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INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA DEPARTAMENTO ENGENHARIA DE FORTIFICAÇÃO E CONSTRUÇÃO CURSO DE ENGENHARIA DE FORTIFICAÇÃO E CONSTRUÇÃO APOSTILA SANEAMENTO BÁSICO I SANDRO FILIPPO – CAP QEM FC UNIDADES DIDÁTICAS : UNIDADE I - SANEAMENTO BÁSICO UNIDADE II - ABASTECIMENTO DE ÁGUA UNIDADE III - TRATAMENTO DE ÁGUAS PARA ABASTECIMENTO Unidade Didática I – Saneamento Básico _____________________________________________________________________________________ 1 SANEAMENTO BÁSICO I A disciplina de Saneamento Básico I possui os seguintes objetivos específicos : · Apresentar a importância do Saneamento Básico; · Fornecer subsídios para projetar, especificar e construir sistemas simplificados para abastecimento de água; · Fornecer subsídios para projetar, especificar e construir instalações para tratamento de águas para abastecimento. UNIDADE I - SANEAMENTO BÁSICO 1. - Conceitos Fundamentais Saúde : é um estado de completo bem estar físico, mental e social e não apenas a ausência de doença ou enfermidade (definição do início da década de 70 da Organização Mundial de Saúde). Saúde pública : é a ciência e a arte de promover, proteger e recuperar a saúde, através de medidas de alcance coletivo e de motivação da população. Corresponde a um esforço organizado da coletividade em prol da saúde definida pela OMS. Refere-se sempre a coletividade. Saneamento : é o controle de todos os fatores do meio físico do homem, que exercem ou podem exercer efeito deletério sobre sobre seu bem-estar físico, mental ou social (OMS). Corresponde a um conjunto de medidas que tendem a modificar o meio e quebrar o elo da cadeia de transmissão de doenças com o propósito de promoção e proteção da saúde. O saneamento é uma das armas da Saúde Pública para a quebra deste elo da cadeia. O saneamento tem também grande importância econômica na medida em que reduz o número de enfermidades e de mortes de indivíduos produtivos e o gasto com internações hospitalares. Unidade Didática I – Saneamento Básico _____________________________________________________________________________________ 2 2. - Principais Atividades de Saneamento Básico As principais atividades de saneamento básico abrangem principalmente os seguintes itens : · Abastecimento de água; · Coleta e disposição de águas residuárias (esgotos sanitários, resíduos líquidos industriais e águas pluviais); · Acondicionamento, coleta, transporte, tratamento e/ou destino final dos resíduos sólidos (lixos de naturezas diversas); · Controle da poluição ambiental - água, ar e solo (acústica, visual e etc.) · Saneamento dos alimentos; · Controle de artrópodes e de roedores de importância em saúde pública (controle de vetores); · Saneamento da habitação, dos locais de trabalho, de educação, de recreação e dos hospitais; · Saneamento dos meios de transporte; · Saneamento em situações de emergência (enchentes e calamidade pública). 3. - Evolução histórica do saneamento Dentre alguns fatos históricos que envolvem as principais atividades de saneamento podem ser citados : · Os povos primitivos já se instalavam próximos as margens dos rios para captarem água dos mesmos; · No Paquistão à 3.000 a.C. já existiam casa com banheiros, tubos cerâmicos, alvenaria de tijolos para canalização de águas pluviais; · Em Creta à 2.000 a.C. já eram empregadas manilhas cerâmicas de ponta e bolsa; · Os egípcios e japoneses já possuíam técnicas para clarificação da água através de filtros domésticos; · As aglomerações humanas mais densas já necessitavam de grandes obras destinadas à captação, como por exemplo a construção de tanques de reservação; Unidade Didática I – Saneamento Básico _____________________________________________________________________________________ 3 · Os romanos possuíam sistemas de abastecimento de água mais completos e grande complexidade; · As atividades de captação, transporte e armazenamento de água surgiram em conseqüência do aumento do consumo; · As atividades de tratamento de água surgiram em decorrência do crescimento da poluição; · Por volta do ano 1240, Londres já possuía água encanada através de tubulações de chumbo; · Na Alemanha a partir do ano 1500 tornou-se obrigatório o uso de fossas. · Com a invenção da máquina a vapor na Revolução Industrial foi possível o surgimento dos primeiros equipamentos para bombeamento d'água; · A eficiência da filtração de água só foi reconhecida por engenheiros no início do século XIX; · Em 1815 foi autorizado em Londres o lançamento de efluentes domésticos nas galerias de águas pluviais da cidade; · Em 1854, Snow comprovou cientificamente a associação entre a fonte de água consumida pela população de Londres e a incidência de cólera; · A 1ª rede de esgotos da cidade de São Paulo foi projetada e construída pelos ingleses em 1876; · A partir de 1908 foram empregadas como tratamento de água as primeiras substâncias desinfetantes como o hipoclorito de cálcio; · Até o início do século XIX não se conheciam os sistemas de esgotos tais como hoje concebidos; · No século XVII ocorreram as primeiras experiências com tubos de ferros fundidos. Antes era de barro, chumbo e madeira, de pequenas dimensões que não suportavam muitas pressões. Procuravam seguir então a linha piezométrica do sistemas para evitar pressões maiores. · Modernamente novos materiais e técnicas vem sendo empregados para desenvolvimento das atividades de saneamento básico, facilitando a construção de instalações cujo objetivo principal é o de reduzir e eliminar as doenças causadas ao homem pela falta de condições sanitárias adequadas. Unidade Didática I – Saneamento Básico _____________________________________________________________________________________ 4 4.- Princípios Gerais do Saneamento Dentre alguns princípios gerais do Saneamento Básico podem ser citados : 4.1 - Princípio da Densidade O princípio da densidade se baseia no fato de que quanto maior a densidade ou a concentração de atividades, menor o poder de autodepuração do meio ambiente. Logo, maiores devem ser as medidas de controle e de saneamento do meio. 4.2 - Princípio de Detalhes O princípio de detalhes prega a teoria de que a observância dos mínimos detalhes em saneamento é fundamental. Alguns exemplos citados a seguir explicam tal princípio : · Antes de iniciar o funcionamento de qualquer tipo de obra nova em saneamento principalmente no que se refere ao abastecimento de água, deve-se realizar uma desinfecção total do sistema com dosagem forte de cloro na água (desinfecção operacional); · A concentração de cloro empregada no tratamento de águas para abastecimento é função também do tipo e resistência do microorganismo possível de estar presente no sistema. Exemplo : vibrão da cólera e shigella (0,5 mg/l), pólio (1,2 mg/l), vírus da hepatite (3,0 mg/l) e rotavírus (3,0 mg/l). 4.3 - Princípio do Alcance e do Controle Este princípio rege que sempre que possível deve-se sanear o todo, ou seja, proteger somente parte de um todo por algum tipo de medida de saneamento pode comprometer o todo, inclusive a parte supostamente protegida. Exemplo: sempre deve- se imunizar um maior número possível de pessoas em uma campanha de vacinação. Unidade Didática I – Saneamento Básico _____________________________________________________________________________________ 5 4.4 - Princípio do Período de Carência ou do Silêncio Existe um período de carência entre os problemas de saneamento e os resultados obtidos pela implantação de alguma medida de saneamento para resolvê-los. Como exemplo, na Figura 1 pode-se observar que existe um período a partir da introdução da cloração no abastecimentode água da cidade de São Paulo em 1926, para o decaimento do número de casos de febre tifóide. Cabe ressaltar que a introdução de sistemas de abastecimento de água traz retornos relativamente rápidos no que diz respeito a melhoria das condições de saúde da população abastecida. Figura 1 - Coeficiente de mortalidade por febre tifóide no município de São Paulo 5. – Situação do Saneamento Básico e da Saúde Pública no Brasil O Brasil é um país em grave estado de saúde. Pesquisas realizadas no início dos anos 90 pela ABES (Associação Brasileira de Engenharia Sanitária) e pelo IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística) possibilitam uma visualização do quadro sanitário no país, evidenciando as condições precárias a que esta exposta grande parte da população brasileira. Em 1991 o Brasil possuía 152,3 milhões de habitantes, sendo que 77 % viviam em áreas urbanas e apenas 27 % em áreas rurais. Nesta época menos de 70 % dos habitantes eram atendidos por sistemas coletivos de abastecimento de água, verificando- Unidade Didática I – Saneamento Básico _____________________________________________________________________________________ 6 se uma significativa variação de cobertura entre os estados. Alguns problemas dos sistemas não revelados pelas estatísticas são o não cumprimento dos padrões de potabilidade pela água distribuída e a ocorrência de intermitência no abastecimento, comprometendo a quantidade de água fornecida à população e a sua própria qualidade. Outro problema grave é o elevado índice de perdas, devido a vazamentos e desperdícios, chegando a índices que superam 50 %. Os dados referentes ao esgotamento sanitário são bastante impressionantes. Apenas 30 % da população brasileira era atendida por redes coletoras. O volume de esgotos tratados era extremamente