Questões sobre Sistemas de Tratamento de Águas e Esgotos

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Questões sobre Sistemas de Tratamento de Águas e Esgotos (STAE)
[Atividade complementar à P_1 (turma de Engenharia Civil – 8º Semestre)]
1) Estação de tratamento de água (ETA) é uma instalação em que se realiza a purificação da água captada de alguma fonte para torná-la própria para o consumo e assim utilizá-la para abastecer uma determinada população. A captação da água bruta é feita em rios, lagos ou represas que possam suprir a demanda por água da população, da indústria e do comércio. Antes que vá para o sistema de distribuição de água através de adutoras, passa por um processo de tratamento com várias etapas. O processo de tratamento utiliza processos físicos e químicos para que a água adquira as propriedades desejadas que a tornem própria para o consumo. Então perguntamos:
- Quais são as etapas de tratamento da água numa ETA convencional ?
1. COAGULAÇÃO; 2. FLOCULAÇÃO; 3. DECANTAÇÃO; 4. FILTRAÇÃO; 5. DESINFECÇÃO; 6. FLUORETAÇÃO
- Em que consiste cada uma dessas etapas ?
1. COAGULAÇÃO: A matéria-prima (água bruta desprovida de tratamento) apresenta-se sob a forma de uma dispersão coloidal, onde a fase dispersante é líquida (água) e a fase dispersada é sólida (colóide ou impureza). A fase sólida dispersada na fase líquida confere cor e turbidez à água.
A cor é proveniente da presença de substâncias coradas dissolvidas na água, podendo-se ainda classificar em cor verdadeira e cor aparente, conforme definido a seguir.
1. Cor verdadeira: devida somente às substâncias dissolvidas tendo sido separada a turbidez.
2. Cor aparente: devida à cor e turbidez, determinada sem separação do material em suspensão.
A água colorida é de aspecto desagradável (fator estético), sendo indesejável ao abastecimento público. A cor exerce influência na escolha do tipo do tratamento a que deve ser submetida a água e sua variação obriga a alterar a dosagem dos produtos químicos usados na etapa de clarificação. A cor natural provém principalmente da vegetação e de processos de degradação do ambiente.
A turbidez é proveniente da presença de substâncias visíveis (partículas) em suspensão que interferem na transparência da água. As matérias em suspensão são sílica, argila, matéria orgânica finamente dividida, plâncton e outros microorganismos. Também pode ser devida à presença de pequenas bolhas de ar. A turbidez define-se como a medida da interferência à passagem da luz, provocada pelas matérias em suspensão, ocasionando a reflexão e a absorção da luz. Depende da granulometria e da concentração das partículas. Partículas grandes, mesmo em concentrações elevadas, acusam pequena turbidez, enquanto que partículas menores acusam maior turbidez. Assim como a cor, a turbidez também está relacionada com fator estético. Águas com altos valores de turbidez podem reduzir a eficiência do tratamento e alterar o sabor e odor da água.
A turbidez exerce grande interferência na determinação da cor e deve ser removida por centrifugação da amostra a ser analisada. Não é recomendado realizar a filtração da amostra, porque o processo de filtração remove parte da cor. Caso não seja possível a remoção da turbidez para a análise da cor, registra-se o valor da cor como sendo, conforme mencionado anteriormente, “cor aparente”. Adicionalmente, o parâmetro cor é fortemente influenciado pelo valor do pH da amostra, e aumenta à medida que o pH também aumenta. Ao se determinar o valor da cor, deve-se registrar o valor do pH correspondente. 
Para a remoção de cor, turbidez e carga orgânica presentes nas águas, ou seja, para a remoção de impurezas, torna-se necessário a desestabilização da dispersão coloidal. Como, de um modo geral, a maioria dos colóides dispersos em água, onde o a faixa de pH se encontra entre 5 a 10, apresentam carga negativa, deve ser adicionado à água um eletrólito que contenha uma carga de sinal contrário à carga das partículas coloidais presentes na água.
A desestabilização é a minimização e/ou eliminação das forças repulsivas que mantém as impurezas separadas. Esta desestabilização é conseguida na etapa de coagulação. Torna-se importante destacar que as etapas de coagulação e floculação são praticamente simultâneas e interdependentes e, por este motivo, podem ser consideradas uma única etapa denominada coagulação/floculação.
