do manancial podem variar de acordo com a sazonalidade. De acordo com a ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (1992), na NBR 12211, é recomendada a utilização de mananciais com condições sanitárias satisfatórias e que, isolados ou agrupados, apresentem vazão suficiente para atender à demanda máxima prevista para o abastecimento de água no alcance do plano. Normalmente nas áreas urbanas são utilizados mananciais superficiais e subterrâneos, porém em locais com grande precipitação pluviométrica e pequena densidade populacional pode ser também aproveitada a água de chuva. No Quadro 1.3 são relacionadas as principais características dos mananciais de abastecimento de água. Quadro 1.3. Relação entre quantidade e qualidade de água em função do tipo de manancial. Manancial Quantidade de água Qualidade de água Superficial Depende de fatores como: Área e bacia de contribuição; Relevo da bacia; Condições da superfície do solo; Constituição geológica do subsolo; Clima; Existência de obras de controle e utilização da água a montante do local de captação. Depende de fatores como: Grau de ocupação da bacia de contribuição; Prática de atividades potencialmente poluidoras na área da bacia; Existência de pontos de lançamento de esgoto a montante Subterrâneo Freático Geralmente capaz de atender a uma família ou a um pequeno grupo de famílias. Água sofre infiltração natural pelas camadas do solo; Grande exposição à contaminação por organismos patogêncios, devido principalmente à proximidade de fossas, falta de higiene no manuseio ou entrada de água de chuva. Subterrâneo Confinado Pode atender a cidades de pequeno, médio ou grande porte, dependendo das características geológicas do subsolo, entre outros fatores. Pouca exposição à contaminação por atividades humanas, podendo haver presença de substâncias químicas nocivas ao homem; Água da chuva Depende da pluviosidade do local Por não possuir sais dissolvidos é insípida e pouco digestiva; Pode sofrer contaminação nos telhados por partículas ou por fezes de pequenos animais Fonte: Heller e Casseb (1995) Na área da bacia do manancial é indispensável que sejam identificadas as atividades potencialmente poluidoras (ocupações populacionais, indústrias, atividades agropecuárias, etc.), bem como avaliada a qualidade da água do manancial, o que requer coleta de amostras e realização de análises laboratoriais. A definição do manancial deve ocorrer no estudo da concepção do sistema de abastecimento de água, que normalmente é constituído pelas unidades de captação, elevação, adução, tratamento, preservação e distribuição de água, conforme representado na Figura1.1. Figura 1.1. Unidades constituintes de um sistema de abastecimento de água. A água do manancial pode ser retirada por gravidade ou bombeamentoe transportada em canal ou tubulação até a estação de tratamento. Após o tratamento, a água é encaminhada para reservatórios e, então, para a rede de distribuição. Esse sistema deve atender as demandas doméstica, comercial, pública e industrial. Segundo a ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT), na NBR 12211 (1992), a demanda de água deve ser obtida a partir do cálculo do coeficiente do dia de maior consumo (k1), que consiste na relação entre o maior consumo diário de água e o consumo médio diário no mesmo período, e nas mesmas ligações. Também deve ser considerado o coeficiente da hora de maior consumo (k2), que é a relação entre a máxima vazão horária e a vazão média do dia de maior consumo. Estação Elevatória (EE) EE Estação de Tratamento de Água (ETA) Elevatória Reservatório elevado Cisterna Adutora de água tratada Adutora de água bruta Reservatório da ETA Manancial Captação A melhoria progressiva das instalações sanitárias domiciliares no decorrer dos anos e o próprio crescimento das cidades implicam em novos usos e maiores perdas de água, ou seja, o índice de consumo por habitante cresce anualmente, sendo necessário considerar esse incremento sempre que forem realizadas projeções de demanda de longo alcance (AZEVEDO NETTO et al. 2002). 3. CAPTAÇÃO De acordo com a ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (1992), na NBR 12213, a unidade de captação é o conjunto de estruturas e dispositivos construídos ou montados junto a um manancial, para a retirada de água destinada ao sistema de abastecimento. Heller e Casseb (1995) recomendam que sejam avaliados os seguintes fatores na seleção do ponto de captação: Possíveis custos de desapropriação; Distância da captação à estação de tratamento de água; Necessidade de estações elevatórias; Disponibilidade de energia elétrica; Facilidade de acesso. Segundo Pereira etal. (1987), a captação das águas superficiais é geralmente constituída das seguintes partes: Barragens para manutenção do nível ou regularização de vazão – São obras executadas em um curso d’água, ocupando toda sua largura, para manter o nível da água em cota pré-estabelecida de modo a permitir o bom funcionamento do sistema de captação. Órgãos de tomada d’água com dispositivos para impedir a entrada de materiais flutuantes ou em suspensão na água. Para este fim são utilizados grades, crivos, telas e outros. Estes dispositivos têm a finalidade de remover sólidos decantáveis (areia), materiais flutuantes e em suspensão (folhas, galhos, plantas aquáticas), além de peixes, répteis, moluscos e qualquer outro