baixo, com apenas 8 % dos municípios apresentando unidades de tratamento. Mesmos nesses, em geral, as estações de tratamento atendem a apenas uma parcela da população, as eficiências são reduzidas e os problemas operacionais são freqüentes. As deficiências na coleta e na disposição inadequada do lixo, que é lançado a céu aberto na grande maioria das cidades brasileiras, constituem outro sério problema ambiental e de saúde pública. Carências graves são também observadas na área de drenagem urbana, submetendo diversos municípios a periódicas enchentes e inundações, além de problemas de saúde pública resultantes do escoamento deficiente das águas de chuva. Na área de controle de vetores, por sua vez, a descontinuidade dos programas e a falta de articulação entre as diversas instâncias institucionais vêm provocando o ressurgimento ou o recrudescimento de endemias como o dengue, a leptospirose, a leishmaniose e a febre amarela. Alguns outros indicadores e índices sobre o estado de saúde e saneamento no país podem ser visualizados a seguir : · a taxa de mortalidade infantil no ano de 1992 era de 58 em cada 1.000 habitantes (em Cuba no mesmo ano tínhamos 14/1000 hab e na Argentina 29/1000 hab.); · 30 % das mortes de crianças com menos de um ano de idade são por diaréia (cerca de 50.000 casos por ano); · a epidemia de cólera no Brasil atinge mais de 700 cidades e mais de 100.000 pessoas; Unidade Didática I – Saneamento Básico _____________________________________________________________________________________ 7 · os investimentos em saúde no Brasil são da ordem de US$ 60 / hab.dia enquanto que o mínimo recomendado pela OMS (Organização Mundial de Saúde) é de US$ 500 / hab.dia; · existem no Brasil cerca de 5,5 milhões de casos de esquistossomose (cerca de 3 % da população); · 65 % das internações hospitalares resultam da inadequação dos serviços e ações de saneamento. As tabelas e gráficos a seguir ilustram a situação do saneamento básico no país no que se refere ao abastecimento de água, coleta de esgoto e de lixo. Tabela 1 - Acesso a Serviços de Saneamento por Classe de Renda – Brasil (1991) Domicílios sem Água Canalizada Domicílios sem Ligação à Rede de Esgoto ou Fossa Séptica Classe (Salário Mínimo) Total de Domicílios (Milhões) (%) Quantidade (mil) (%) Quantidade (mil) 0 a 1 1 a 2 2 a 3 3 a 5 5 a 10 10 a 20 20 e mais 1,4 7,8 4,2 3,8 3,5 1,6 0,8 33 38 12 5 3 1 1 462 2.964 504 190 105 16 8 59 56 40 28 20 12 9 826 4.368 1.680 1.064 700 192 72 Fonte : Censo Demográfico 1991, Dados Preliminares, IBGE Tabela 2 - Evolução de Indicadores de Saneamento no Brasil (em % de domicílios urbanos e rurais) Indicadores 1970 1980 1991 1996 ÁGUA Domicílios urbanos – rede de distribuição Domicílios rurais – rede de distribuição 60,47 2,61 79,20 5,05 86,10 9,26 91,11 19,76 ESGOTO SANITÁRIO Domicílios urbanos – rede de coleta Domicílios urbanos – fossa séptica Domicílios rurais – rede de coleta Domicílios rurais – fossa séptica 22,16 25,28 0,45 3,24 37,02 22,97 1,39 7,16 41,59 18,12 1,86 7,21 48,88 25,43 3,68 14,47 Fonte : IBGE. Censos Demográficos de 1970, 1980 e 1991; e PNAD, 1996. Unidade Didática I – Saneamento Básico _____________________________________________________________________________________ 8 Tabela 3 - Indicadores de Saneamento no Brasil e Grandes Regiões (1996) (em % de domicílios urbanos) Indicadores Brasil Norte Nordeste Sudeste Sul C.Oeste ABASTECIMENTO DE ÁGUA Redes públicas de distribuição Outras soluções 91,11 69,13 86,07 95,45 94,36 82,75 ESGOTO SANITÁRIO Rede pública de coleta Fossas sépticas Outras soluções 48,88 25,43 8,91 39,66 22,47 30,31 75,76 13,45 17,41 58,40 34,09 12,08 LIXO Coletado Sem coleta 87,44 64,68 72,93 92,92 95,55 89,23 Fonte : IBGE. PNAD, 1996. (1991) Figura 2 - Indicadores de Saneamento – Abastecimento de água (1991) Fonte : ABES-IBGE Unidade Didática I – Saneamento Básico _____________________________________________________________________________________ 9 A falta de saneamento básico ocasiona o surgimento de diversas doenças. Pode-se afirmar que se as condições de saneamento básico no Brasil fossem mais adequadas, haveria uma substancial melhoria no quadro de saúde da população. Figura 3 - Indicadores de Saneamento – Esgotamento Sanitário (1991) Fonte : ABES-IBGE Figura 4 - Indicadores de Saneamento – Lixo (1991) Fonte : ABES-IBGE Unidade Didática I – Saneamento Básico _____________________________________________________________________________________ 10 Além disso o país economizaria com a construção e manutenção de hospitais e com a compra de medicamentos. Segundo estimativas da OMS, nos países em desenvolvimento, cerca de 80 % dos leitos hospitalares vêem sendo ocupados por pacientes com doenças causadas direta ou indiretamente pela água de má qualidade e por falta de saneamento. O restante, cerca de 20 % são devido à outros tipos de doenças como de origem genética, acidentes e etc. 6. - Transmissão de Doenças devido a falta de Saneamento Básico Diversas doenças infecciosas e parasitárias têm no meio ambiente uma fase de seu ciclo de transmissão, como por exemplo, uma doença de veiculação hídrica com transmissão feco-oral. A implantação de um sistema de saneamento, nesse caso, significaria interferir no meio ambiente, de maneira a interromper o ciclo de transmissão da doença (ver exemplo da Figura 5). Figura 5 – Transmissão de doença de veiculação hídrica Unidade Didática I – Saneamento Básico _____________________________________________________________________________________ 11 6.1 - Conceitos básicos sobre Epidemiologia Para que os mecanismos de transmissão das doenças devido a falta de saneamento básico, possam ser entendidos, é importante que sejam conhecidos alguns conceitos básicossobre Epidemiologia. Epidemiologia : é a ciência que estuda a distribuição das doenças e agravos a saúde nas comunidades e as relaciona a múltiplos fatores, concernentes ao agente etiológico, ao hospedeiro e ao ambiente, indicando as medidas para a sua profilaxia. É o estudo das doenças na massa populacional, considerando as causas, o mecanismo de transmissão e a prevenção de doenças. Agente etiológico : substância cuja presença ou ausência pode iniciar ou perpetuar um processo mórbido (doença). Podem ser físicos (radioatividade e etc.), Figura 5.1 – Efeito das medidas de Saneamento Unidade Didática I – Saneamento Básico _____________________________________________________________________________________ 12 químicos (metais pesados e etc.) ou parasíticos (bioagentes patogênicos – vírus, bactérias, helmintos e etc.). Hospedeiro : pessoa ou animal que alberga um agente etiológico animado (bactérias, protozoários, fungos, vírus ou helmintos). O hospedeiro pode ser temporário ou definitivo. O hospedeiro temporário serve de veículo ao agente até a instalação no hospedeiro definitivo (ex. caramujos na esquistossomose). O hospedeiro definitivo é a fonte ou reservatórios dos agentes infecciosos (animal ou homem). Reservatório ou Fonte de Infecção : é todo ser que contenha um agente etiológico passível de veiculação a outros seres. (Exemplo : homem portador de doença). A transmissão de doenças pode se realizar das seguintes formas principalmente : · Transmissão direta – ocorre através do contato direto do agente etiológico com o hospedeiro (ex: doenças venéreas como sífilis, gonorréia, AIDS e etc.) · Transmissão indireta – ocorre através de contato indireto do agente etiológico com o hospedeiro através de veículos ou vetores. Os veículos mais comuns são o ar, a água e o solo. Como exemplo de vetores podem ser citados os animais que transportam agentes etiológicos. Os vetores podem ser mecânicos ou biológicos. Os vetores mecânicos apenas transportam o agente etiológico, como por exemplo as moscas e baratas. Os vetores biológicos além de transportar o agente etiológico, servem para o desenvolvimento obrigatório de alguma fase do mesmo, como por exemplo no caso dos caramujos transmissores da esquistossomose cujas microorganismos denominados de cercárias se desenvolvem no interior dos mesmos. Alguns exemplos sobre o modo de transmissão de doenças podem ser visualizado nas figuras a seguir : Unidade Didática I – Saneamento Básico _____________________________________________________________________________________ 13 Em resumo, para haver transmissão de doenças são necessárias as seguintes condições (sem as quais se torna impossível a propagação de uma doença por agente etiológico : · um agente causador ou etiológico; · um reservatório ou fonte de infecção do agente causador; · um modo de sair do reservatório; · um modo de transmissão do reservatório até a nova vítima em potencial; · um modo de penetrar em nova pessoa; · uma pessoa susceptível. Figura 7 – Modos de propagação - agentes etiológicos eliminados com fezes humanas CONTATO DIRETO ÁGUA – AR - SOLO VETORES MECÂNICOS VETORES BIOLÓGICOS ALIMENTO HOMEM CONTATO INDIRETO LIXO Figura 6 – Modos de propagação de doenças - Lixo Unidade Didática I – Saneamento Básico _____________________________________________________________________________________ 14 Alguns outros termos de interesse para a Epidemiologia podem ser citados : Endemia: é a incidência de uma doença em uma população humana dentro de limites considerados “normais” para essa população. Epidemia: elevação brusca, temporária e significativa da incidência de uma doença em uma comunidade humana, atingindo limites considerados anormais para essa comunidade, ou seja, ultrapassam a incidência norma esperada. Incidência: número de casos novos que vão aparecendo em uma comunidade, durante certo intervalo de tempo, dando uma idéia do desenvolvimento do fenômeno. Pode ser expressa por números absolutos. (ex : número de casos novos por dia ou mês). Morbidade ou Prevalência: expressa o número de pessoas enfermas ou de casos de uma doença em relação à população em que ocorram. Expressa por um coeficiente (ex : número por 100.000 habitantes). Mortalidade: expressa o número de óbitos durante determinado período de tempo, em relação a população total em que essas mortes ocorrem. Letalidade: indica a relação entre o número de óbitos por uma determinada doença e o número de casos da doença que deu origem a esses óbitos. Indica portanto a gravidade da doença e a virulência do agente etiológico. 