Unidade 3 - Tratamento de água aplicado à zona urbana e rural

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Unidade 3 - Tratamento de água aplicado à zona
urbana e rural
Sistemas de tratamento de água
O acesso à água potável é requisito básico para a manutenção da vida. Assim, a etapa de
tratamento de água é primordial para a garantia de fornecimento de água em condições
sanitárias de potabilidade, de forma a não apresentar riscos à saúde da população.
O processo de tratamento de água a ser adotado dependerá de diversos fatores, tais como
o acesso aos mananciais de abastecimento, a qualidade da água bruta desses mananciais,
os recursos financeiros disponíveis, a população a ser abastecida, entre outros.
Desse modo, poderemos detalhar as principais etapas do tratamento de água, destacando
as principais estações de tratamento no processo de potabilização da água. Além disso,
apresentaremos soluções alternativas ao tratamento de água, visando pequenas
comunidades e processos descentralizados, quando se faz necessário. O tratamento de
água tem por objetivo condicionar as características da água bruta, isto é, da água como
encontrada na natureza, a fim de atender à qualidade necessária a um determinado uso.
Dessa forma, espera-se (BARROS et al., 1995):
 1
 1
 Atender aos padrões de qualidade exigidos pelo Ministério da Saúde e aceitos
internacionalmente;
 2
 2
 Prevenir o aparecimento de doenças de veiculação hídrica, protegendo a saúde da
população;
 3
 3
 Tornar a água adequada a serviços domésticos;
 4
 4
 Prevenir o aparecimento da cárie dentária nas crianças, por meio da fluoretação;
 5
 5
 Proteger o sistema de abastecimento de água, principalmente tubulações e órgãos
acessórios da rede de distribuição, dos efeitos danosos da corrosão e da deposição
de partículas no interior das tubulações.
TIPOS DE TRATAMENTO DE ÁGUA
O tratamento de água pode ser parcial ou completo, dependendo das características da
água bruta, considerando seus aspectos físicos, químicos e microbiológicos. O tratamento
de água pode ainda ser classificado em centralizado (ou coletivo), sendo efetuado na
estação de tratamento de água (ETA), ou descentralizado, sendo aplicado para pequenas
comunidades ou zonas rurais, apresentando, portanto, soluções individuais ou alternativas à
ETA tradicional (BARROS et al., 1995). Na prática do tratamento convencional de água, as
estações de tratamento, a partir de mananciais superficiais, adotam a sequência:
Dentro da etapa de clarificação, cuja função essencial consiste na remoção de turbidez da
água, o fluxo completo compreende as etapas de coagulação, floculação, decantação (ou
flotação) e filtração. Para águas subterrâneas, especialmente de aquíferos artesianos
profundos, usualmente é dispensada a etapa de clarificação, em função dos baixos níveis
de turbidez das águas (BARROS et al., 1995).
A Tabela 1 apresenta a classificação, de acordo com a NBR 12.216 (BRASIL, 1992), das
técnicas de tratamento mais adequadas, considerando alguns parâmetros físico-químicos e
microbiológicos: pH, concentração de fluoretos, concentração de cloretos e DBO5, que
representa uma medida indireta de cinco dias da concentração de matéria orgânica na
amostra e coliformes totais (CT). A partir dessas características e do tipo de água, pode-se
definir qual o tipo de tratamento mais apropriado em casa caso.
Tabela 1. Tipos de tratamento adotados de acordo com a classificação qualitativa das águas
para abastecimento público. Fonte: BRASIL, 1992. (Adaptado).
COAGULAÇÃO E FLOCULAÇÃO
A coagulação consiste na primeira etapa de clarificação da água bruta, para a remoção de
sólidos suspensos e de parcela dos sólidos dissolvidos.
Ela pode ser entendida como o processo de desestabilização das partículas coloidais e
suspensas, realizado pela conjunção de ações físicas e reações químicas, com duração de
poucos segundos, entre o coagulante (usualmente um sal de alumínio ou de ferro), a água e
as impurezas presentes.
Inicialmente, ocorre o processo de hidrólise: na solução aquosa, os íons metálicos de ferro
ou de alumínio, positivamente carregados, formam fortes ligações com os átomos de
oxigênio, podendo coordenar até seis moléculas de água ao redor, reduzindo o pH da
suspensão pelo aumento da concentração de íons H+ no meio (Figura 1). Com a formação
das espécies hidrolisadas de ferro ou alumínio, tem-se a geração do precipitado de
hidróxido do metal, que, em contato com as impurezas presentes, pode causar, em função
do pH e da dosagem de coagulante, sua desestabilização ou envolvimento nos precipitados
(LIBÂNIO, 2005).
Figura 1. Reações de hidrólise, a partir do uso dos coagulantes à base de alumínio (a:
sulfato de alumínio - Al2(SO4)3) e de ferro (b: cloreto férrico - FeCl3 ou sulfato férrico -
Fe2(SO4)3). Fonte: LIBÂNIO, 2005. (Adaptado).
Conforme mencionado, as reações envolvidas na coagulação são muito rápidas. Dessa
forma, elas ocorrem nas chamadas unidades de mistura rápida, que devem favorecer o
contato das espécies hidrolisadas do coagulante com as partículas a serem removidas.
Essas unidades de mistura rápida podem ser dispositivos hidráulicos (calhas Parshall,
malhas difusoras, vertedores retangulares ou injetores) ou dispositivos mecânicos
(agitadores mecânicos, turbinas ou hélices).