material que possa impedir o bom funcionamento das unidades a jusante. Dispositivos utilizados para controlar ou impedir a entrada de água no sistema, possibilitando a operação e a realização de manutenções no sistema. Normalmente, para este fim são utilizadas comportas, válvulas, registros e adufas. Canais e tubulações – condutos utilizados para interligação entre as unidades do sistema. Poços de tomada – poço destinado para instalação da tubulações de sucção das bombas. Na Figura 1.2 são mostradas grades para a remoção de material grosseiro e o sistema de bombeamento utilizado na unidade de captação de água superficial. a b Figura 1.2. Grade utilizada para retenção do sólidos grosseiros (a), Sistema de bombeamento de água bruta do rio Guamá Belém -PA (b). Na captação de águas de chuvas devem ser utilizados reservatórios para acumulação do volume captado nos telhados das edificações. Contudo, a sua utilização segura depende do condicionamento adequado, já que a água de chuva captada pode ser poluída/contaminada por impurezas dos telhados, como dejetos de pássaros, folhas, partículas etc. Para captação de água subterrânea de aqüíferos livres ou confinadossão construídos poços, bem como são utilizadas caixas de tomada para captação de água de fonte de encosta ou de fonte de fundo de vale. 4. ADUTORAS As adutoras são grandes tubulações ou canais utilizados no transporte de água entre as unidades do sistema de abastecimento de água, como da captação para as estações de tratamento e destas para os reservatórios. Em alguns casos, são instaladas ramificações na linha de adução, as quais são denominadas de subadutoras. É importante observar que não deve ocorrer distribuição de água diretamente das adutoras aos consumidores, pois isso reduz a vazão transportada e desequilibra hidraulicamente o sistema de abastecimento de água. De acordo com a natureza da água transportada, as adutoras são classificadas: em adutora de água bruta ou de água tratada, Uma outra classificação é quanto a energia utilizada para movimentação da água, existindo adutoras com escoamento por gravidade, por recalque ou misto. O escoamento da água na adutora por gravidade é tipo conduto livre, com a água sujeita a pressão atmosférica no deslocamento de ponto mais alto para ponto mais baixo. Na adutora por recalque ocorre transporte da água em conduto forçado, que é caracterizado pela água apresentar pressão maior que a da atmosfera e ocupar totalmente a seção de escoamento. Isso ocorre em sistemas que utilizam equipamentos para impulsionar a água. A adutora é considerada mista quando apresenta trechos por gravidade e por recalque. Normalmente, a interrupção do funcionamento da adutora compromete o abastecimento de água na cidade, em proporções que podem variar com a vazão de água transportada e com o tempo de interrupção. No projeto da adutora devem ser consideradas a vida útil, a vazão de água e o tempo de funcionamento diário. A vida útil da adutora é relacionada com a evolução da demanda de água, com o custo da obra e com a flexibilidade da operação. O tempo de funcionamento da adutora é relacionado com a variação diária da demanda de água na comunidade, com o custo de energia elétrica e com a existência de reservatório no sistema de abastecimento de água. É oportuno observar que a acumulação de água em reservatório reduz o tempo de funcionamento da adutora e da estação elevatório (bombeamento). Por sua vez, a vazão de adução deve ser estabelecida com base na população abastecida e no valor do consumo médio per capita de água, observando, ainda, o coeficiente de segurança para as variações de demanda e o valor da perda de carga (de energia) na adutora. A perda de energia é relacionada com a redução da pressão da água e ocorre ao longo e em pontos localizados da adutora, como mudanças de direção, mudanças de diâmetro, órgãos acessórios, registros, válvulas, conexões etc. 5. TRATAMENTO DE ÁGUA A escolha da tecnologia de tratamento da água depende das características da água bruta e da qualidade desejada para a água final. No entanto, fatores como os custos de implantação, exigências operacionais, área disponível, entre outros, devem ser considerados quando existe a possibilidade de aplicação de mais de uma tecnologia de tratamento. A potabilização de qualquer tipo de água é possível tecnicamente, no entanto, os riscos sanitários e os custos envolvidos no tratamento de águas contaminadas podem ser muito elevados, exigindo o emprego de tecnologias cada vez mais caras e sofisticadas (PÁDUA, 2006). No Brasil, os procedimentos e responsabilidades relativos ao controle e vigilância da qualidade da água para consumo humano e seu padrão de potabilidade são estabelecidos pela Portaria 2914 do Ministério da Saúde. Segundo Pádua (2006), o tratamento da água tem as seguintes finalidades: Remover da água os organismos patogênicos e as substâncias químicas orgânicas e inorgânicas que podem causar danos à saúde humana; Atender aos parâmetros estabelecidos pela portaria 2914 (Brasil, 2004); Deixar a água esteticamente agradável; Produzir água quimicamenteestável, para que não provoque incrustações ou corrosão excessiva nas tubulações de distribuição. Os principais tipos de estação de tratamento de água para abastecimento público são convencional, filtração direta e de desferrização. 