6.2 – Principais doenças relacionadas com a falta de Saneamento Básico Os principais grupos de microorganismos que podem provocar doenças no homem são : os vírus, as bactérias, os protozoários e os helmintos. Além disso vários componentes químicos presentes nas águas podem causar danos à saúde conforme Tabela 6. Os profissionais da área de saneamento devem conhecer as formas de transmissão e as medidas de prevenção das doenças relacionadas com a falta de saneamento. Unidade Didática I – Saneamento Básico _____________________________________________________________________________________ 15 Os quadros a seguir resumem os principais tipos de doenças causados pela falta de saneamento básico relacionadas com a água, com as fezes (esgoto), com o lixo e transmitidas por vetores bem como as principais formas de transmissão e de prevenção : Tabela 4 – Doenças relacionadas com a água (inclusive agente etiológico causal) Unidade Didática I – Saneamento Básico _____________________________________________________________________________________ 16 Tabela 5 – Doenças relacionadas com a água Tabela 6 – Componentes químicos que podem afetar a saúde (veiculação hídrica) Unidade Didática I – Saneamento Básico _____________________________________________________________________________________ 17 Tabela 7 – Doenças relacionadas com as fezes Tabela 8 – Doenças relacionadas com vetores Unidade Didática I – Saneamento Básico _____________________________________________________________________________________ 18 Tabela 9 – Medidas de Controle dos Vetores Unidade Didática II – Abastecimento de Água _______________________________________________________________________________________ 19 UNIDADE II – ABASTECIMENTO DE ÁGUA 1. Importância da água A água constitui um elemento essencial à vida animal e vegetal. Seu papel no desenvolvimento da civilização é reconhecida desde a mais alta antigüidade; Hipócrates (460-354 A.C.) já afirmava : “a influência da água sobre a saúde é muito grande”. Logo a água é considerada como o primeiro item de saneamento básico e de saúde pública. O homem tem a necessidade de água em qualidade adequada e em quantidade suficiente para todas as suas necessidades, não só para proteção de sua saúde, como também para o seu desenvolvimento econômico. Logo a importância da água deve ser encarada sob dois aspectos principais : sanitário e econômico. Nos itens seguintes tal importância é detalhada. 1.1 – Importância Sanitária do Abastecimento de Água · melhoria da saúde e das condições de vida de uma comunidade; · diminuição da mortalidade em geral, principalmente infantil; · aumento de esperança de vida da população; · diminuição da incidência de doenças relacionadas com a água; · implantação de hábitos de higiene na população; · facilidade na implantação e melhoria da limpeza pública; · facilidade na implantação e melhoria dos sistemas de esgotos sanitários; · possibilidade de proporcionar conforto e bem-estar. 1.2 – Importância Econômica do Abastecimento de Água · aumento da vida produtiva dos indivíduos economicamenteativos; · diminuição dos gastos particulares e públicos com consultas e internações hospitalares; Unidade Didática II – Abastecimento de Água _______________________________________________________________________________________ 20 · facilidade para instalação de indústrias onde a água é utilizada como matéria- prima (ex. indústria de bebidas) ou meio para operação (operação de caldeiras); · incentivo à indústria turística em localidades com potencialidades para seu desenvolvimento. 2. - Qualidade da Água A água pura, no sentido rigoroso do termo, na existe na natureza, pois, sendo a água um ótimo solvente, nunca é encontrada em estado de absoluta pureza. A água apresenta uma série de impurezas que imprimem suas características físicas, químicas e biológicas, cuja qualidade depende dessas características. As características da água fornecida ao consumidor, vão influenciar no tipo e no grau de tratamento que a mesma deve sofrer, dependendo este tratamento também, do uso que será feito da água. Como exemplo pode-se citar o fato de que para o uso doméstico a água deve ser desprovida de gosto, porém para resfriamento de caldeiras esta característica não tem importância. Logo, a qualidade e a quantidade da água requeridas em função de seu uso, irão influenciar na escolha do manancial de captação e no processo de tratamento. Deve-se lembrar também o aspecto econômico-financeiro, visto que em muitos casos, a qualidade da água de um manancial pode ser tão crítica que em função do volume de água que se deseja captar, seja inviável economicamente seu tratamento. As águas dos mananciais podem ser utilizadas para diversas finalidades, decorrendo daí a necessidade da satisfação simultânea de diversos critérios de qualidade. Os principais usos da água são : § Abastecimento doméstico; § Abastecimento industrial; § Irrigação; § Dessedentação de animais; § Recreação e lazer; § Geração de energia elétrica; § Navegação; Unidade Didática II – Abastecimento de Água _______________________________________________________________________________________ 21 § Diluição de despejos; e § Preservação da flora e da fauna. 2.1 - Características e Impurezas da Água Á água encontrada na natureza possui uma série de impurezas, que definem suas características físicas, químicas e biológicas. Essas impurezas podem torná-la imprópria para o consumo ou para outros usos específicos. Os diversos componentes presentes na água, e que alteram o seu grau de pureza, são retratados em termos das suas características físicas, químicas e biológicas, conforme a seguir : · características físicas : são aquelas associadas, em sua maior parte, à presença de sólidos na água. Estes sólidos podem estar em suspensão (diâmetro das partículas maior que 10 0 mm), coloidais (diâmetro entre 10 0 e 10 -3 mm) ou dissolvidos (diâmetro menor que 10 -3 mm). · características químicas: podem ser interpretadas como matéria orgânica e inorgânica; · características biológicas : obtidas pelos seres presentes na água que podem estar vivos ou mortos. Dentre os seres vivos, tem-se os dos reinos animal, vegetal e os protistas (organismos microscópicos como as bactérias, os vírus e as algas). A figura 7 a seguir apresenta de forma esquemática estas inter-relações : IMPUREZAS DA ÁGUA CARACTERÍSTICAS FÍSICAS CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS CARACTERÍSTICAS BIOLÓGICAS Sólidos Gases Inorgânicos s Orgânicos Ser vivo Animais Vegetais Protistas Matéria em decomposição Suspensos Coloidais Dissolvidos Unidade Didática II – Abastecimento de Água _______________________________________________________________________________________ 22 Para que se possa empregar a água de diversas formas, inclusive para abastecimento público, é necessário o conhecimento das principais características físicas, químicas e biológicas da mesma com o intuito de avaliar quais tipos de tratamento que devem ser realizados para remoção das impurezas, de modo que a água atinja os requisitos de qualidade em função de seu uso previsto. 2.2 - Principais Características ou Parâmetros das Águas Parâmetros Físicos As principais características físicas das águas são: cor, turbidez, sabor, odor e temperatura. Estas características envolvem em sua grande maioria, aspectos de ordem estética e psicológica, exercendo uma certa influência no consumidor. Dentro de determinados limites, não tem relação com inconvenientes de ordem sanitária. Porém, o seu acentuado teor pode causar certa repugnância a consumidores mais ou menos exigentes. Cabe destacar que uma água de boa aparência não significa que apresente boas condições sanitárias. A seguir tem-se alguns detalhes dos principais parâmetros : Cor : · Responsável pela coloração da água; · Originada pela existência de substâncias dissolvidas, que na grande maioria dos casos, são de natureza orgânica (folhas e matéria turfosa); · Unidade de medida : uH (Unidade Hazen – escala de platina-cobalto); · De origem natural não provoca risco à saúde, porém de origem industrial pode apresentar toxicidade. Turbidez : · Representa o grau de interferência com a passagem da luz através da água, conferindo uma aparência turva à mesma; · Originada principalmente devido a existência de sólidos em suspensão e de organismos microscópicos; Felipe Realce Felipe Realce Felipe Realce Unidade Didática II – Abastecimento de Água _______________________________________________________________________________________ 23 · Unidade de medida : uT (Unidade de Turbidez – Unidade de Jackson); · Pode estar associada a compostos tóxicos e organismos patogênicos. Sabor