Após a unidade de coagulação, a água coagulada deve passar por um processo de
floculação, que consiste na formação dos flocos a partir da introdução de energia na massa
líquida, capaz de favorecer o contato entre os coloides desestabilizados e permitir a sua
aglutinação (BARROS et al., 1995). Para isso, esse processo ocorre nas chamadas
unidades de mistura lenta, que podem ser floculadores hidráulicos (câmaras com chicanas
de escoamento helicoidal, vertical ou horizontal) ou mecanizados (agitadores do tipo
paletas, turbinas ou hélices, conectadas ao conjunto motor-redutor).
Os polieletrólitos também podem ser empregados nas unidades de mistura rápida ou lenta,
como auxiliares de coagulação/floculação. Eles consistem em polímeros naturais ou
sintéticos, que possuem grupos funcionais ionizáveis, capazes de serem adsorvidos na
superfície dos coloides. O seu uso na ETA propicia a redução das dosagens de coagulante
e confere ao floco maior densidade, auxiliando na aglutinação das partículas coaguladas
(LIBÂNIO, 2005).
No contexto sanitário, a coagulação tem uma importância crucial na eliminação de
microrganismos patogênicos da água, uma vez que a formação dos flocos, e sua posterior
remoção, está associada à eliminação de partículas de dimensões microscópicas (coloides
e sólidos suspensos), ligadas à presença de microrganismos da água. Na Figura 2, tem-se
a comparação da distribuição de tamanho de partículas suspensas e coloides, com a faixa
de tamanho dos microrganismos encontrados nas águas naturais e os processos de
separação de sólidos/tratamento usualmente empregados para águas.
Figura 2. Faixa de distribuição do tamanho de partículas suspensas/flocos e coloides.
Fonte: LIBÂNIO, 2005. (Adaptado).
Os microflocos formados após a coagulação, geralmente, apresentam dimensões médias
de 2 a 4 μm, sendo que o tamanho de bactérias do gênero Salmonella e coliformes totais
variam de 0,5 a 2,0 μm e, para os vírus, o tamanho varia de 0,025 a 0,1 μm. Protozoários,
sabidamente mais resistentes à desinfecção com compostos de cloro, apresentam
dimensões de 10 a 14 μm para cistos de Giardia, e 4 a 6 μm para oocistos de
Cryptosporidium. Sendo assim, espera-se que estes microrganismos patogênicos estejam
envolvidos na formação dos flocos de maior tamanho.
A operação eficaz do processo de coagulação depende da seleção da dose ideal de
coagulante e do valor de pH. A dose e o pH necessários podem ser determinados usando
testes de coagulação em ensaios em bateladas, geralmente chamados de testes de jarro,
ou jar test. No teste, são aplicadas diferentes doses de coagulante às amostras de água
bruta, que são agitadas e, após o tempo de coagulação/floculação, sedimentam as
partículas nos frascos do teste. A dose ótima é selecionada como aquela que atinge a
remoção adequada de cor e turbidez, podendo o pH ideal ser selecionado de maneirasemelhante. Esses testes devem ser conduzidos com uma frequência suficiente para
acompanhar as mudanças na qualidade da água bruta e, portanto, na demanda de
coagulante (WHO, 2017).
DECANTAÇÃO E FLOTAÇÃO
As unidades de decantação ou de flotação (Figura 3) compreendem as etapas que
antecedem a filtração, com o objetivo de diminuir o afluxo de partículas às unidades
filtrantes, a última fase da clarificação. Na decantação, a separação dos sólidos ocorre por
sedimentação dos flocos sob a ação da gravidade, depositando no fundo dos tanques
(BARROS et al.,1995).
Figura 3. Representação esquemática das unidades de decantação e flotação. Fonte:
BARROS et al.,1995; DI BERNARDO; DANTAS, 2005. (Adaptado).
A flotação, por outro lado, consiste na separação de fases sólido-líquido, obtida pelo
movimento ascendente dos flocos, em que as forças de empuxo predominam sobre as
gravitacionais, por introdução de microbolhas de ar que aderem às partículas, diminuindo
ainda mais o empuxo sobre elas, arrastando-as no sentido ascensional, em direção à
superfície (DI BERNARDO; DANTAS, 2005). O emprego da flotação por ar dissolvido em
ETAs, no Brasil, ainda é incipiente e melhor se aplica às águas naturais, com elevada
concentração de algas, que reduziriam a sedimentabilidade dos flocos.
Um dos principais fatores intervenientes na decantação consiste na equânime distribuição
da água floculada através dos canais dos floculadores, que se comunicam com as
comportas de cada decantador. Se as unidades de decantação não funcionam
corretamente, ocorrerá uma sobrecarga de sólidos nas unidades de filtração, reduzindo o
intervalo entre as lavagens dessas unidades. Deve-se, então, projetar os canais de água
floculada de forma a impedir a ruptura dos flocos formados na entrada do decantador,
dificultando sua sedimentação. Para isso, costuma-se adotar velocidades médias de
escoamento de 0,1 a 0,3 m/s, nas cortinas de distribuição de água, e gradientes de
velocidade menores que 20 s-1 (LIBÂNIO, 2005). Os decantadores podem ser de três tipos:
Decantadores de escoamento horizontal
–
São os mais utilizados no Brasil e no mundo, constituindo 60 a 70% da área das ETAs,
usualmente de forma retangular;
Decantadores de alta taxa (decantador lamelar)
–
É utilizada uma série de anteparos inclinados, dispostos contra o fluxo do escoamento,
fazendo com que a área de sedimentação possa ser reduzida pela possibilidade de
aplicação de maiores taxas de aplicação superficial;
Decantadores de manto de Iodos (floco-decantadores)
–
As operações de floculação e sedimentação sucedem-se na mesma unidade, não sendo
muito aplicadas no País.