5.1. Tratamento convencional ou completo No tratamento convencional ou completo a água passa pelas etapas de mistura rápida, floculação, decantação, filtração, desinfecção, fluoração e se necessário correção de pH.conforme representado na Figura1.3. Figura 1.3. Fluxograma de tratamento da ETA Bolonha Belém-PA. Fonte: Companhia deSaneamento do Pará - COSANPA Mistura rápida A mistura rápida é utilizada para dispersão de produtos químicos na água bruta, tendo pequeno tempo de detenção (tempo de permanência da água na unidade) e elevado gradiente de velocidade (relacionado com a agitação da massa líquida). A dispersão do produto químico é conseguida hidraulicamente(vertedores e medidor Parshall etc.) ou mecanicamente (turbinas, rotores de bombas centrífugas etc). Nas ETA’s brasileiras é muito empregado o medidor hidráulico Parshall 1 , conforme mostrado na Figura 1.4. a b Figura 1.4. Medidor Parshall da ETA Moro Redondo – Belo Horizonte – MG (a), Ajuste de pH ETA Morro redondo – Belo Horizonte – MG (b) Os produtos químicos reagem quimicamente com as impurezas presentes na água, em geral de carga negativa em meio aquoso, reduzindo a força de repulsão entre essas impurezas (coagulação) e possibilitando, assim, a sua aglutinação na unidade seguinte (floculação). Os principais produtos químicos coagulantes são o sulfato de alumínio, o sulfato ferroso, o sulfato ferroso clorado, o sulfato férrico e o cloreto férrico, os quais têm eficiência que dependem das características da água bruta e das condições operacionais. Em algumas situações, é necessário a utilização de produtos químicos complementares, como os auxiliares de floculação e os que alteram o valor do pH da água bruta. 1 Também utilizado para medição indireta d vazão Comumente, são realizados ensaios em equipamento jarteste (Figura 1.5) ou em escala piloto para determinação da(s) dosagem(ns) do(s) produto(s) químico(s). Nesses ensaios são avaliadas a agitação da massa líquida (determinada pelo gradiente de velocidade) e a remoção de impurezas presentes na água. Figura 1.5. Equipamento de jarteste Floculação A floculação pode ser hidráulica ou mecanizada, tendo a finalidade de aglutinar as partículas desestabilizadas (redução da força de repulsão) na unidade de mistura rápida, ou seja, é empregada para a formação de flocos de tamanho e massa especifica adequados para remoção na unidade seguinte (decantação ou flotação). O encontro das partículas para formação dos flocos é conseguido pela redução na agitação da massa líquida (gradiente de velocidade menor do que na unidade anterior), as unidades de floculação podem ser hidráulicas ou mecanizadas, Nos floculadores mecanizados são utilizados equipamentos que promovem a agitação da massa líquida, enquanto na floculação hidráulica, a agitação da massa líquida é conseguida, geralmente, pela constante mudança de velocidade e direção do escoamento água. A floculação hidráulica apresenta as seguintes vantagens: a) menor custo de construção e manutenção, pois não necessita equipamentos eletromecânicos; b) não consome energia elétrica e apresenta maior simplicidade operacional. No entanto, esses floculadores apresentam a desvantagem de não permitir a alteração do gradiente de velocidade, o que, segundo Di Bernardo et. al. (2003), pode inviabilizar a sua utilização em ETA’s em que a qualidade da água bruta apresenta grande variação sazonal. Por sua vez, os floculadores mecanizados alteram o gradiente de velocidade e proporcionam agitação mais homogênea da massa líquida. No entanto, consomem energia elétrica e necessitam de mão de obra especializada para manutenção. A agitação da massa líquida (gradiente de velocidade) e o tempo de detenção são parâmetros fundamentais para o bom desempenho da unidade de floculação, os quais devem ser primeiramente determinados em sistema piloto ou em equipamento de jarteste. No início da floculação são numerosas e menores as partículas desestabilizadas (coagulação), as quais vão sendo aglutinadas em flocos que aumentam de tamanho e se tornam mais sensíveis, Portanto, é importante determinar a redução gradativamente do gradiente de velocidade (agitação da massa líquida) nas câmaras de floculação, visando evitar a quebra de flocos já formados. A eficiência da unidade de floculação pode ser melhorada com a utilização de auxiliares de floculação, como polímeros naturais e sintéticos. Decantação / Flotação A clarificação da água ocorre pela remoção dos flocos na unidade de decantação ou de flotação, Quando o peso específico dos flocos é maior que o da água é utilizado decantador para sedimentação dos flocos para o fundo (ação da gravidade), conforme representado na Figura 1.6 Água Cagulada Floculador DecantadorCanal de descarga de lodo Água Clarificada Figura 1.6. Decantador convencional A unidade de flotação é utilizada nos casos em que os flocos apresentam baixa decantabilidade, Nesse processo é empregado dispositivo para introduzir água pressurizada e liberar microbolhas de ar (solução Ar+Água), as quais no movimento ascendente, arrastam os flocos formados na unidade de floculação, sendo a água clarificada removida no fundo e os flocos na superfície do tanque de flotação, conforme representado na Figura 1.7. Flotador Água Clarificada Água Cagulada Floculador Sistema de raspagem de lodo Microbolhas Ar+Água ( ) Câmara de Saturação Canal de coleta de lodo Figura 1.7. Unidade de Flotação No