e odor : · São consideradas em conjunto, pois o sabor é a interação entre o gosto (salgado, doce, azedo e amargo) e o odor (sensação olfativa); · Originado por sólidos em suspensão, sólidos dissolvidos e gases dissolvidos; · É difícil a adoção de medidas de odor e sabor. As águas quanto ao sabor e odor devem ser inobjetáveis, ou seja, deve haver ausência de sabor e odor; · Não representa risco à saúde, porém questiona-se a confiabilidade da água. Temperatura : · Medição da intensidade de calor; · Elevadas temperaturas diminuem a solubilidade dos gases, como por exemplo, reduzem a quantidade de oxigênio dissolvido na água; · Unidade de medida : o C. Parâmetros Químicos pH : · Indica o potencial de íons hidrogênio H+. A faixa de pH vai de 0 a 14. Indica a condição de acidez, neutralidade ou alcalinidade da água. · pH baixo : corrosividade e agressividade nas águas de abastecimento; · pH alto : possibilidade de incrustações nas águas de abastecimento. Alcalinidade : · É uma medição da capacidade da água de neutralizar os ácidos; · É devida a presença de bicarbonatos, carbonatos e hidróxidos, quase sempre alcalinos ou alcalinos terrosos (sódio, potássio, cálcio, magnésio, etc). A distribuição entre as três formas na água é função do pH. Felipe Realce Felipe Realce Felipe Realce Felipe Realce Unidade Didática II – Abastecimento de Água _______________________________________________________________________________________ 24 · Não tem significado sanitário para a água potável, mas em elevadas concentrações confere um gosto amargo para a água; · Causado pela dissolução de rochas minerais, reação do CO2 com a água e efluentes industriais; · Unidade : mg/l de CaCO3; Acidez ou Agressividade: · Característica causada principalmente pela presença em solução, de oxigênio, gás carbônico e gás sulfídrico; · Responsável pela corrosão de tubulações e materiais; · Unidade : mg/l de CaCO3. Dureza: · Característica conferida á água pela presença de sais alcalinos-terrosos (cálcio, magnésio, etc.) e algunsmetais de menor intensidade; · É caracterizada pela extinção da espuma formada pelo sabão, o que dificulta o banho e a lavagem de utensílios domésticos e roupas, criando problemas higiênicos; · Originado pela dissolução de rochas minerais (calcáreas, gipsita e dolomita) e efluentes industriais; · As águas duras, principalmente em temperaturas elevadas, podem incrustar as tubulações, devido as precipitação de cátion Ca2+ e Mg2+ que reagem com os ânions na água, formando os precipitados; · Unidade : mg/l de CaCO3. Ferro e Manganês : · Na ausência de oxigênio dissolvido (ex : água subterrânea) o ferro e o manganês se apresentam na forma solúvel (Fe2+ e Mn2+). Quando expostas ao ar atmosférico o ferro e o manganês voltam a se oxidar às suas formas insolúveis Felipe Realce Felipe Realce Felipe Realce Felipe Realce Felipe Realce Unidade Didática II – Abastecimento de Água _______________________________________________________________________________________ 25 (Fe3+ e Mn4+), o que pode causar cor na água, além de manchar roupas durante a lavagem; · Pouco significado sanitário, possível coloração, sabor e odor; · Usualmente encontrado nas águas naturais; · Unidade : mg/l. Iodo e Flúor : · São substâncias que presentes na água dentro de determinados limites de concentração, apresentam benefícios para a saúde humana; · Os iodetos são necessária para a prevenção do bócio endêmico; · Os fluoretos são necessários para a prevenção da cárie dentária, porém em concentração excessiva podem causar a fluorose dental das crianças; · Unidade : mg/l. Nitratos : · Os nitratos presentes na água, em grandes quantidades, provocam em crianças o estado mórbido denominado de cianose também conhecida como síndrome do bebê azul; · Em um corpo d’água, a determinação da forma predominante do nitrogênio (nitrogênio orgânico – amônia – nitrito NO2- e nitrato NO3-) pode fornecer informações sobre o estágio da poluição. O nitrogênio na forma orgânica ou de amônia está associada a uma poluição recente enquanto que a forma de nitrato indica uma poluição mais remota); · São originados através dos despejos domésticos, industriais, excrementos de animais e fertilizantes; · Unidade : mg/l. Oxigênio Dissolvido : · O oxigênio dissolvido (OD) é de essencial importância para os organismos aeróbios (que vivem na presença de oxigênio). Durante a estabilização da Felipe Realce Felipe Realce Felipe Realce Unidade Didática II – Abastecimento de Água _______________________________________________________________________________________ 26 matéria orgânica, as bactérias fazem uso do oxigênio nos seus processos respiratórios, podendo vir a causar uma redução da sua concentração no meio. Dependendo da magnitude deste fenômeno, podem vir a morrer diversos seres aquáticos, inclusive os peixes. Caso o oxigênio seja totalmente consumido, tem- se as condições anaeróbias (ausência de oxigênio), com geração de maus odores; · O oxigênio dissolvido é o principal parâmetro de caracterização dos efeitos da poluição das águas por despejos de matéria orgânica; · Unidade : mg/l. Micropoluentes inorgânicos : · Uma grande parte dos micropoluentes inorgânicos são tóxicos, entre eles os metais pesados como o arsênio, cádmio, cromo, chumbo, mercúrio e prata; · Geralmente constituem o produto de lançamentos industriais poluidores ou de atividades humanas (garimpo por exemplo, no caso do mercúrio); · Unidade : ìg/l ou mg/l. Parâmetros Biológicos Os parâmetros biológicos se resumem na observação dos microrganismos (parte viva) presentes na água que também constituem impurezas. Os microorganismos desempenham diversas funções de fundamental importância, principalmente as relacionadas com a transformação da matéria dentro dos ciclos biogeoquímicos, bem como à possibilidade da transmissão de doenças. A determinação da potencialidade de uma água transmitir doenças pode ser efetuada de forma indireta, através dos organismos indicadores de contaminação fecal, pertencentes ao grupo de coliformes. Tais organismos não são patogênicos, mas dão uma satisfatória indicação de quando uma água apresenta contaminação por fezes humanas ou de animais, e por conseguinte, a sua potencialidade para transmitir doenças, visto que podem veicular agentes patogênicos. A maioria das bactérias do grupo coliforme pertence aos gêneros Escherichia, Citrobacter, Klebsiella e Enterobacter, embora vários outros gêneros e espécies pertençam ao grupo. Felipe Realce Felipe Realce Felipe Realce Felipe Realce Unidade Didática II – Abastecimento de Água _______________________________________________________________________________________ 27 As seguintes razões principais explicam o emprego do grupo coliforme como indicador de contaminação fecal : · Apresentam-se em grande quantidade nas fezes humanas. Cerca de 1/3 a 1/5 do peso das fezes humanas é constituído por bactérias do grupo coliforme; · Apresentam-se em grande número apenas nas fezes do homem e de animais de sangue quente, fato este essencial, pois se existissem também nos intestinos de animais de sangue frio deixariam de ser bons indicadores de poluição; · Os coliformes apresentam resistência aproximadamente similar à maioria das bactérias patogênicas intestinais, característica importante pois não seriam bons indicadores de contaminação fecal se morressem mais rapidamente que o agente patogênico. A determinação do indicador de coliformes se faz por técnica bem estabelecida, que o expressa em número mais provável (NMP) de coliformes por 100 ml de amostra de água. Além do indicador de contaminação fecal, são realizados exames hidrobiológicos para determinação de microorganismos como algas, bactérias, protozoários, vermes, larvas de inseto e etc. 2.3 - Denominação das águas em função das impurezas De acordo com a presença de certas impurezas nas águas, ou seja, em função da presença de determinados microorganismos e de substâncias em suspensão, em solução e em estado coloidal, a água recebe certas designações conforme a seguir : · Dura ou salobre : é a água que possui teor acentuado de certos sais que a tornam desagradável para a bebida, inconveniente para a limpeza corporal e lavagem de roupas e imprópria para o cozimento de legumes. Os sais causadores da dureza são geralmente os bicarbonatos, sulfatos, cloretos e nitratos de cálcio e magnésio. Possui um sabor característico; · Salgada ou salina : é a água que, além de sais causadores de dureza, possui elevado teor de cloreto de sódio, como a água do mar; Unidade Didática II – Abastecimento de Água _______________________________________________________________________________________ 28 · Mineral : é a água que provém do interior da crosta terrestre, contendo substâncias em solução que lhe dão valor terapêutico, tais como cloretos, brometos, iodetos, sulfatos e os sais neutros de magnésio, potássio e sódio; · Termal : é a água mineral originada de camadas profundas da crosta terrestre e que atinge a superfície com temperatura elevada; · Radiativa : é toda água mineral ou termal possuidora naturalmente de radioatividade; · Doce : á a água de gosto agradável e que, por exclusão, não é dura, salgada, mineral, termal ou radiativa; · Poluída : é toda água de características alteradas devido à presença indesejável de substâncias estranhas e/ou pequenos organismos que a tornam imprópria para consumo; · Contaminada : é a água poluída por germes patogênicos; · Colorida : água que deixa de ser límpida devido à presença de substâncias geralmente dissolvidas ou em estado coloidal. A cor da água normalmente é produzida por substâncias orgânicas, como os corantes vegetais (ex: boa parte dosrios da Amazônia); · Turva : é a água que não é límpida em decorrência, sobretudo, da presença de substâncias em suspensão. A turbidez é geralmente causada pela areia, silte e argilas (partículas em suspensão e coloidais); · Ácida : toda água que possui teor acentuado de gás carbônico ou ácidos minerais. Seu pH (potencial de hidrogênio) é inferior a 7. É denominada de agressiva ou corrosiva por ser capaz de provocar a corrosão de metais; · Alcalina : é a água que contém quantidade elevada de bicarbonatos de cálcio e magnésio ou carbonatos ou hidróxidos de sódio, potássio, cálcio e magnésio. Seu pH é superior a 7. Toda água dura é alcalina porém a reciproca não é verdadeira; · Bruta : é o termo empregado para caracterizar á água antes de sofrer qualquer tipo de tratamento; · Tratada : é a água que foi submetida a um ou mais processos de remoção de impurezas e/ou de correção de impropriedades; Unidade Didática II – Abastecimento de Água _______________________________________________________________________________________ 29 · Potável : é a água inofensiva à saúde, agradável aos sentidos e adequada aos usos domésticos (água própria para o consumo humano). 