A taxa de aplicação superficial (TAS) e a velocidade de sedimentação dos flocos são os
principais parâmetros para dimensionamento dos decantadores. A TAS é definida como a
relação entre a vazão de água floculada pela área da unidade e, nos decantadores de alta
taxa, pode chegar a 150 m³/m².d., segundo a equação:
egundo a NBR 12.216 (BRASIL, 1992), na ausência de ensaios que definam o valor da
velocidade de sedimentação (vs), podem ser adotados os seguintes valores, conforme o
porte da ETA no que tange à vazão afluente:
 1
 1
 vs = 1,74 cm/min (TAS = 25 m3/m2.dia) para ETAs de vazão até 1000 m3/dia;
 2
 2
 vs = 2,43 cm/min (TAS = 35 m3/m2.dia) para ETAs de vazão de 1000 a 10000 m3/dia;
 3
 3
 vs = 2,78 cm/min (TAS = 40 m3/m2.dia) para ETAs de vazões maiores que 10000
m3/dia.
O tempo de detenção hidráulica (TDH), nos decantadores horizontais, situa-se na faixa de
duas a quatro horas, enquanto, nos de alta taxa, ele é usualmente menor que uma hora, o
que resulta em menores áreas. Assim, podemos calcular o TDH pela equação:
Na flotação por ar dissolvido (FAD), as bolhas são produzidas pela supersaturação do
líquido, com o ar que é injetado na entrada de uma câmara de saturação, enquanto o
líquido se encontra sob pressão. No interior da câmara ocorre a dissolução de ar na massa
líquida pressurizada, sendo o líquido, em seguida, exposto à pressão atmosférica. A
redução brusca de pressão provoca o desprendimento do ar na forma de microbolhas, que
aderem às partículas em suspensão e flutuam na superfície da unidade de flotação (AISSE
et al., 2001).
O lodo gerado nos decantadores ou flotadores deve ser destinado adequadamente como
resíduo da ETA. Geralmente, procede-se um tratamento prévio do volume de lodo, para
reduzir o seu conteúdo de água e aumentar o teor de sólidos da torta gerada. Para isso,
podem ser utilizados adensadores, podendo ser feita a adição de polímeros, como
auxiliares do adensamento do lodo, que, então, podem ser concentrados por sedimentação
ou flotação. Posteriormente ao adensamento, procede-se a desidratação, que pode ser
realizada de forma natural (em lagoas ou leitos de secagem) ou mecanizada (em prensas
desaguadoras ou filtro de esteira, centrífugas e filtros-prensa).
Outra forma de tratamento do lodo de ETA consiste na recuperação de coagulantes por via
ácida, uma vez que os resíduos são compostos de 50 a 75% de hidróxidos de ferro ou
alumínio, dependendo do coagulante utilizado. Então, o volume do lodo é drasticamente
reduzido e o coagulante pode ser reaproveitado na ETA. O resíduo final do lodo deve,
então, ser destinado adequadamente, após estudo de viabilidade, sendo algumas
alternativas possíveis a aplicação no solo, o tratamento na estação de tratamento de
esgoto, a disposição em aterro etc. (LIBÂNIO, 2005).
Por fim, existem algumas equações empíricas que estimam a produção de sólidos em
função da vazão afluente, da concentração de sólidos suspensos na água bruta e da
dosagem de coagulante e de outros produtos aplicados no tratamento. Assim, as equações
3 e 4 representam duas das fórmulas que podem ser utilizadas para o cálculo da estimativa
de geração de lodo na ETA, a partir da aplicação de coagulantes à base de alumínio ou
ferro, respectivamente (LIBÂNIO, 2005):
FILTRAÇÃO
A filtração consiste na passagem da água, por um leito de material granular, por meio do
qual ocorre a separação de partículas da água.
No processo de clarificação, essa etapa é essencial, pois representa uma barreira sanitária
do tratamento, uma vez que não se pode garantir uma segurança adequada da água não
filtrada, com relação à presença de microrganismos patogênicos. Somado a isso, a filtração
tem como objetivo atender aos limites de turbidez recomendados pelo padrão de
potabilidade, atualmente definido pela Portaria de Consolidação n. 5, de 2017, do Ministério
da Saúde (BRASIL, 2017), que incorporou a Portaria n. 2.914, de 2011, seguindo as
recomendações da OMS (Organização Mundial da Saúde).
Dependendo das características da água bruta, as demais operações podem ser
dispensadas do processo de tratamento. Os filtros podem ser classificados, de acordo com
o sentido de escoamento, em descendente ou ascendente, e com relação à taxa de
aplicação superficial (ou taxa de filtração), em filtros lentos (TAS = 2 a 6 m³/m².d) e filtros
rápidos (120 a 360 m³/m².d). Na Tabela 2, encontra-se uma compilação das técnicas de
tratamento de águas aplicadas, com base nas características da água bruta, com foco no
sistema de filtração mais adequado em cada caso.
Tabela 2. Características da água bruta a ser tratada de acordo com o tipo de tratamento.
Fonte: LIBÂNIO, 2005. (Adaptado).
Os filtros podem, também, ser classificados com relação ao meio filtrante, em camada
filtrante simples (geralmente areia) ou dupla (podendo apresentar areia, antracito ou carvão
ativado) (BARROS et al., 1995). De acordo com a NBR 12.216 (BRASIL, 1992), para os
filtros rápidos ascendentes de camada simples, pode-se adotar uma TAS de até 120
m³/m².d, enquanto, para os filtros descendentes de camada simples, admite-se uma TAS de
até 180 m³/m².d e, para os filtros descendentes de camada dupla, admite-se uma TAS de
até 360 m³/m².d.