A etapa de coagulação é um processo unitário que consiste na formação de coágulos, através da reação do coagulante, promovendo um estado de equilíbrio eletrostaticamente instável das partículas no seio da massa líquida. Os coagulantes mais usados no processo de coagulação são os sais de metais à base de alumínio ou ferro, tais como sulfato de alumínio, cloreto férrico, sulfato férrico, sulfato ferroso e policloreto de alumínio. Também se utilizam produtos auxiliares conhecidos como polieletrólitos catiônicos, aniônicos ou não iônicos. A coagulação depende de fatores como temperatura, pH, alcalinidade, cor verdadeira, turbidez, sólidos totais dissolvidos, força iônica do meio, tamanho das partículas, entre outros parâmetros.
 
2. FLOCULAÇÃO: A etapa de floculação ocorre imediatamente após a coagulação e consiste no agrupamento das partículas eletricamente desestabilizadas (coágulos), de modo a formar outras partículas maiores denominadas flocos, suscetíveis de serem removidos por decantação (ou flotação) seguido de filtração. A floculação torna-se favorecida em condições onde se tem uma agitação moderada, aumentando o contato entre as partículas formando flocos. Esses flocos apresentam massa específica superior à massa específica da água. Assim sendo, nesta etapa tem-se a remoção de cor e turbidez, carga orgânica, organismos patogênicos passíveis de coagulação, eliminação de algumas substâncias que conferem sabor e odor, entre outros.
3. DECANTAÇÃO: A etapa denominada decantação é onde ocorre a separação (física) das partículas suspensas mais pesadas formadas durante a floculação (flocos) no meio líquido, as quais pela força da gravidade apresentam um movimento descendente, depositando-se no fundo dos tanques decantadores formando uma massa sólida denominada lodo. A decantação das partículas suspensas propicia a clarificação da água pela separação da fase sólida ao mesmo tempo em que a camada de lodo formada no fundo do decantador precisa ser removida periodicamente.
Ao contrário da decantação, onde os flocos formados nos floculadores são obrigados, sob a ação da gravidade, a se depositarem (sedimentarem) no fundo dos tanques decantadores, conforme mencionado anteriormente, existe ainda um processo denominado de flotação ou flutuação. Neste caso, as partículas formadas nos floculadores (flocos) são forçadas a flutuarem antes de serem removidas da água clarificada. 
4. FILTRAÇÃO: A etapa de filtração consiste na remoção das partículas suspensas e coloidais e de microorganismos presentes na água que escoa através de um meio filtrante, o qual pode ser composto de uma ou de várias camadas de areia de diferentes granulometrias, carvão (antracito) ou camadas alternadas de areia e carvão. É nesta etapa que as partículas mais finas e leves, que não foram retidas nos decantadores são removidas da água. É considerado como um processo final de remoção de impurezas na ETA, portanto é um dos responsáveis pelo cumprimento dos padrões de potabilidade da água. Na filtração as impurezas são retidas num meio filtrante sendo necessária à lavagem dos filtros após certo período de tempo, geralmente, realizada com a introdução de água com alta velocidade no sentido ascensional. A água utilizada na lavagem, normalmente, retorna ao início do processo de tratamento.
Dentre todas estas etapas, a coagulação, a floculação, a decantação e a filtração são partes integrantes de um processo denominado clarificação da água. Entretanto, a água clarificada, apesar de parecer limpa e livre de impurezas, contém ainda muitos micro-organismos nocivos ao ser humano, podendo tornar-se um meio de transmissão de várias doenças. Para a destruição destes microorganismos, tem-se a etapa denominada desinfecção.
 
5. DESINFECÇÃO:A desinfecção é um processo onde se tem por objetivo a remoção ou destruição (inativação) de microorganismos patogênicos presentes na água capazes de causar várias doenças. A destruição desses microorganismos é realizada mediante a destruição da estrutura celular, pela interferência no metabolismo como inativação de enzimas, pela interferência na bio-síntese e no crescimento celular, através da adição de produtos químicos denominados agentes desinfetantes.