2.4 - Padrões de Qualidade das Águas Os requisitos de qualidade de uma água são função de seus usos previstos, conforme mencionado anteriormente. Porém além dos requisitos de qualidade, que traduzem de uma forma generalizada e conceitual a qualidade desejada para a água, há uma necessidade de se estabelecer também padrões de qualidade fixados por dispositivos legais. Existem três tipos de padrão de interesse direto no que se refere à qualidade da água : · padrões de lançamento no corpo receptor e padrões de qualidade do corpo receptor (Resolução n. 20 do CONAMA de 18/06/86); · padrões de qualidade para determinado uso imediato (ex: padrões de potabilidade) 2.4.1 Padrões de lançamento no corpo receptor e de qualidade do corpo receptor O real objetivo dos padrões de lançamento no corpo receptor e de qualidade do corpo receptor é a preservação e/ou melhoria das condições de qualidade no corpo d’água, ou seja, manter o mesmo em condições adequadas para que possa ser utilizado de maneira racional e econômica. Em resumo, estes padrões estão ligados a qualidade do corpo d’água receptor enquanto que os padrões de potabilidade estão relacionados com a qualidade da água que é fornecida para consumo. O principal documento legal que define os padrões de lançamento no corpo receptor e de qualidade do mesmo é a Resolução n. 20 do Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA) de 18/06/86. Esta resolução dividiu as águas do território nacional em águas doces, salobras e salinas. Em função dos usos previstos foram criadas 9 classes. As classes relativas à água doce estão divididas em classe Especial, para usos mais nobres, e Classes 1,2,3,4 em ordem decrescente de requisitos de qualidade e de nobreza de uso, conforme a Tabela 1 a seguir. Unidade Didática II – Abastecimento de Água _______________________________________________________________________________________ 30 Tabela 1 - Classificação das águas doces em função dos usos preponderantes (Resolução CONAMA n. 20, 18/06/86) Classe Uso Especial 1 2 3 4 Abastecimento Doméstico x x após tratamento simples x após tratamento convencional x após tratamento convencional Preservação do equilíbrio natural das comunidades aquáticas x Recreação de contato primário x x Proteção das comunidades aquáticas x x Irrigação x x x Criação de espécies (aquicultura) x x Dessedentação de animais x Navegação x Harmonia paisagística x Usos menos exigentes x Para cada classe foram criados padrões de qualidade e de lançamento para o corpo receptor, ou seja, um corpo receptor de acordo com a classe a qual pertence apresenta limites máximos para as impurezas nele contidas bem como para as impurezas dos efluentes ou resíduos nele lançados, conforme o exemplo da Tabela 2 a seguir. Em princípio, um efluente deve satisfazer, tanto ao padrão de lançamento, quanto ao padrão de qualidade do corpo receptor seguindo a sua classe. No entanto, o padrão de lançamento pode ser excedido, com permissão do órgão ambiental, caso os padrões de qualidade do corpo receptor sejam resguardados, como demonstrado por estudos de impacto ambiental. Unidade Didática II – Abastecimento de Água _______________________________________________________________________________________ 31 Tabela 2 - Padrões de qualidade e de lançamento para os corpos d’água (água doce) (alguns valores de acordo com a Resolução CONAMA n. 20/86) Padrão para Corpo d’água ClasseParâmetro Unidade 1 2 3 4 Padrão de Lançamento Cor uH 30 75 75 - - Turbidez uT 40 100 100 - - Sabor e odor - VA VA VA - - pH - 6 a 9 6 a 9 6 a 9 6 a 9 5 a 9 Oxigênio Dissolvido mg/l ³ 6 ³ 5 ³ 4 ³ 2 - Chumbo mgPb/l 0,03 0,03 0,05 - 0,5 Ferro Solúvel mgFe/l 0,3 0,3 5,0 - 15,0 Coliformes fecais org/100ml 200 1.000 4.000 - - VA : virtualmente ausente 2.4.2 - Padrões de Potabilidade Definição São as quantidades limites que, com relação aos diversos elementos, podem ser toleradas nas águas de abastecimento ou também “o conjunto de valores máximos permissíveis, das características das águas destinadas ao consumo humano.” Os padrões de potabilidade são fixados, em geral, por decretos, regulamentos ou especificações. São definidos no Brasil pelo Ministério da Saúde, através da recente Portaria 1469 de 29 de Dezembro de 2000, anexa no final desta apostila. Essa portaria estabelece os procedimentos e responsabilidades relativos ao controle e vigilância da qualidade da água para consumo humano e seu padrão de potabilidade, substituindo a antiga portaria 36/90. Seria desejável que a qualidade das águas de abastecimento destinadas às pequenas coletividades e às comunidades rurais não fosse inferior às das fornecidas aos centros urbanos maiores. Porém as dificuldades em muitas localidades de atender aos padrões de potabilidade muitas das vezes se torna difícil devendo ser estabelecidos padrões de segurança que contenham quantidades limites que, relativamente aos vários elementos, Unidade Didática II – Abastecimento de Água _______________________________________________________________________________________ 32 podem ser toleradas nas águas de abastecimento sem causar dano à saúde da população, embora não atenda bem a certos aspectos tais como a cor, por exemplo. A seguir são apresentados alguns padrões de potabilidade relativo aos aspectos físicos, organolépticos (percebidas pelos sentidos humanos), químicos e biológicos. Tabela 3 - Padrão de potabilidade da água para consumo humano Parâmetro Unidade Valor máximo permissível Características Organolépticas Cor aparente uH (unid. Hazen) 5 Odor - Não objetável Sabor - Não objetável Turbidez uT (unid.Turbidez) 1 a 2 (em 95% das amostras) Componentes que afetam a qualidade organoléptica Alumínio mg/l 0,2 Cloretos mg/l 250 Cobre mg/l 2,0 Dureza total mg/l CaCO3 500 Ferro total mg/l 0,3 Manganês mg/l 0,1 Sólidos totais dissolvidos mg/l 1000 Componentes inorgânicos que afetam a saúde Arsênio mg/l 0,01 Chumbo mg/l 0,01 Cianetos mg/l 0,07 Mercúrio mg/l 0,001 Cromo mg/l 0,05 Componentes orgânicos que afetam a saúde Aldrim e Dieldrin mg/l 0,03 Benzeno mg/l 5 Clordano mg/l 0,2 Lindano mg/l 2 DDT mg/l 2 Características biológicas Coliformes fecais (Escherichia Coli – preferível) org/100 ml ausentes Coliformes totais org/100 ml diversas combinações Unidade Didática II – Abastecimento de Água _______________________________________________________________________________________ 33 2.5 - Controle da Qualidade da Água O controle da qualidadeda água é uma medida de grande necessidade particularmente para garantia da saúde da população, além de evitar os prejuízos econômicos que podem advir da má qualidade da água de consumo. O controle da qualidade da água é uma atividade de caráter dinâmico, e que deve ser considerado em todas as etapas de um serviço de abastecimento de água (captação, recalque, adução, tratamento e distribuição). A qualidade da água distribuída deve ser rotineiramente controlada através de exame físico, químico, bacteriológico e hidrobiológico, complementados por inspeção sanitária (controle dos possíveis pontos de contaminação e etc.). A seguir são apresentados alguns pontos importantes com relação ao controle da qualidade das águas : § A coleta das amostras para realização dos exames deve sempre ser realizado por pessoal legalmente habilitado; § Os exames técnicos apropriados devem seguir técnicas apropriadas estabelecidas por órgãos especializados. No Brasil a normalização para coleta e exame de amostras é fixada pela Associação Brasileira de Normas Técnicas – ABNT); § Os exames devem ser realizados em diversos pontos de um sistema de abastecimento como por exemplo, em diversos pontos de uma estação de tratamento, para permitir entre outras medidas, a correção do processo de tratamento, inclusive com a possibilidade de torná-lo mais econômico; § A qualidade das águas, particularmente as superficiais, só pode ser suficientemente conhecida através de uma série de exames e análises abrangendo as diversas estações do ano visto que a qualidade das águas pode sofrer uma grande variação no decorrer do tempo devido às chuvas, enxurradas, ocorrência de algas, despejos de resíduos industriais