O meio filtrante e a taxa de filtração (ou TAS) estão interrelacionadas, pois esta, geralmente,
define o tipo de meio filtrante a ser utilizado. Usualmente, o meio filtrante consiste em uma
camada de areia assentadasobre uma camada de cascalho, pedregulhos ou seixos
rolados, denominada camada suporte, cuja principal função é de evitar que os grãos do
meio filtrante passem pelos orifícios dos dispositivos de coleta de água filtrada e sejam
arrastados com efluente (LIBÂNIO, 2005).
Além da espessura, o tamanho e a distribuição dos grãos do meio filtrante são
fundamentais para caracterizá-lo, influenciando o escoamento e a duração das carreiras de
filtração. A distribuição dos grãos pode ser determinada em ensaios de granulometria, em
peneiras de diferentes malhas. Nesse ensaio, são quantificados (LIBÂNIO, 2005):
Tamanho efetivo
O tamanho efetivo, que se refere ao diâmetro da peneira que deixa passar 10% em peso da
amostra;
Coeficiente de desuniformidade
O coeficiente de desuniformidade, que é a razão entre o diâmetro da peneira que deixa
passar 60% em peso da amostra e o tamanho efetivo (Cd = d60/d10), sendo, pois, um
adimensional que indica o quão desuniforme é o meio filtrante.
A filtração lenta é uma solução bastante simples, do ponto de vista operacional, sendo a
camada superficial do filtro a principal responsável pelo mecanismo de filtração (BARROS
et al., 1995). Essa camada constitui-se de um filme biológico, de 2 a 5 cm de espessura, em
torno dos grãos do meio filtrante, realizando a purificação da água bruta como resultado da
competição pelo substrato disponível, efetuada por uma miríade de microrganismos, como
algas, bactérias e protozoários, além de vermes, invertebrados, entre outros (LIBÂNIO,
2005).
O filtro lento de fluxo descendente constitui-se de um tanque onde é colocada uma camada
de 0,9 a 1,2 m de areia fina sobre uma camada de 20 a 45 cm de cascalho. Sob essa
camada de cascalho, é instalado um sistema de drenagem para recolhimento da água
filtrada. Esse sistema ainda é precedido de uma unidade de pré-filtração, para aliviar a
carga de sólidos, cor, algas e coliformes afluentes ao filtro lento. O pré-filtro pode ser de
fluxo horizontal, vertical ascendente ou vertical descendente, e é geralmente composto por
camadas de pedregulho grosso, médio e fino (BARROS et al., 1995).
A filtração lenta geralmente é empregada em processos de tratamento, nos quais a água a
ser tratada apresenta baixa turbidez, cor e concentração de algas e coliformes, não
necessitando o emprego da coagulação química (LIBÂNIO, 2005). Segundo a NBR 12.216,
o tamanho efetivo do meio filtrante de filtros lentos deve estar entre 0,25 e 0,35 mm,
enquanto o coeficiente de desuniformidade deve ser menor que três (BRASIL, 1992).
Com o emprego da coagulação química, o fluxograma do processo de tratamento pode
apresentar algumas variantes, com ou sem a aplicação das unidades de floculação ou
decantação. As tecnologias que não contam com esta etapa para a decantação/flotação dos
flocos denominam-se filtração direta. Quando a unidade de mistura lenta (floculação) não se
faz presente, o processo passa a ser chamado de filtração direta em linha.
A filtração direta ainda pode contar com um sistema de unidades de filtros rápidos de
escoamento ascendente e descendente em série, sendo denominada, nesse caso, de dupla
filtração ou filtração em dois estágios. Para os casos em que se faz necessária a instalação
de uma unidade de decantação ou flotação para os flocos formados, o sistema de
tratamento é dito convencional, sendo a tecnologia de tratamento de água mais empregada
no Brasil (Diagrama 1).
Diagrama 1. Tratamentos empregados em cada sistema de filtração. Fonte: LIBÂNIO, 2005;
DI BERNARDO; DANTAS, 2005. (Adaptado).
Os filtros rápidos surgiram da necessidade de atender às maiores vazões das grandes
cidades, exigindo, portanto, maior cuidado e controle operacional. Nestes filtros, a retenção
de impurezas ocorre ao longo de todo o meio filtrante. No filtro rápido descendente, a água
flui de cima para baixo, desde o material mais fino até o mais grosso (Figura 4). A camada
de cascalho apresenta de 20 a 45 cm de espessura e a camada filtrante, de 40 a 70 cm. A
lavagem do filtro é feita em contracorrente (de baixo para cima) e deve ser realizada em
intervalos de 20 a 40 h, dependendo das características da água que chega ao filtro e das
condições de operação.
Figura 4. Representação esquemática de uma unidade de filtro rápido de fluxo
descendente. Fonte: BARROS et al.,1995. (Adaptado).
No filtro rápido ascendente, por outro lado, a água flui de baixo para cima, dispensando a
floculação e a decantação, sendo aplicado somente um coagulante – filtração direta
ascendente. Neste caso, o fluxo de água encontra uma camada mais grosseira no fundo do
tanque e uma camada mais fina no topo do filtro, sendo a lavagem feita no mesmo sentido
da filtração (BARROS et al., 1995). O tamanho efetivo dos grãos de areia dos filtros rápidos
deve estar entre 0,4 e 0,45 mm, e o coeficiente de desuniformidade entre 1,4 e 1,6
(BRASIL, 1992).