Com relação aos vários produtos químicos agentes desinfetantes disponíveis atualmente no mercado, os mais conhecidos e utilizados são os produtos à base de cloro, tais como o cloro gasoso (Cl2(g)), o hipoclorito de sódio (NaClO(l)) solução aquosa e o hipoclorito de cálcio (Ca(ClO)2(g)) sólido. Outros agentes desinfetantes disponíveis, porém menos conhecidos e utilizados são dióxido de cloro (gás dissolvido em água – ClO2(g)), o ozônio gás (O3(g)) e a radiação ultravioleta (UV). A grande vantagem da utilização dos produtos químicos à base de cloro como agentes desinfetantes é que os mesmos, quando adicionados à água, apresentam concentrações residuais de cloro que permanecem na água até esta chegar à casa do consumidor final garantindo, desta forma, o padrão microbiológico da mesma. Isto não acontece com o ozônio e com a radiação ultravioleta, por exemplo. Outras vantagens que podem ser mencionadas é que os produtos à base de cloro são adquiridos prontos para utilização sob a forma líquida (através de soluções aquosas), sólida (através de pastilhas) e/ou gasosa (confinados em cilindros), além de apresentarem relação custo/benefício adequada.
6. FLUORETAÇÃO: Adicionalmente à desinfecção da água, tem-se ainda a etapa denominada fluoretação, sendo uma exigência do Ministério da Saúde Brasileiro. Sabe-se que o flúor, em pequenas quantidades, é benéfico à saúde humana, principalmente em crianças, promovendo o endurecimento da matriz mineral dos dentes e esqueleto e tem se mostrado como o agente químico mais eficiente na prevenção da cárie dentária, daí sua adição nos sistemas de abastecimentos públicos de água ser uma prática muito difundida e obrigatória.
A fluoretação tem por objetivo básico a redução de incidência de cárie dentária, através da adição de produtos químicos à base de flúor à água. Alguns dos produtos químicos usados para este fim são o fluossilicato de sódio (sal sólido) e o ácido fluossilícico (solução líquida).
2) Estação de Tratamento de Esgoto (ETE) é uma instalação que trata as águas servidas de origem doméstica, comercial ou industrial, comumente chamadas de esgotos, que depois serão escoadas para um corpo d’água (rio, lagoa, represa, mar) apresentando um nível poluidor aceitável, conforme a legislação vigente para o meio ambiente receptor. Então pedimos que:
- Descreva resumidamente como são o Tratamento Primário e o Tratamento Secundário nas ETE.
TRATAMENTO PRIMÁRIO 
O tratamento primário é constituído unicamente por processos físico-químicos. Nesta etapa procede-se a equalização e neutralização da carga do efluente a partir de um tanque de equalização e adição de produtos químicos. Seguidamente, ocorre a separação de partículas líquidas ou sólidas através de 
processos de floculação e sedimentação, utilizando floculadores e decantador (sedimentador) primário. 
Floculação
O processo de coagulação, ou floculação, consiste na adição de produtos químicos que promovem a 
aglutinação e o agrupamento das partículas a serem removidas, tornando o peso especifico das mesmas maior que o da água, facilitando a decantação.
Decantação Primária
Esta etapa consiste na separação sólido (lodo) – líquido (efluente bruto) por meio da sedimentação 
das partículas sólidas. Os tanques de decantação podem ser circulares ou retangulares. Os efluentes fluem vagarosamente através dos decantadores, permitindo que os sólidos em suspensão, que apresentam densidade maior do que a do líquido circundante, sedimentem gradualmente no fundo. Essa massa de sólidos, denominada lodo primário bruto, pode ser adensada no poço de lodo do decantador e enviada diretamente para a digestão ou ser enviada para os adensadores. 
Peneira Rotativa
Dependendo da natureza e da granulometria do sólido, as peneiras podem substituir o sistema de gradeamento ou serem colocadas em substituição aos decantadores primários. A finalidade é separar sólidos com granulometria superior à dimensão dos furos da tela. O fluxo atravessa o cilindro de gradeamento em movimento, de dentro para fora. Os sólidos são retidos em função da perda de carga na tela, removidos continuamente e recolhidos em caçambas.
TRATAMENTO SECUNDÁRIO 
Etapa na qual ocorre a remoção da matéria orgânica, por meio de reações bioquímicas. Os processos podem ser Aeróbicos ou Anaeróbicos. 
Os processos Aeróbios simulam o processo natural de decomposição, com eficiência no tratamento de partículas finas em suspensão. O oxigênio é obtido por aeração mecânica (agitação) ou por insuflação de ar. Já os Anaeróbios consistem na estabilização de resíduos feita pela ação de microorganismos, na ausência de ar ou oxigênio elementar. O tratamento pode ser referido como fermentação mecânica. 
Tanque de Aeração
Tanque no qual a remoção da matéria orgânica é efetuada por reações bioquímicas, realizadas por microrganismos aeróbios (bactérias, protozoários, fungos etc). A base de todo o processo biológico é o contato efetivo entre esses organismos e o material orgânico contido nos efluentes, de tal forma que esse possa ser utilizado como alimento pelos microrganismos. Os microrganismos convert
em a matéria orgânica em gás carbônico, água e material celular (crescimento e reprodução dos microrganismos). 