e etc; § O controle da qualidade da água não deve se restringir somente a verificar por meio de exames e análises, se a mesma está preenchendo os padrões de potabilidade regulamentares, mas deve-se estender a outras medidas gerais de Unidade Didática II – Abastecimento de Água _______________________________________________________________________________________ 34 controle, ligadas ao projeto, construção, operação e manutenção dos sistemas de abastecimento de água; § Além do controle direto da poluição das águas, devem também ser controlados a poluição do ar e do solo que podem vir a contaminar ou poluir os mananciais e demais pontos do sistema de abastecimento, além de outras medidas complementares para evitar a deterioração das águas empregadas no abastecimento. Exames e análises das águas As análises efetuadas na água compreendem exames físico-químicos e bacteriológicos, que visam a determinação das quantidades e concentrações dos parâmetros de qualidade apresentados anteriormente. Os exames e análises efetuados com a água podem ser reunidos em quatro categorias : § Análises cujos resultados refletem a segurança e a salubridade da água (substâncias tóxicas e microorganismos patogênicos); § Análises que medem ou refletem o sabor ou a aceitação estética da água como temperatura, cor, turbidez e odor, complementados por exames microscópicos que podem explicar a origem de tais parâmetros; § Análises que revelam a vantagem econômica da água e que dependem do fim a que ela se destina (ensaios para determinação de dureza, teores de ferro, manganês, oxigênio dissolvido, pH, CO2, H2S e etc.); § Análises interligadas aos processos de tratamento (alcalinidade, pH, CO2, ferro, alumínio, cloro, oxigênio dissolvido, hidróxido e etc.). Cuidados na obtenção das amostras para exames a) Em água de rio : tirar a amostra abaixo da superfície, colocando o gargalo no sentido contrário ao da corrente; b) Em água de poço raso : deve-se mergulhar o frasco com a boca para baixo e não coletar na sua superfície, pode-se empregar uma vara com rolha e com cordão; Unidade Didática II – Abastecimento de Água _______________________________________________________________________________________ 35 c) Torneira ou proveniente de uma bomba : deixar a água escoar por algum tempo (um minuto), desprezando as primeiras águas. Amostras para exames físicos e químicos A amostra de água para exame físico e químico deve ser colhida em 02 (dois) litros, em garrafas limpas e convenientemente arrolhadas. Uma vez obtidas, as amostras devem ser enviadas com a máxima brevidade ao laboratório. Amostras para exame bacteriológico As coletas de água para exame bacteriológico são realizadas em frascos, geralmente com 100 cm3 de volume. O frasco deve vir limpo e esterilizado do laboratório e convenientemente tampado. Antes da coleta da amostra de água para análises bacteriológicas, deveremos nos informar se foi adicionado cloro na água, pois neste caso, o vidro além de esterilizado, deve conter em seu interior, 2 cm3 de hiposulfeto de sódio para eliminação da influência do cloro. Cuidados na coleta de amostras para exames bacteriológicos São os seguintes os cuidados indispensáveis para se coletar uma amostra confiável: · Em caso de torneira ou bomba, deixar correr as primeiras águas; · Flambar a torneira com chama de papel ou de álcool; · Não tocar com os dedos na parte da rolha que fica no interior do vidro; · Exame bacteriológico deve ser feito o mais rápido possível. As amostras devem ser conservadas à temperatura de 6oC a 10oC (geladeira) para evitar o crescimento da quantidade de micróbios. O tempo máximo permitido entre a coleta da amostra e o exame no laboratório é de 06 (seis) horas, isto para água pouco poluída. Maiores detalhes podem ser vistos na figura 8 a seguir : Unidade Didática II – Abastecimento de Água _______________________________________________________________________________________ 36 A - Esterilizando a torneira B - Retirando a tampa do frasco C - Pegando a amostra D - Vedando o frasco E - Pegando a amostra num rio Fig. 8 - Coleta de Água Para Exame Unidade II – Abastecimento de Água _____________________________________________________________________________________ 37 3. - Sistema de Abastecimento de Água Um sistema de abastecimento de água representa um “conjunto de obras, equipamento e serviços, destinados ao abastecimento de água potável de uma comunidade para fins de consumo doméstico, serviços públicos, consumo industrial, agrícola e demais usos”. Com tal destinação, um sistema de abastecimento de água de uma comunidade deve ser bem projetado, construído, operado, mantido e conservado, em todos as suas partes constituintes, entregando a água aos usuários em quantidade e com qualidade adequada, de maneira contínua a um custo razoável. As principais características de um bom serviço de água são: Qualidade : a água deve estar livre de microorganismos patogênicos que causam problemas à saúde. Deve atender às exigências das normas aprovadas pelas autoridades sanitárias de cada país. Quantidade : o sistema de abastecimento deve ser capaz de distribuir volumes suficientes de água para satisfazer às demandas da população. Cobertura : a água deve estar disponível para a população já que é um elemento vital para a saúde. Continuidade : deve existir um serviço contínuo, sem interrupções, que assegure água as 24 horas do dia durante todos os dias da semana. Custo : a água deve ter um custo razoável que permita à população ter este serviço e que este custo cubra os gastos operacionais e de manutenção. Controle operacional : a operação e manutenção preventiva e corretiva do sistema de abastecimento deve ser controlada para assegurar seu bom funcionamento. 3.1 – Unidades constituintes de um Sistema de Abastecimento de Água Um sistemas de abastecimento de água é composto pelas seguintes unidades : 1) Manancial : é a fonte de onde se retira a água; 2) Captação : conjunto de equipamentos e instalações utilizadopara a tomada d’água do manancial; 3) Adução : conjunto de condutos destinados ao transporte de água do manancial (água bruta) ou da água tratada; Felipe Realce Felipe Realce Felipe Realce Felipe Realce Felipe Realce Felipe Realce Felipe Realce Felipe Realce Felipe Realce Felipe Realce Felipe Realce Felipe Realce Unidade II – Abastecimento de Água _____________________________________________________________________________________ 38 4) Tratamento : instalações que visam a melhoria das características qualitativas da água captada a fim de que se torne própria para o consumo. É feita na chamada Estação de Tratamento de Água (ETA); 5) Reservação : armazenamento a água para atender a diversos propósitos como a variação de consumo, o fornecimento de água nos casos de interrupção da adução e manutenção da pressão mínima na rede de distribuição; 6) Rede de distribuição : condução da água para os edifícios e demais pontos de consumo, por meio de vias instaladas nas vias públicas; 7) Estações elevatórias ou de recalque ou de bombeamento : instalações de bombeamento destinadas a transportar a água a pontos mais distantes ou mais elevados, ou para aumentar a vazão de linhas adutoras. 3.1.1 - Configurações de Sistemas de Abastecimento de Água A configuração de um sistemas de abastecimento de água depende de uma série de fatores e condicionantes que são pesquisados na fase de elaboração do Relatório Técnico-Preliminar que corresponde a uma fase do projeto de um sistema onde as diversas alternativas para as unidades do mesmo são analisadas quanto aos seus aspectos técnicos e econômicos, que servirá de base para a definição da alternativa mais conveniente. Dentre alguns fatores que influenciam na configuração de sistemas podem ser citadas a topografia da região e a qualidade da água do manancial. Algumas possíveis configurações : Esta configuração ocorre quando o manancial e consequentemente a captação (CAP) se encontram em cotas inferiores a região que será abastecida, sendo necessária a construção de estação de bombeamento (EB) a adução de água bruta (AB) até a unidade de tratamento (ETA). Da ETA para a reservação (R) a adução (AT) é feita por gravidade, bem como da reservação até a rede de distribuição. CAP EB ETA R REDE AB AT Felipe Realce Felipe Realce Felipe Realce Felipe Realce Felipe Realce Felipe Realce Unidade II – Abastecimento de Água _____________________________________________________________________________________ 39 Esta configuração ocorre quando o manancial e consequentemente a captação (CAP) se encontram em cotas superiores a região que será abastecida, sendo feita a adução de água bruta (AB) por gravidade até a unidade de tratamento (ETA). Da ETA para a reservação (R) a adução (AT) é feita por gravidade, bem como da reservação até a rede de distribuição. Esta configuração ocorre quando o manancial e consequentemente a captação (CAP) se encontram em cotas superiores a região que será abastecida, sendo feita a adução de água bruta (AB) por gravidade até a unidade de tratamento (ETA). Porém é necessária uma estação de bombeamento para a adução da água tratada (AT) até o reservatório de distribuição (R) devido as condições topográficas. Esta configuração é uma das mais simples e ocorre quando a água do manancial se encontra dentro dos padrões de potabilidade requeridos sendo necessária apenas uma desinfecção por cloração, por exemplo, que pode ser feita no próprio reservatório de distribuição (R). As aduções são por gravidade. CAP ETA R REDE AB AT CAP ETA R REDE AB AT EB CAP R REDE AB AT Felipe Realce Felipe Realce Felipe Realce Unidade II – Abastecimento de Água _____________________________________________________________________________________ 40 Esta configuração ocorre bastante em cidades planas onde são necessárias estações de bombeamento (EB) tanto na adução de água bruta (AB) como na adução de água tratada (AT), para dar pressão no sistema de abastecimento devido as condições topográficas da região. 