Na Tabela 3 estão os valores máximos permitidos (VMP) de turbidez para cada tipo de
tratamento empregado, contemplados no padrão de potabilidade. Entre os 5% dos valores
permitidos de turbidez superiores ao VMP, para água subterrânea com desinfecção, o limite
máximo para qualquer amostra pontual deve ser de 5 uT, assegurado, simultaneamente, o
atendimento ao VMP de 5 uT em toda a extensão do sistema de distribuição de água. Para
filtração rápida, entre os 5% das amostras que podem apresentar turbidez superior ao VMP,
o limite máximo para qualquer amostra pontual deve ser menor ou igual a 1 uT. E, por fim,
para a filtração lenta, esse limite máximo é de 2 uT (BRASIL, 2017).
Tabela 3. Valores máximos permitidos (VMP) de turbidez para diferentes sistemas de
tratamento de água.
Quando a média aritmética da concentração de oocistos de Cryptosporidium spp. for maior
ou igual a 3 oocistos/L no ponto de captação de água, recomenda-se a obtenção de
efluente em filtração rápida, com valor de turbidez menor ou igual a 0,3 uT em 95% das
amostras mensais, ou uso de processo de desinfecção que comprovadamente alcance a
mesma eficiência de remoção de oocistos (BRASIL, 2017).
Os mecanismos intervenientes na filtração rápida compreendem dispositivos de transporte,
governados por fenômenos físicos e hidráulicos, e de aderência, nas unidades filtrantes,
influenciados por fenômenos predominantemente químicos. Conforme mencionado, na
filtração lenta, agrega-se, também, a filtração biológica realizada pelos microrganismos que
se desenvolvem no interior do meio filtrante. Dentre os mecanismos de transporte estão a
coagem, a sedimentação, a interceptação, a difusão, as forças hidrodinâmicas e o impacto
inercial. Os mecanismos de aderência, então, consistem na formação de pontes químicas,
nas forças eletrostáticas e nas forças de van der Waals (LIBÂNIO, 2005).
A coagem é o primeiro e mais evidente mecanismo de transporte, responsável pela
retenção de partículas e pela evolução mais significativa da perda de carga no topo do meio
filtrante, para flocos de dimensões entre 0,5 a 2,0 mm. Entretanto, nas ETAs convencionais,
a relevância da coagem diminui significativamente, uma vez que os flocos de maior
dimensão, passíveis de serem retidos por coagem, encontram-se majoritariamente nos
decantadores. Assim, os demais mecanismos de transporte podem ser classificados por
(LIBÂNIO, 2005).:
Com relação aos mecanismos de aderência, a formação de pontes químicas se dá pela
aplicação de polímeros como auxiliares de coagulação, os polieletrólitos. As forças
eletrostáticas, por outro lado, se dão pela diferença de carga dos grãos de areia e das
partículas coloidais. Por fim, as forças de van der Waals são forças de atração, podendo
existir entre partículas de mesma carga, neutras ou de cargas opostas, sendo, porém, seu
campo de ação limitado a distâncias muito curtas (LIBÂNIO, 2005).
DESINFECÇÃO E FLUORETAÇÃO
A desinfecção, usualmente, é a última etapa do tratamento de água, cujo objetivo é produzir
água sem a presença de microrganismos patogênicos, inativando-os por meio de agentes
físicos e/ou químicos. Ainda que nas unidades decantação/flotaçãoe filtração haja
eliminação de microrganismos agregados às partículas suspensas e coloidais removidas,
esta não constitui a principal finalidade dessas unidades. Dessa forma, cabe à desinfecção
inativar os microrganismos patogênicos e demais organismos indicadores de contaminação
(bactérias do grupo coliforme) presentes nas águas, bem como prevenir o crescimento
microbiológico no sistema de distribuição.
É importante fazer a distinção entre desinfecção e esterilização. A esterilização objetiva
eliminar todos os organismos vivos, e é usada em situações especiais, tais como em
instrumentos cirúrgicos, seringas para aplicação de medicamentos, dentre outros. Na
desinfecção, ocorre a inativação dos microrganismos, que, pela ação do desinfetante,
tornam-se impossibilitados de se reproduzir e, portanto, de transmitir qualquer enfermidade
(DANIEL, 2008). Os métodos de desinfecção podem ser físicos, químicos ou mecânicos.
Alguns fatores intervenientes na eficiência da desinfecção são: a turbidez, que promove um
efeito escudo sobre os microrganismos, protegendo-os da ação desinfetante; a matéria
orgânica, que também pode proteger os microrganismos da ação desinfetante ou reagir
com este, formando subprodutos, como, por exemplo, os trihalometanos; alguns compostos
inorgânicos, como ferro e manganês, que reagem com o desinfetante; e o pH e a
temperatura da água, que afetam o desempenho dos desinfetantes (LIBÂNIO, 2005).
As características da unidade de desinfecção na ETA também influenciam na eficiência do
processo em função do tempo de contato, da dosagem aplicada e da homogeneidade da
dispersão do desinfetante na água. O produto do tempo de contato (T) pela concentração
do desinfetante (C) permite realizar comparações entre os diversos tipos de agentes
químicos, por meio da grandeza CT (Tabela 4), em função da eficiência na inativação dos
microrganismos. Em geral, quanto maior o valor de CT, menos eficiente é o desinfetante
(LIBÂNIO, 2005).
abela 4. Valores de CT (mg.min/L) de alguns desinfetantes para a inativação de 99% dos
microrganismos. Fonte: LAPOLLI et al., 2005.
Os mecanismos de ação dos agentes químicos envolvem a destruição ou desarranjo
estrutural dos constituintes celulares, a interferência no metabolismo energético, tornando
as enzimas não funcionais, e a interferência na biossíntese e no crescimento, prejudicando
a síntese proteica de ácidos nucleicos ou coenzimas. O principal mecanismo controlador da
eficiência do desinfetante consiste na sua habilidade de oxidar ou romper a parede celular,
difundindo dentro da célula e interferindo nas atividades celulares (DANIEL, 2001).