projeto da unidade de remoção dos flocos devem ser consideradas as velocidades de sedimentação (VS) e de flotação (VF), as quais podem ser determinadas em sistema piloto, equipamento de jarteste (VS) ou de flotateste (VF). Em comparação com a sedimentação, normalmente a flotação tem área menor, menor consumo de coagulante primário, menor tempo de detenção da massa líquida e produção de lodo com maior teor de sólidos. Contudo, PÁDUA (2006) observa que a flotação requer equipamento para a formação das microbolhas, o que aumenta o consumo de energia elétrica e exige operadores mais qualificados. O material formado pelos flocos retidos no fundo do decantador ou na superfície dos flotadores é denominado de lodo e é potencialmente perigoso (apresenta microrganismos, metais etc). Portanto, deve ser removido, de forma contínua ou periódica, e condicionado/tratado antes da sua destinação final. Filtração Na unidade de filtração ocorre a remoção de partículas suspensas e microrganismos ainda presentes na água. É importante ressaltar que a filtração é o último processo de remoção de impurezas na ETA, tendo, portanto, grande influência na qualidade da água final produzida. A remoção de impurezas na unidade de filtração ocorre quando a massa líquida atravessa a camada filtrante, que geralmente é constituída de areia (filtros da camada simples) ou de areia e antracito (filtros de dupla camada).De acordo com a ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, na NBR 12216, as características granulométricas (tamanho efetivo e coeficiente de uniformidade) e a espessura da camada filtrante devem ser determinadas com base em ensaios realizados em filtro-piloto. NaFigura 1.8 são mostrados sistemas piloto de filtração em areia e de filtração em areia e antracito. Figura1.8. Sistema piloto de filtração com areia (a) e com areia e antracito (b) O meio filtrante de camada dupla (carvão antracitoso e areia) permite carreiras de filtração mais longas e usode taxas de filtração mais altas. No entanto, requer maior atenção e tem custo de aquisição do antracito superior ao do leito formado apenas por areia. No projeto da unidade de filtração devem ser estabelecidas a taxa de filtração e a carreira de filtração. A taxa de filtração é a quantidade de água que pode ser filtrada por área de filtro em determinado tempo. Os filtros de camada dupla possibilitam que seja filtrado maior volume de água por unidade de área de filtro, quando comparado aos filtros de camada simples, o que implica em menor área construída. O tempo decorrido entre duas lavagens consecutivas é denominado de carreira de filtração, sendo determinado pelo valor da perda de carga ou pela característica do efluente do filtro, os quais são relacionados com a quantidade de impurezas retida no leito filtrante. A água utilizada na lavagem dos filtros é um resíduo do tratamento de água, devendo ser tratada antes da sua destinação final.Após a filtração, a água é encaminhada para e etapa de desinfecção, fluoretação e caso necessário correção de pH. Desinfecção fluoretação e Correção de pH Na desinfecção ocorre a inativação de microrganismos ainda presentes na massa líquida, com a finalidade de garantir a qualidade microbiológica da água na saída da ETA. Essa inativação pode ser obtida com a utilização de agentes físicos (radiação ultra-violeta) ou produtos químicos (compostos de cloro, ozônio etc). Na Figura 1.9 são mostrados cilindros que armazenam cloro utilizado na desinfecção de água de abastecimento. Figura 1.9. Cilindros de cloro gasoso da ETA Bolonha Belém-PA Os fatores relacionados com a eficiência da desinfecção são as características do desinfetante, a dosagem e o tempo de contato do desinfetante, as características dos microrganismos, a homogeneidade da dispersão do desinfetante na massa líquida e as características da água, como o pH, compostos inorgânicos, presença de matéria orgânica e turbidez (DANIEL, 2001). Após o processo de desinfecção, a água deve ter residual mínimo do agente desinfetante, para garantir a qualidade microbiológica da água entre a ETA e o consumidor final. PÁDUA, (2006) observa que a portaria n o 635/75 do Ministério da Saúde recomenda a fluoretação da água de abastecimento. Para isso é adicionado flúor na água na forma de ácido fluorsilícico, fluorsilicato de sódio, fluoreto de sódio ou fluoreto de cálcio, para agir preventivamente contra a decomposição dos esmaltes dos dentes. Em algumas situações, é necessária a correção do pH da água tratada, especialmente em águas corrosivas ou incrustantes, que podem causar danos nas adutoras, tubulação de distribuição, bombas e outros. As incrustações geralmente estão relacionadas com águas de pH elevado, enquanto as águas com baixo pH são corrosivas. Na Figura 1.10 émostrada tubulação com processo de corrosão. Figura 1.10. Tubulação que sofreu processo de corrosão 5.2 Filtração direta Em algumas situações a água coagulada e floculada é encaminhada diretamente para a unidade de filtração, ou seja, não existe unidade para sedimentação ou flotação. As impurezas são removidas diretamente na unidade de filtração. Nessa configuração de ETA a água ainda passa pelas etapas de desinfecção, correção de pH (se for o caso) e fluoretação, descritas anteriormente. Segundo Di Bernardo (2003), a filtração direta apresenta as seguintes vantagens em relação ao tratamento