3.2 – Normas Básicas p/ Execução de Projetos As principais normas brasileiras para execução de projetos de sistemas de abastecimento de água são : · NBR12211/92 (NB587) - Estudos de concepção de sistemas públicos de abastecimento de água; · NBR12213/92 (NB589) - Projeto de captação de água de superfície para abastecimento público; · NBR12214/92 (NB590) - Projeto de sistema de bombeamento de água para abastecimento público; · NBR12215/91 (NB591) - Projeto de adutora de água para abastecimento público; · NBR12216/92 (NB592) - Projeto de estação de tratamento de água para abastecimento público; · NBR12217/94 (NB593) - Projeto de reservatório de distribuição de água para abastecimento público; · NBR12218/94 (NB594) - Projeto de rede de distribuição de água para abastecimento público; · NBR12212/92 (NB588) - Projeto de poço para captação de água subterrânea; · NBR12266/92 (NB1349) - Projeto e execução de valas para assentamento de tubulação de água, esgoto ou drenagem urbana; · NBR12244/92 (NB1290) - Construção de poço para captação de água subterrânea. CAP EB ETA EB REDE AB AT R Felipe Realce Unidade II – Abastecimento de Água _____________________________________________________________________________________ 41 3.3 – Etapas para Implantação de um Sistema de Abastecimento de Água Para a implantação de um sistema de abastecimento de água as seguintes etapas principais podem ser destacadas : § Movimento e interesse da comunidade; § Mobilização do órgão responsável pelo saneamento na região; § Obtenção de financiamento; § Concorrência e contratação de empresa para execução dos projetos; § Elaboração do Relatório Técnico Preliminar : Levantamento dos elementos básicos e parâmetros p/ a elaboração dos projetos (será visto mais adiante); Estudo da concepção do projeto (incluindo estudo de alternativas e de análise técnica e financeira das alternativas). § Elaboração do Projeto Básico (referente a melhor alternativa de projeto escolhida); § Elaboração do Projeto Executivo (detalhamento a nível de construção com plantas em escala mais precisas); § Construção das unidades constituintes do sistema; § Operação do sistema; § Manutenção do sistema; § Revisão das etapas futuras de implantação do sistema em função da evolução da população e das características da cidade. 3.4 – Elementos Básicos e Parâmetros p/ a Elaboração de Projetos Para a elaboração de um projeto de sistema de abastecimento público de água, deverão ser reunidos dados e elementos básicos que possibilitem um perfeito diagnóstico da localidade a ser abastecida e das suas necessidades. Felipe Realce Felipe Realce Felipe Realce Felipe Realce Felipe Realce Unidade II – Abastecimento de Água _____________________________________________________________________________________ 42 3.4.1 – Principais elementos a serem considerados e levantados § Dados planialtimétricos da localidade a ser abastecida em escala conveniente (de maneira geral em escala 1:2000 c/ curvas de nível de m em m), incluindo mapas, fotografias aéreas, dados aerofotogramétricos. O anexo A da NBR 12211/92 fornece as escalas mais convenientes para as diversas etapas do projeto. Os dados levantados devem cobrir a região em que se encontra a área a ser abastecida, inclusive suas expansões, e as possíveis áreas onde poderão estar localizadas as partes constitutivas do sistema; § Outros dados topográficos e geológicos como : geologia da camada sub-superficial do solo e dos acidentes principais, tipo de solo da região (para escolha dos tipos de equipamentos que deverão ser usadosna construção e também para escolha dos materiais de construção que podem ser empregados) e conhecimento do nível do lençol freático (importante para o projeto estrutural das construções devido a sub- pressão que podem ocorrer nas lajes de fundo, para o estudo das valas, poços, casas de bombas, escoramentos, sistemas de rebaixamento do lençol e do método de escavação a empregar); § Dados e elementos referentes aos aspectos físicos da localidade : recursos hídricos superficiais e subterrâneos, geologia, geomorfologia e hidrogeologia; clima (temperaturas máximas, médias e mínimas, que influenciam no tratamento de água, por exemplo); estudos hidrológicos (pluviometria e fluviometria, importantes para escolha do manancial e das obras de captação a serem realizadas); § Dados e informações a respeito da economia local e regional : pode-se avaliar o ritmo de desenvolvimento que a cidade terá, que influencia direto na população. A situação social e cultural serve para definir o consumo “per capita” usado visto que o consumo de água varia proporcionalmente com os hábitos da população; § Indicação das áreas da localidade atendidas pelos serviços de infra-estrutura existentes na mesma : água, esgotamento sanitário e pluvial, energia elétrica, sistema de transporte (devido ao acesso), comunicações (importante para troca de informações e pedido de material); Felipe Realce Felipe Realce Felipe Realce Felipe Realce Felipe Realce Felipe Realce Felipe Realce Felipe Realce Unidade II – Abastecimento de Água _____________________________________________________________________________________ 43 § Pesquisa da disponibilidade de energia elétrica : empresas concessionárias, grau de confiabilidade e características do sistema de fornecimento existente (voltagem, freqüência) e tarifas cobradas, fatores que irão influenciar na escolha e no dimensionamento dos conjuntos elevatórios, por exemplo; § Levantamento das condições sanitárias as comunidade : relacionando as doenças de veiculação hídrica, sistemas de esgoto sanitário, poluição das águas, despejos domésticos e industriais, dados estes que influenciam na captação e no tratamanto da água; § Pesquisa de mão-de-obra e materiais locais : levantar disponibilidade e custo de materiais na região e qualidade e salários da mão-de-obra local; § Levantamento completo do sistema de abastecimento público de água eventualmente existente, com características e indicação da capacidade nominal de cada unidade do sistema, visto que o novo projeto pode ou não aproveitar parcialmente a rede existente que serve de subsídios para o projeto do novo sistema. Devem ser coletadas informações como : projetos existentes e modificações realizadas, cadastros dos condutos existentes, tipos e características dos condutos e demais unidades, dados sobre a operação do sistema, estado geral da rede (possíveis perdas no sistema), medição do serviço, tipos de consumo (edifícios, industriais e etc.); § Pesquisa dos mananciais existentes : determinação das características qualitativas e quantitativas dos mananciais disponíveis na região possíveis de aproveitamento para fins de abastecimento público; § Pesquisa sobre a população : Ö Avaliação do crescimento populacional ano a ano através de publicações oficiais do IBGE dos censos demográficos realizados; Ö Procurar avaliar ano a ano até o ano de alcance do projeto por base nos métodos existentes, para a projeção da população de projeto; Felipe Realce Felipe Realce Felipe Realce Unidade II – Abastecimento de Água _____________________________________________________________________________________ 44 Ö Verificar a distribuição da população pela cidade (possíveis áreas de expansão da cidade, para localização e traçado dos dispositivos, condutos e redes de forma eficiente e racional); Ö Verificar população flutuante (época de afluência das populações, duração da estadia e locais preferidos para estadia); Ö Verificar hábitos da população (turística, industrial, agrícola, comercial, e doméstico, que influenciam no tipo de consumo). § Avaliar os volumes de água necessários, tanto na configuração atual como na futura, levando em conta os diversos tipos de consumo de água e o eventual aumento do consumo específico ao longo do tempo. 