O cloro gasoso, utilizado na desinfecção, sofre hidrólise na água, formando o ácido
hipocloroso (Equação 5), que se dissocia (Equação 6) de acordo com o pH do meio. Na
faixa de pH entre 6,5 e 8,5, a dissociação não é completa e as duas espécies – HOCl e OCl-
– estão presentes no meio. O somatório das concentrações de OCl- e HOCl denomina-se
cloro residual livre.
Na faixa de pH de 5 a 6,5, não ocorre dissociação do ácido hipocloroso, sendo a faixa ideal
da desinfecção, uma vez que o efeito germicida do HOCl é maior que o do OCl-. Os
derivados do cloro mais utilizados para desinfecção são o hipoclorito de cálcio e de sódio,
cujas reações de hidrólise estão representadas nas equações (LIBÂNIO, 2005):
O ácido hipocloroso também pode combinar com a amônia e outros compostos amoniacais,
para a formação de compostos clorados denominados cloraminas, que também apresentam
potencial desinfetante, porém com menor intensidade que o cloro (Tabela 4). Essas reações
do ácido hipocloroso com a amônia ocorrem conforme o pH de meio, para a formação de
monocloraminas (Equação 9), dicloraminas (Equação 10) e tricloraminas (Equação 11),
constituindo o cloro residual combinado, que também pode ajudar a manter um residual
desinfetante na rede de distribuição de água (LIBÂNIO, 2005).
Após satisfazer a demanda de cloro, as cloraminas formadas também podem ser oxidadas
(Equação 12). Então, o cloro adicionado converte-se em cloro residual livre, por meio de um
processo denominado de cloração ao breakpoint (Figura 5). Dosagens de cloro após o
breakpoint disponibilizam cloro livre para inativação dos microrganismos e asseguram a
ausência de odor e sabor nas águas de abastecimento.
A demanda imediata de cloro é devido à oxidação da matéria orgânica e de compostos
redutores, como ferro e manganês (LIBÂNIO, 2005). De acordo com a Portaria de
Consolidação n. 5, de 2017, do Ministério da Saúde, é obrigatória a manutenção de, no
mínimo, 0,2 mg/L de cloro residual livre em toda a extensão do sistema de distribuição
(reservatório e rede) e, no máximo, 2 mg/L em qualquer ponto do sistema de abastecimento
(BRASIL, 2017).
Alguns desinfetantes alternativos ao cloro gasoso (Quadro 1) são: o dióxido de cloro, que
gera residual, sendo 0,2 mg/L o mínimo a ser mantido no sistema de distribuição, segundo a
recomendação do Ministério da Saúde (BRASIL, 2017); e o ozônio, que é o agente mais
eficiente na inativação de microrganismos e na oxidação de compostos orgânicos,
apresentando os valores mais baixos de CT (Tabela 4).
Quadro 1. Principais vantagens e desvantagens de alguns agentes desinfetantes. Fonte:
DANIEL, 2001; LIBÂNIO, 2005. (Adaptado).
Em determinados casos, o ozônio pode ser utilizado na pré-oxidação de matéria orgânica
precursora da formação de trihalometanos, de compostos fenólicos e outras substâncias
passíveis de conferir odor e sabor às águas de consumo, e de compostos inorgânicos
combinados com matéria orgânica, tais como ferro, manganês, sulfitos e nitritos. Sua
decomposição em solução aquosa se dá segundo as Equações 13 a 16. Os radicais livres
formados (HO e HO2) são provavelmente as principais espécies reativas, apresentando alta
capacidade de oxidação (LIBÂNIO, 2005).
Dentre os métodos físicos de desinfecção, a radiação UV (faixa de 40 a 400 nm) é a mais
difundida, atuando principalmente sobre os ácidos nucleicos, promovendo reações que
inativam vírus e bactérias. O intervalo de comprimento de onda de 245 a 285 nm é
considerada a faixa germicida ótima para a inativação microbiana. A radiação utilizada na
desinfecção geralmente é obtida por meio de lâmpadas de vapor de mercúrio ionizado
(DANIEL, 2001).
O calor é outro método físico de desinfecção, porém é empregado somente para pequenos
volumes de água, normalmente para beber, consistindo na fervura da água por tempo
suficiente para desnaturar as proteínas, ou seja, decompondo-as ou transformando-as em
outros compostos que não são utilizados pelos microrganismos, levando-os à morte
(DANIEL, 2008).
A fluoretação é a etapa do tratamento cuja função é elevar a concentração de fluoreto (F)
na água tratada, visando a prevenção da cárie dentária, por meio da aplicação de
compostos de flúor. Ela é normalmente aplicada após todo o processo físico-químico:
coagulação, desinfecção e correção do pH, ou simultânea à desinfecção. Os compostos
usualmente empregados nas ETAs para fornecer íons fluoreto em solução aquosa são
fluossilicato de sódio (Na2SiF6), fluoreto de sódio (NaF) e ácido fluo silícico (H2SiF6). A
definição da concentração de fluoreto recomendada varia de acordo com a média das
temperaturas máximas diárias – faixa de 0,7 mg/L (temperatura entre 26,4 a 32,5 ºC) a 1,2
mg/L (temperatura entre 10,0 a 12,1 ºC).
SISTEMAS AVANÇADOS DE TRATAMENTO
O aumento da demanda de água e os padrões de potabilidade cada vez mais restritivos ao
redor do mundo, visando a manutenção da saúde da população, têm levado à implantação
de técnicas avançadas ou complementares de tratamento de água.