convencional: Menor número de unidades envolvidas; Menor consumo de produtos químicos no processo de tratamento; Menor geração de lodo (resíduo do tratamento de água). No entanto, esse mesmo autor comenta que nem todas as águas tratadas por meio de ETA’s de ciclo convencional podem ser potabilizadas com a utilização da filtração direta, ou seja, existem limites de aplicabilidade da filtração direta em relação à qualidade da água bruta. Assim, a utilização da filtração direta é indicada para águas brutas que apresentem cor e turbidez relativamente baixas e que não apresentem variações bruscas de qualidade durante as estações do ano. 5.3. Estação de desferrização As estações de desferrização são utilizadas normalmente para tratamento de águas subterrâneas, as quais apresentam boas características físicas, químicas e biológicas, porém com elevadas concentrações de ferro. Dependendo das concentrações, o ferro presente na água quando oxidado, confere a água coloração amarelada, podendo causar manchas em roupas e aparelhos sanitários, sabor desagradável, interferência em processos industriais e outros inconvenientes. Para as águas destinadas ao consumo humano, a portaria 2914 do MS estabelece limite máximo de 0,3 mg/l de ferro. A remoção de ferro pode ser realizada pela transformação do ferro solúvel na água em insolúvel, com posterior remoção por decantação e /ou por filtração da massa líquida. Após a remoção de ferro, a água deve passar pelas etapas de desinfecção, correção de pH (se for o caso) e fluoretação, descritas anteriormente. A transformação FeO2 em FeO3 pode ser realizada pelos seguintes métodos: Aeração – consiste na exposição da massa líquida ao ar atmosférico, para introdução de oxigênio responsável pela oxidação do ferro presente na água. Segundo a ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, na NBR 12216, esse sistema tem a finalidade de introduzir ar na água para a remoção de compostos voláteis e oxidáveis e gases indesejáveis. Na Figura 1.11 é mostrado aerador tipo bandeja. Figura 1.11. Aerador tipo bandeja da ETA de desferrização da UFPA Belém -PA Utilização de oxidantes químicos – oxidação do ferro com a utilização de cloro, ozônio, permanganato de potássio e outros. Segundo Pádua (2006), o tempo de oxidante químico, sua dosagem e o tempo de contato devem ser estabelecidos em laboratório, em função da qualidade da água bruta, sendo necessário avaliar os subprodutos gerados; Controle do pH da água – a precipitação do ferro também pode ser realizada com a modificação do pH da água, pois a solubilidade do ferro, assim como de outros metais, apresenta valores deferentes em função do pH da massa líquida. 5.4. Tratamento e classificação das águas A seleção da tecnologia utilizada no tratamento da água depende, principalmente, das características da água bruta e da qualidade da água final desejada, sendo sempre recomenda a realização de ensaios em laboratório ou em sistema piloto. A resolução do Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA) nº 357, 17 de março de 2005, que dispõe sobre qualificação das águas doces, salobras e salinas em função dos usos preponderantes atuais e futuros, indica a classificação do corpo d’água e o tipo de tratamento necessário para águas destinadas ao abastecimento para consumo humano, conforme apresentado no Quadro 1.4. Quadro 1.4. Tipo de tratamento de acordo com a classe da água Classificação da água Tipo de Tratamento Classe especial Desinfecção (remoção ou inativação de organismos potencialmente patogênicos) Classe 1 Tratamento simplificado (clarificação por meio de filtração, desinfecção e correção de pH quando necessário) Classe 2 Tratamento convencional (clarificação com utilização de coagulação e floculação, seguida de desinfecção e correção de pH) Classe 3 Tratamento convencional ou avançado (técnicas de remoção e/ou inativação de constituintes refratários aos processos convencionais de tratamento, os quais podem conferir à água características, tais como: cor, odor, sabor, atividade tóxica ou patogênica) Fonte: Conselho Nacional do Meio Ambiente (2005) Em função da origem da água e de alguns parâmetros físicos, químicos e biológicos,A ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, na NBR 12216/1992, apresenta a seguinte classificação das águasa serem utilizadas para abastecimento público Tipo A - Águas subterrâneas ou superficiais, provenientes de bacias sanitariamente protegidas, com características básicas definidas no Quadro 1.5 e as demais atendendo aos padrões de potabilidade; Tipo B – águas subterrâneas ou superficiais, provenientes de bacias não protegidas, com características básicas definidas na Quadro 1.5 e que possam enquadrar-se nos padrões de potabilidade, mediante processo de tratamento que não exija coagulação; Tipo C – águas superficiais provenientes de bacias não protegidas, com características básicas definidas na Quadro 1.5, e que exija coagulação para enquadrar-se nos padrões de potabilidade; Tipo D – águas superficiais provenientes de bacias não protegidas, sujeitas a fontes de poluição, com características básicas definidas na Quadro 1.5, e que exijam processos especiais de tratamento para que possam enquadrar-se nos padrões de potabilidade. Quadro1.5 - Características básicas TIPO A B C D DBO 5 dias (mg/L) Média Até 1,5 1,5 – 2,5 2,5 – 4,0 > 4,0 Máxima, em qualquer amostra 