3.4.2 – Estudo de Concepção de um Sistema de Abastecimento D’água Um estudo de concepção corresponde a um estudo de arranjos, sob os pontos de vista qualitativo e quantitativo, das diferentes partes de um sistema, organizadas de modo a formarem um todo integrado, para a escolha da concepção básica do sistema de abastecimento de água. De acordo com a NBR 12211/92 da ABNT, um estudo de concepção de um sistema de abastecimento de água deve abordar, no mínimo : a) Problemas relacionados com a configuração topográfica e características geológicas da região de localização dos elementos constituintes do sistema; b) Consumidores a serem atendidos até o alcance do plano e sua distribuição na área a ser abastecida pelo sistema; c) A quantidade de água exigida por diferentes classes de consumidores e as vazões de dimensionamento; d) No caso de existir sistema de distribuição, aintegração das partes deste ao novo sistema; e) A pesquisa e definição dos mananciais abastecedores; f) A demonstração de que o sistema proposto apresenta total compatibilidade entre as partes; g) O método de operação do sistema; h) A definição das etapas de implantação do sistema; i) A comparação técnico-econômica da concepção; j) O estudo de viabilidade econômico-financeira da concepção básica. Unidade II – Abastecimento de Água _____________________________________________________________________________________ 45 3.5 – Consumo de Água e População de Projeto A elaboração de um projeto de abastecimento de água exige o conhecimento das vazões de dimensionamento das diversas partes constitutivas do sistema. A determinação destas vazões implica no conhecimento da demanda de água na cidade, que é função do número de habitantes a ser abastecido e da quantidade de água necessária para cada indivíduo conforme figura 9 a seguir : Figura 9 – Vazões de Projeto – Variáveis intervenientes 3.5.1 – Consumo de Água O consumo de água é função de uma série de fatores inerentes à própria localidade a ser abastecida e varia de cidade para cidade, assim como pode variar de um setor de distribuição para outro, numa mesma cidade. Os principais tipos de consumo podem ser vistos a seguir. Tipos de Consumo a) Uso doméstico: bebida, banhos, limpeza em geral e etc; b) Uso comercial: lojas, bares, restaurantes, postos e etc; c) Uso industrial: água como matéria-prima, para resfriamento, consumida no processo e etc; d) Uso público: limpeza de logradouros, irrigação, fontes, bebedouros, edifícios públicos, piscinas públicas, combate à incêndios e etc; e) Usos especiais: ferrovias e metropolitanos, portos e aeroportos, estações rodoviária e etc; DEMANDA Vazões de projeto Número de habitantes Quantidade de água necessária para cada indivíduo Estimativa da população de projeto; Alcance do projeto. Tipos de consumo; Variações de consumo. Unidade II – Abastecimento de Água _____________________________________________________________________________________ 46 f) Perdas e desperdícios: a perda corresponde a parcela de água que não alcança os pontos de consumo devidos a vazamentos e falhas na adução, no tratamanto, na rede de distribuição e etc (responsabilidade do sistema), enquanto que o desperdício corresponde à má utilização da água pelo consumidor (responsabilidade do consumidor). Fatores que Influenciam no Consumo Os principais fatores que influenciam no consumo de água são: a) Clima:quanto mais quente maior o consumo; b) Padrão de Vida da população: quanto mais alto o padrão de vida maior o consumo; c) Hábitos da População: higiene, turismo, esportes e etc; d) Sistema de Fornecimento e Cobrança: se o serviço é medido inibe o consumo; e) Qualidade da água fornecida: água de boa qualidade tende a aumentar o consumo; f) Custo da Tarifa: tarifas altas inibem o consumo; g) Pressão na rede distribuidora: quanto maior a pressão, maior a vazão fornecida e conseqüentemente maior o consumo; h) A natureza, o crescimento e as características da cidade: o consumo por habitante tende a aumentar com o crescimento da cidade; quanto maior o grau de desenvolvimento de uma cidade maior o consumo; i) Atividades industriais, comerciais e públicas: cada atividade desta possui um tipo de consumo diferenciado; a predominância destas atividades altera o consumo por habitante. Exemplos : Consumo de água “per capita” de acordo c/ o nível sócio-econômico (NSE) : § NSE alto : 600 l/hab.dia; § NSE médio : 200 a 300 l/hab.dia; § NSE baixo : 100 a 150 l/hab.dia; § NSE popular : 30 a 80 l/hab.dia Felipe Realce Felipe Realce Felipe Realce Felipe Realce Felipe Realce Felipe Realce Felipe Realce Felipe Realce Felipe Realce Felipe Realce Unidade II – Abastecimento de Água _____________________________________________________________________________________ 47 Nas cidades brasileiras o consumo “per capita” varia em média de 100 a 400 l/hab.dia, de acordo com o porte da cidade conforme tabela 4 a seguir : Tabela 4 – Consumo “per capita” em função da população Porte da cidade População (n. habitantes) Consumo “per capita” (l/hab.dia) Menores Até 5.000 100 – 150 Pequenas 5000 – 25.000 150 – 200 Médias 25.000 – 100.000 200 – 250 Maiores > 100.000 250 - 300 A estimativa do consumo diário de água para cada tipo de atividade pode ser encontrada na tabela 5 a seguir : Tabela 5 – Consumo de acordo com o tipo de atividade Tipo de prédio Unidade Consumo l/dia Serviço Doméstico Apartamento em geral Residências Residências populares e rurais Alojamentos provisórios de obra Apartamentos de zelador per capita por quarto de empregada per capita per capita per capita unid. 200 a 250 200 250 120 a 150 80 600 a 1000 Serviço Público Edifícios de escritórios e comerciais Escolas, internatos Escolas, externatos Escolas, semi-internatos Hospitais e casas de saúde Hotéis com coz. e lavanderia Hotéis sem coz. e lavanderia Lavanderias Quartéis Cavalariças Restaurantes Mercados Garagens e postos de serviços para automóveis Rega de jardins Cinemas, teatros Igrejas Ambulatórios Creches por ocupante efetivo per capita per capita per capita por leito por hóspede por hóspede por kg de roupa seca por soldado por cavalo por refeição por m2 de área por automóvel por caminhão por m2 de área por lugar por lugar per capita per capita 50 a 80 150 50 100 250 250 a 350 120 30 150 100 25 5 100 a 150 200 1,5 2 2 25 50 Serviço Industrial Fábricas (uso pessoal) Fábricas com restaurante Usinas de leite Matadouros Matadouros por operário por operário por litro de leite por animal abatido (grande) (pequeno porte) 70 a 80 100 5 300 150 Unidade II – Abastecimento de Água _____________________________________________________________________________________ 48 Variações de Consumo Ocorrem variações de consumo significativas em um sistema de abastecimento de água, que podem ser mensais, diárias, horárias e instantâneas. Devido a maior ou menor demanda em certas horas do período ou em certos dias ou épocas do ano, a vazão distribuída sofre variações mais ou menos apreciáveis. Em um projeto de sistema de abastecimento de água, algumas dessas variações de consumo são importantes e entram no cálculo do volume a ser consumido. Variações diárias k1 – coeficiente do dia de maior consumo A NBR 12211/92 recomenda que sejam feitas observações ao longo de cinco anos consecutivos no mínimo, quando possível. k1 – varia em geral de 1,10 a 1,50 (Valor comumente empregado no Brasil = 1,20). Valores menores de k1 são empregados em cidades com pequenas variações climáticas ao longo do ano, ou seja, com maior regularidade de temperaturas. O coeficiente k1 é aplicado para o cálculo de vazões de captação, de adutoras, elevatórias, de estações de tratamento e de redes de distribuição. maior consumo diário no ano k1 = ________________________ consumo médio diário no ano (Ó Vi / 365 dias) Vazão diária (Vi) Dias do ano 365 dias maior consumo diário consumo médio diário Felipe Realce Felipe Realce Felipe Realce Unidade II – Abastecimento de Água _____________________________________________________________________________________ 49 Variações horárias k2 – coeficiente da hora de maior consumo k2 – varia em geral de 1,50 a 2,00 (Valor comumente empregado no Brasil = 1,50). Valores maiores de k2 são empregados em cidades que apresentam um pequeno número de domicílios com reservatórios, como por exemplo nas cidades onde o abastecimento de água é direto. Os reservatórios equilibram os consumos ao longo do dia, acumulando água quando o consumo for reduzido para atender aos horários onde ocorrem picos de demanda. Portanto, o coeficiente k2, juntamente com o coeficiente k1, é aplicado somente para o cálculo de vazões de condutos alimentadores que saem dos reservatórios e das redes de distribuição, conforme figura acima. maior vazão horária do dia de maior consumo k2 = ________________________ vazão média horária do dia de maior consumo (Ó Qi / 24 horas) Vazão horária (Qi) Hora (h) maior vazão horária vazão média horária 0 6 12 18 24 Reservatório Montante Jusante k1 k1 . k2 Felipe Realce Felipe Realce Felipe Realce Felipe Realce Felipe Realce Felipe Realce Unidade II – Abastecimento de Água _____________________________________________________________________________________ 50 Variações instantâneas / Consumos mínimos Em alguns casos especiais de flutuações repentinas e significativas de vazão pode-se aplicar o coeficiente k3, como por exemplo, nos locais onde não existam reservatórios que possam compensar tais variações ao longo do dia. Algumas vezes, onde houver necessidade de se trabalhar com consumos mínimos, emprega-se o fator k3, menor do que a unidade (0,50 por exemplo). 3.5.2 – Cálculo das Vazões de Projeto As vazões de projeto podem para dimensionamentos das unidades de um sistema de abastecimento podem ser calculadas através das seguintes fórmulas : Onde : Qd , Qmáx = Vazões de projeto em função da unidade considerada (l/s); q = Consumo per capita (l/hab.dia); N = Número de horas de funcionamento do sistema ou da unidade considerada (h); k1 , k2 = coeficientes do dia e da hora de maior consumo respectivamente. O consumo per capita (q) leva em conta não só os usos domésticos, como também os usos comercial, industrial e públicos. Exemplo do consumo per capita recomendado pelo extinto DOS/SP para as cidades do interior de São Paulo : Para fins domésticos : 85 l/hab.dia (42,5 %) Para fins industriais e comercias : 50 l/hab.dia (25,0 %) Para fins públicos : 25 l/hab.dia (12,5 %) Perdas : 40 l/hab.dia (20,0 %) Total : 200 l/hab.dia P . q Qm = _______________ N . 3600 P . q . k1 Qd = _______________ N . 3600 P . q . k1 . k2 Qmáx = _______________ N . 3600
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