Cada vez mais tem-se observado a presença de microcontaminantes orgânicos e
inorgânicos nas águas de abastecimento, resultantes das mais variadas atividades
antrópicas, e que usualmente não são removidos satisfatoriamente pelos métodos de
tratamento de água convencionais.
Além dos microcontaminantes, podem ser aplicados sistemas avançados de tratamento
para remoção de cianobactérias e cianotoxinas, cistose oocistos de protozoários, sais
dissolvidos, substâncias que conferem sabor e odor na água etc. Dentre os métodos
avançados de tratamento de água podem ser citadas a filtração em membranas e a
adsorção em carvão ativado. Na primeira, há a utilização de membranas sintéticas, porosas
e semipermeáveis, que podem ser orgânicas ou inorgânicas. De acordo com a capacidade
e forma de separação do contaminante, além do tipo e intensidade da força motriz utilizada,
as membranas podem ser divididas em membranas de microfiltração, ultrafiltração,
nanofiltração e osmose reversa (Tabela 5).
Tabela 5. Principais características dos sistemas de filtração em membranas. Fonte:
LIBÂNIO, 2005; PÁDUA, 2006a. (Adaptado).
Usualmente, as membranas aplicadas ao tratamento de água são feitas de polímeros
orgânicos, tais como: polipropileno, para unidades de microfiltração; polisulfona,
poliacrilonitrila e polivinilidenefluorida, para ultrafiltração; e poliamida, para ultrafiltração e
osmose reversa. Elas podem ser produzidas, em larga escala, em duas configurações
geométricas básicas: folhas planas, para membranas de nanofiltração e osmose reversa;
cilindros, especialmente para membranas de micro e ultrafiltração, classificadas em
membranas tubulares (diâmetro maior que 3 mm) e membranas de fibra oca (diâmetro
menor que 3 mm). As membranas planas podem ser enroladas em forma de espiral
(LIBÂNIO, 2005), sendo utilizadas em aplicações que demandam pressões intermediarias
(ultrafiltração) e altas (nanofiltracão e osmose reversa).
O fluxo de água é paralelo às membranas, não sendo necessário que todo o fluido a ser
tratado passe através da membrana. Na separação, estão envolvidos três fluxos distintos: a
alimentação, o concentrado (ou rejeito) e o permeado (ou purificado). Dependendo do
processo selecionado, a conversão da alimentação, em permeado, pode ser superior a
95%, e a rejeição de contaminantes pode ser superior a 99% (PÁDUA, 2006a).
O carvão ativado como adsorvente tem se mostrado eficiente na eliminação de variadas
substâncias orgânicas, que conferem risco à saúde humana, presentes nas águas, tais
como pesticidas, toxinas, trihalometanos e outros subprodutos da desinfecção. Ele é
fabricado a partir de matérias-primas como madeira, casca de coco, sementes, ossos de
animais, coque, turfa, lignita, petróleo, plástico, pneus etc., que são carbonizados e ativados
para criar uma estrutura altamente porosa e de grande área superficial, na qual os
contaminantes podem aderir (ou adsorver).
Os carvões ativados, usados no tratamento de água, têm uma superfície interna entre 500 e
1.500 m2/g. Os seus poros são convencionalmente classificados de acordo com seu
diâmetro médio, em micróporos (< 2 nm), mesóporos (2 a 50 nm) e macroporos (> 50 nm).
O número de iodo relaciona a quantidade de microporos presentes numa amostra de carvão
ativado, sendo definido como a massa de iodo adsorvida (mg), com um dado volume de
solução, por 1g de carvão ativado. Para ETAs, o valor mínimo recomendado para o número
de iodo de carvões ativados é de 600 mg/g (PÁDUA, 2006a).
As duas formas usuais de utilização de carvão ativado em ETAs são granular e em pó. O
carvão ativado granular (CAG) pode ser aplicado na ETA antes da coagulação, após a
filtração ou em conjunto com a unidade de filtração. À medida que a sua superfície porosa
vai gradualmente sendo coberta com moléculas químicas (chamadas de adsorvato), chega
um ponto de saturação em que ele não é capaz de adsorver novas moléculas, devendo ser
retirado, regenerado ou substituído por um novo. A regeneração do CAG, então, envolve a
dessorção (retirada do adsorvato) da matéria aderida no carvão e a reativação, restaurando,
ao máximo possível, a superfície interna e a estrutura dos poros do carvão (PÁDUA,
2006a).
O carvão ativado em pó (CAP) possui partículas de no máximo 100 mm de tamanho,
apresentando vantagens, em relação ao CAG, como um investimento inicial relativamente
baixo, uma facilidade de implantação na ETA e uma flexibilidade na alteração da dosagem
aplicada, de acordo com as variações na qualidade da água. Porém, o CAP não pode ser
regenerado, e apresenta maior complexidade na sua remoção, que pode ser feita com o
floco, na descarga de lodo do decantador ou durante a lavagem do meio filtrante. O CAP
pode ser adicionado em diferentes pontos de aplicação: na captação, como em tanques de
contato na chegada de água bruta na estação, na coagulação ou na entrada dos filtros
(PÁDUA, 2006a).
Tratamento de águas aplicado à zona rural
Segundo censo demográfico de 2011, do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística
(IBGE, 2011), a população rural representa cerca de 15% da população total do País.
De acordo com Rezende e Heller (2008), as ações referentes ao abastecimento de água
foram realizadas com maior intensidade nos centros urbanos, ocasionando um déficit de
atendimento nas pequenas cidades, periferias urbanas e áreas rurais.