1 – 3 3 - 4 4 - 6 > 6 Coliformes (NMP/100ml) - Média mensal em qualquer mês 50 – 100 100 - 5000 5000 - 20000 > 20000 Máximo > 100 cm menos de 5% das amostras > 5000 cm menos de 20% das amostras > 20000 cm menos de 5% das amostras - pH 5 – 9 5 - 9 5 - 9 3,8 – 10,3 Cloretos < 50 50 – 250 250 – 600 > 600 Fluoretos < 1,5 1,5 – 3,0 > 3,0 - Fonte: ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (12216) Em função da classificação da água, a ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, na NBR 12216/1992, estabelece os seguintes tratamentos mínimos: Tipo A – desinfeção e correção de pH Tipo B – desinfecção e correção de pH e, além disso: o Decantação simples, para águas contendo sólidos sedimentáveis, quando, por meio desse processo, suas características se enquadrem nos padrões de potabilidade ou; o Filtração, precedida ou não de decantação, para águas de turbidez natural, medida na entrada do filtro, sempre inferior a 40 unidades Nefelométricas de turbidez (UNT) e cor sempre inferior20 unidades, referidas aos padrões de platina; Tipo C – coagulação, seguida ou não de decantação, filtração em filtros rápidos, desinfecção e correção do pH; Tipo D – Tratamento mínimo do tipo C e tratamento complementar apropriado a cada caso. 6. RESERVATÓRIO E ELEVATÓRIA Na unidade de reservação ocorre o armazenamento de água em períodos determinados. A capacidade de reservação deve ser suficiente para compensar as variações horárias e diárias de consumo, manter a distribuição de água durante a paralisação de unidades instaladas a montante e dispor de volume de água para combate de eventual incêndio. De acordo com a ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (1004), na NBR 12217, o reservatório de distribuição é um elemento do sistema de abastecimento de água destinado a regularizar as variações entre as vazões de adução e de distribuição e condicionar as pressões na rede de distribuição. Os reservatórios podem ser construídos em concreto armado, concreto protendido, aço, fibra de vidro, PVC etc. De acordo com a ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (1004), o material da estrutura do reservatório deve ser escolhido após estudos técnico e econômico que considere as condições de fundação, a disponibilidade do material na região e a agressividade da água a armazenar e do ar atmosférico. A estrutura do reservatório pode ser construída toda em cota inferior a do terreno (enterrado), toda acima da superfície do terreno (elevado) ou apenas com parte abaixo da superfície do terreno (apoiado ou semi-enterrado). No sistema de abastecimento de água pode ser utilizado apenas o reservatório inferior (apoiado, enterrado ou semi-enterrado), com o bombeamento de água sendo realizado diretamente na rede de distribuição. Contudo, a maioria dos sistemas apresenta reservatório inferior, estação elevatória (bombeamento) e reservatório superior, para que a maior parte da água demandada seja armazenada no reservatório inferior e, então, bombeada para o reservatório superior, que tem a finalidade de estabilizar a pressão narede de distribuição de água. Na Figura 1.12 são mostrados conjuntos motor e bomba da estação elevatória e o reservatório superior (elevado). Figura 1.12. Reservatório elevado (a) e conjuntos motor e bomba do 3º setor de distribuição de água da COSANPA (b). Tsutiya (2004) observa que o volume do reservatório superior é menor do que o do reservatório inferior, sendo, comumente adotado valores de 10 e 20% do valor total da capacidade de reservação. A ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, na NBR 12217/1994, recomenda que o fundo do reservatório enterrado ou apoiado esteja acima do nível de água máximo do lençol freático e da cota de inundação máxima. Em relação ao ponto de instalação no sistema, os reservatórios podem ser localizados antes (montante), no meio ou depois (jusante) da rede de distribuição. Na Figura 1.13 são mostrados reservatório de montante e de jusante. R e s e rv a tó ri o NA Montante Jusante R e s e rv a tó ri o Figura 1.13. Reservatórios de montante e de jusante De acordo com a ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, na NBR 12217/1994, o volume necessário para atender às variações de consumo deve ser avaliado a partir de dados de consumo diário e do regime previsto de alimentação do reservatório, aplicando-se o fator 1,2 ao volume calculado, para levar em conta incertezas dos dados utilizados. O estudo da variação horária do consumo de água na comunidade é uma das maneiras para determinar o volume do reservatório. Para isso são realizados estudos (volume consumido)x(hora), conforme representado na Figura 1.14. Figura 1.14. Representação de Curva de Variação horária de consumo de água. Na curva de variação horária de consumo é possível verificar os horários de consumo mínimo, médio e máximo. Os valores menores do que o suprimento médio horário corresponde aos períodos em que o reservatório está enchendo, enquanto os acima são referentes aos períodos de esvaziamento do reservatório. Essa variação do consumo de água faz com a unidade de reservação tenha como principais finalidades: A1 A2 A3 Consumomédio m3 h 1. Regularizar a vazão, acumulando e fornecendo água nas horas em que a demanda é menor e maior do que o consumo, respectivamente; 2. Propiciar segurança ao sistema, garantindo o abastecimento de água nos momentos de paralisação de energia elétrica ou manutenção de unidades anteriores. Além disso, disponibilizar água para combate a incêndios; 3. Reduzir custos operacionais, programando a rotina dos conjuntos motor e bomba para reduzir os desgastes nesses equipamentos e para que o bombeamento ocorra em horários diferentes do período em que é maior o custo da energia elétrica. 7. REDE DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA A rede de distribuição é o conjunto de tubulações, conexões, registros e peças especiais, destinados a disponibilizar a água potável nos pontos de consumo do sistema (residências, prédios públicos, indústrias, etc.), o que precisa ocorrer com continuidade e segurança, para que a água seja distribuída na quantidade e na qualidade requerida pelos consumidores. As redes são formadas por condutos principais e condutos secundários. Os condutos principais são os de maior diâmetro e têm a finalidade de abastecer os condutos secundários que estão mais próximos do ponto de consumo e apresentam diâmetro menor. A disposição dos condutos principais e secundários depende de vários fatores, como: características físicas, topografia, traçado do arruamento e da forma de ocupação da cidade. Quanto a disposição dos condutos principal e secundárioe ao sentido do escoamento, as redes podem ser classificadas em ramificada, malhada com anel e malhada sem anel. Na rede ramificada ocorre distribuição da vazão do conduto principal (tronco) para derivações que distribuem as vazões aos coletores secundários. Logo, o sentido do escoamento é direcionado do ponto de abastecimento (normalmente da unidade de reservação) até a ponta da rede (extremidades mortas ou pontas secas). Os pontos de ramificação e de mudanças de diâmetro recebem a denominação de nós, sendo o conduto entre dois nós denominado de trecho de rede. As redes malhadas com anel são constituídas por condutos troncos que formam anéis ou malhas. Essa configuração em anel possibilita a reversibilidade no sentido das vazões em função da demanda. Nessa disposição é possível abastecer qualquer ponto do sistema por mais de um caminho, o que resulta em grande flexibilidade no abastecimento e na manutenção da rede, porém essa configuração é mais dispendiosa devido às conexões e acessórios requeridos. Na Figura 1.15 são representadas a rede ramificada e a rede malhada. a b Figura 1.15. Rede ramificada (a) Rede malhadas com anel (b) Para o funcionamento da rede de distribuição de água, a Associação Brasileira de Normas Técnica, na NBR 12218/1994, recomenda os limites das pressões estática máxima e dinâmica mínima de 500 kPa (50 mca) e 100 KPa (10 mca), respectivamente. Também recomenda que esses valores limites de pressões (estática e dinâmica) sejam observados em áreas delimitadas, ou seja, a rede deve ser subdividida em zonas de pressão. Assim, a medição e o registro das pressões são importantes para garantir o controle operacional da rede de distribuição de água na área atendida, que deve ser isolada hidraulicamente de outras áreas (setorização). A setorização melhora o controle ao possibilitar a adequação e/ou redução de pressão quando necessário, bem como proporciona maior confiabilidade na análise dos valores macromedidos (volume de água que entra no setor) e micromedidos (volume de água consumida no setor), bem como precisão nas ações relativas ao controle de perdas. Além disso, a vazão de água transportada e distribuída deve atender as variações na demanda de água, razão para nos projetos serem adotadoscoeficientes de reforço do dia de maior consumo (K1) e da hora de maior consumo (K2), conforme mostrado na Equação 1. Eq1: . Onde: Q= Vazão de distribuição K1= Coeficiente relativo ao dia de maior consumo K2=Coeficiente relativo a hora de maior consumo q= Cota per capita P= População 8. PERDAS DE ÁGUA EM SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA Atualmente, no Brasil, a identificação e redução das perdas de água nos sistemas de abastecimento de água tem sido uma meta de muitas das companhias de saneamento. O conhecimento dos volumes de água distribuído, consumido e perdido na entrada, nas etapas e na saída do sistema de abastecimento de água é denominado de balanço hídrico, e é fundamental para a determinação do consumo e das perdas. 86400 K2.q.P K1. Q K2.q.P/86400 Para determinação do balanço hídrico é importante a limitação da área do sistema de abastecimento de água e a utilização de equipamentos para a medição dos volumes de água. Segundo Tsutiya (2004), o balanço hídrico permite representar e quantificar todos os possíveis usos da água no sistema de abastecimento, desde a captação até a distribuição aos consumidores. No Quadro 1.6são relacionadas informações necessárias para o balanço hídrico. Quadro 1.6. Balanço hídrico Fonte: Alegre et al. (2000) apudTsutiya (2004). Em sistemas de abastecimento os volumes de água que geram faturamento são micromedidos ou estimados, sendo faturados pela empresa de saneamento. Também existem volumes de água que não geram receita, pois são utilizados em operações inerentes à prestação do serviço e em situações especiais, como a lavagem de rede, limpeza de reservatórios, consumo de água nos processos de tratamento e os usos especiais (corpos de bombeiros e os suprimentos sociais). As perdas em sistemas de abastecimento de água são classificadas em perdas reais e