Desse modo, para pequenas comunidades ou zonas rurais, muitas vezes se faz necessária
a aplicação de soluções alternativas de abastecimento e tratamento de água de forma
descentralizada, diferentemente dos sistemas coletivos centralizados. Dentre essas
soluções alternativas e individuais, podem ser citadas a desinfecção solar, a fervura, o uso
de cloradores individuais, o uso de filtros domésticos, o tratamento domiciliar com filtros de
areia, o emprego de coagulantes naturais, como a moringa oleifera, o uso de sachês com
produtos químicos, para remoção de contaminantes específicos, entre outros (PÁDUA,
2006b).
TECNOLOGIAS DE TRATAMENTO APLICADAS A PEQUENAS COMUNIDADES
O filtro domiciliar é frequentemente aplicado como unidade de filtração de água, tanto em
áreas que contam com o sistema de tratamento centralizado, quanto em zonas
descentralizadas, funcionando como uma barreira sanitária adicional, capaz de reter
partículas e alguns microrganismos da água. Porém, quando a água bruta apresenta
qualidade físico-química e bacteriológica comprometida, seu uso exclusivo para
potabilização é incorreto.
Nos casos em que a turbidez da água é baixa, contudo, a combinação filtro-desinfecção
domiciliar pode resultar em água em condições adequadas para consumo. Havendo
dúvidas com relação à procedência da água, recomenda-se a fervura da água filtrada por
pelo menos 15 minutos. Embora tradicionalmente de vela de porcelana, vem sendo
frequentemente aplicados filtros domiciliares de carvão ativado para a remoção de sabor e
odor, sendo que o material adsorvente deve ser periodicamente trocado (PÁDUA, 2006b).
Alguns sistemas de filtros lentos podem ser aplicados a pequenas comunidades, de
maneira descentralizada, como é o caso do chamado biofiltro de areia (Figura 6), que
consiste em um pequeno filtro de volume de 12 L e capacidade de 50 a 80 L por dia, em
fluxo intermitente. A camada biológica demora em torno de 30 dias para ser estabelecida. A
limpeza do biofiltro deve ser feita pela raspagem da camada mais superficial. Dados da
literatura tem apontado eficiência de biofiltros em campo de até 100% de remoção para
ovos de helmintos, 85% de remoção de turbidez, 90-95% de remoção de ferro, e 88-99% de
remoção de bactérias (CAWST, 2009).
Figura 6. Partes constituintes de um biofiltro de areia. Fonte: CAWST, 2009, p.2. (Adaptado).
Além da filtração, é imprescindível proceder algum método de desinfecção, de forma a
garantir a qualidade microbiológica da água. Ela deve sempre vir após algum sistema de
remoção de sólidos, garantindo que a água apresente baixa concentração de sólidos
dissolvidos e turbidez, pois estes podem dificultar a ação desinfetante. Uma das soluções
adequadas para a desinfecção da água em pequenas comunidades pode ser o clorador de
pastilha, que consiste em tubulações de PVC com pastilhas de hipoclorito de cálcio,
disponíveis comercialmente, por onde a água passa para ser desinfetada (desinfecção em
linha), antes de encher a caixa d’água domiciliar.
Pode-se também ser aplicado hipoclorito de cálcio granular com cerca de 70% de cloro
ativo. Nesse caso,deve-se utilizar uma colher de café para 500 a 1000 L de água a ser
consumida. As dosagens de cloro usualmente empregadas para desinfecção da água
situam-se entre 1 e 5 mg/L (PÁDUA, 2006b). Por fim, a desinfecção solar também tem se
mostrado eficaz na inativação de microrganismos patogênicos das águas. O método
consiste em colocar a água limpa (filtrada) em garrafas de plástico transparente e deixá-las
ao sol, para que a radiação ultravioleta possa agir sobre os patógenos (PÁDUA, 2006b).
Agora é a hora de sintetizar tudo o que aprendemos nessa unidade. Vamos lá?!
SINTETIZANDO
Nesta unidade, vimos que o tratamento de água, tendo em vista a sua potabilização,
envolve várias operações unitárias, que devem promover a sua clarificação, desinfecção e
fluoretação. A seleção da melhor tecnologia a ser empregada no processo de clarificação
da água vai depender da composição da água bruta, mas, em geral, aplica-se a técnica de
tratamento de ciclo completo, que envolve as etapas da coagulação, floculação, decantação
(ou sedimentação) e filtração, seguidas, portanto, da desinfecção e fluoretação.
A coagulação promove a desestabilização das partículas coloidais da água na unidade de
mistura rápida, pela aplicação de um coagulante, geralmente a base de ferro ou alumínio. A
floculação ocorre na unidade de mistura lenta, promovendo a aglutinação dos flocos
formados. Na decantação, os flocos são separados, formando o lodo, que deve passar por
uma sequência de tratamento para desidratá-lo, antes de ser enviado para destinação
adequada. Como alternativa à decantação, pode ser empregada a técnica da flotação por ar
dissolvido, em que a remoção dos flocos é feita superficialmente.
A água decantada ou flotada segue para a filtração, para remoção de sólidos não removidos
na etapa anterior, bem como de microrganismos aderidos a esses sólidos. A desinfecção,
finalmente, deve garantir a inativação de patogênicos que possam conferir risco à saúde da
população abastecida. A fluoretação é primordial para suprir a necessidade de fluoreto na
água, de modo a evitar a cárie dentária.
Esse sistema de tratamento de ciclo completo é, geralmente, aplicado a maiores
adensamentos populacionais. Para pequenas comunidades ou áreas rurais, deve-se aplicar
soluções alternativas, de forma a garantir o acesso à água potável. Dentre essas soluções
podem ser citados o biofiltro de areia, para remoção de sólidos e microrganismos, e a
desinfecção solar ou com sistemas individuais de cloração, para inativação de patogênicos
da água.