perdas aparentes. As primeiras correspondem aos volumes não consumidos em decorrência de vazamentos ou de consumo excessivo de água em procedimentos operacionais, enquanto as outras são relacionadas aos volumes de água não computados pela empresa, como o uso em ligações clandestinas. As perdas reais ocorrem entre a captação de água bruta e o cavalete do consumidor e podem ser classificadas em perdas operacionais e de vazamentos. As perdas operacionais estão relacionadas ao processo produtivo (ex: limpeza de filtros e decantadores) ou aos procedimentos operacionais (ex: limpeza de rede ou reservatório) e ocorrem toda vez que são utilizados volumes superiores ao necessário para o correto procedimento operacional. Já as perdas por vazamentos são decorrentes de rupturas nas tubulações, conexões e peças especiais; trinca e/ou problemas de impermeabilidade nas estruturas das ETA’s e reservatórios, entre outros. No Quadro 1.7 são apresentados os principais tipos de perdas reais por unidade do sistema de abastecimento e suas principais causas. Quadro 1.7. Origem das perdas reais e principais causas por unidade do sistema de abastecimento. Unidade Origem das Perdas Causa Adução Vazamento nas tubulações Limpeza de poços de sucção Descarga Pressão; Características e movimento do solo; Baixa qualidade de instalações e de materiais; Falhas na concepção de projeto; Falhas na construção e manutenção; Tráfego de veículos; Idade das adutoras. Tratamento Lavagem de filtros e decantadores Descarga de lodo Vazamentos nas estruturas, comportas e válvulas. Mão de obra não qualificada; Equipamentos inadequados; Deficiência de projeto; Rachaduras e/ou problemas de impermeabilidade nas estruturas da ETA; Problemas de vedação em comportas e válvulas; Deficiência de projeto. Reservação Vazamentos nas estruturas Rachaduras e/ou permeabilidade das paredes do reservatório; Extravasamentos Limpeza Extravasamento devido à operação deficiente; Mão de obra não qualificada; Meios de comunicação ineficientes ou inadequados. Distribuição Descargas Vazamento nas redes e ramais Ligações clandestinas; Ligações não hidrometradas; Hidrômetros parados ou que submedem; Ligações inativas reabertas. Fonte: Adaptado de BRASIL (2004). A redução das perdas reais permite a diminuição dos custos operacionais, devido à redução do consumo de energia elétrica, produtos químicos e outros. Já as perdas aparentes correspondem aos volumes consumidos e não registrados, ou seja, não faturados, decorrentes de ligações clandestinas, fraudes, submedição e outros. A redução das perdas aparentes permite o aumento de receita e ampliação da oferta de água. No Quadro 1.8 são apresentados os principais tipos de perdas aparentes e suas causas. Quadro 1.8 - Origem e causas das perdas aparentes e suas principais causas. Origem das Perdas Causa Desvio fraudulento Desperdício de usuários Falta de manutenção corretiva e preventiva de hidrômetros Superdimensionamento de hidrômetros Ligações clandestinas Ligações inativas reabertas Ligações não hidrometradas Hidrômetros parados Hidrômetros que submedem Dessa forma, as perdas em sistema de saneamento provocam, principalmente, aumento dos custos operacionais, causam redução no faturamento e na arrecadação e aumento do custo final da água tratada. Assim, a realização de ações voltadas para a redução das perdas é fundamental para a redução do desperdício de recursos materiais, produtosquímicos, energia elétrica e outros, bem como, para a utilização racional dos recursos hídricos. .9. CONSIDERAÇÕES FINAIS A água deve ser disponibilizada em qualidade adequada e em quantidade suficiente para que o homem atenda todas suas necessidades, pois é essencial à proteção da saúde pública e ao desenvolvimento econômico e social das comunidades. Do ponto de vista da potabilização, somente pequena parcela da água existente no planeta é facilmente utilizável para consumo humano. Contudo, a degradação da qualidade dessa água obriga a utilização de corpos d’água cada vez mais distantes e/ou que empreguem tecnologias sofisticadas. Nesse sentido, é grande o desafio do poder público de implantar o sistema de abastecimento de água potável em áreas urbanas, principalmente pelo aumento da população ocorrer, na maioria das vezes, de forma desordenada, com impacto direto na degradação dos mananciais e no aumento do consumo de água. Na tentativa de reduzir os custos da produção, tratamento e distribuição de água, são realizados estudos de alternativas de concepção do sistema de abastecimento de água, nos quais são analisados os tipos de manancial disponível (superficial ou subterrâneo), os custos de implantação e operação de cada unidade do sistema, os impactos econômicos, sociais e ambientais na área atendida e o período de alcance em função doincremento populacional. Portanto, é fundamental que o Sistema de Abastecimento de Água seja planejado de acordo com as diretrizes e recomendações do Plano Diretor do Município, que as etapas de projeto e de construção sejam realizadas de forma rápida, segura tecnicamente e com custo adequado e, principalmente, que a água potável seja utilizada adequadamente, não devendo ser perdida nas unidades do sistema e nem desperdiçada pelos consumidores. Referências Bibliográficas ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 12218. 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