Decantação Secundária e Retorno do Lodo
Etapa em que ocorre a clarificação do efluente e o retorno do lodo. Os decantadores secundários exercem um papel fundamental no processo de lodos ativados. São os responsáveis pela separação dos sólidos em suspensão presentes no tanque de aeração, permitindo a saída de um efluente clarificado, e pela sedimentação dos sólidos em suspensão no fundo do decantador, permitindo o retorno do lodo em concentração mais elevada. O efluente do tanque de aeração é submetido à decantação, onde o lodo ativado é separado, voltando para o tanque de aeração. O retorno do lodo é necessário para suprir o tanque de aeração com uma quantidade suficiente de microrganismos e manter uma relação alimento/ microrganismo capaz de decompor com maior eficiência o material orgânico. 
O efluente líquido oriundo do decantador secundário pode ser descartado diretamente para o corpo receptor, pode ser oferecido ao mercado para usos menos nobres, como lavagem de ruas e rega de jardins, ou passar por tratamento para que possa ser reutilizado internamente (vide item 5). 
Elevatória do Lodo Excedente - Descarte do Lodo
Etapa em que acontece o descarte do lodo excedente. Os sólidos suspensos, lodo produzido diariamente correspondente à reprodução das células que se alimentam do substrato, devem ser descartados do sistema para que este permaneça em equilíbrio (produção de sólidos = descarte de sólidos). O lodo excedente extraído do sistema é dirigido para a seção de tratamento de lodo.
3) A Agência Nacional de Águas (ANA), responsável pela regulação e gestão das águas do Brasil, considera o país capaz de suprir suas demandas por água. Tal afirmação publicada em 22 de Março deste ano (data em que se comemora o Dia Mundial da Água) acrescenta o seguinte: “A disponibilidade de água no país não é homogênea. Segundo a ANA, o Brasil tem 13% da água doce superficial disponível no planeta e cerca de 80% estão concentradas na região amazônica. O abastecimento humano é a prioridade da ANA, pois é a demanda mais nobre e que precede todas as outras questões”.
- Diante desta publicação da ANA, como você analisa a atual crise hídrica provocada pelo colapso do Sistema Cantareira administrado pela Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo (Sabesp) ?
Houve uma péssima administração e planejamento, pois diantede tantos recursos disponibilizados a eles, não houve nenhum tipo de preocupação de como seria suprida esta falta de água, não houve nenhum tipo de racionamento ou conscientização para que a população usasse a água de forma mais racional.
4) Numa publicação recente da Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental (ABES) foi analisada a perda de água tratada no Brasil: O coordenador do Sistema Nacional de Informações sobre o Saneamento (SNIS) do Ministério das Cidades, Ernani Ciríaco de Miranda, disse que a situação é grave no Brasil em relação às perdas de água tratada, porque os números, "com raras exceções, são sempre muito altos".Segundo ele, o país vem trabalhando há alguns anos com um patamar de perda de água entre 37% e 42%. "Esse fato é bom, porque mostra que [o patamar] está ponderou. Miranda estimou que uma média de perda de água tratada aceitável para o Brasil seria 25%. Explicou que, para isso, o país tem de melhorar o sistema de distribuição à população, o que envolve conserto de vazamentos e solução para o problema da não contabilização de água, seja por roubo, por falta de aparelhos ou por erros de medição. Transformando o volume de água perdida em valor financeiro, o Snis constatou que o prejuízo atingiu R$ 7 bilhões em 2008. Desse total, 60%, ou o correspondente a R$ 4,2 bilhões, poderiam ser recuperados, "se fosse melhorada a eficiência". A perda de água tratada na distribuição subiu 0,5 ponto percentual no Brasil entre 2008 e 2009, passando de 41,1% para 41,6%. O número tanto pode indicar uma acomodação, como uma tendência, disse Miranda. Para uma análise mais conclusiva, será necessário aguardar os próximos resultados do Diagnóstico dos 
Serviços de Água e Esgoto, acrescentou.
- Como você avalia o impacto sócio-econômico das perdas estimadas entre 37% e 42% de toda a água tratada no Brasil ?
- Uma taxa de 25% de perdas é considerada aceitável pelo Coordenador do SNIS. 
Quais são as medidas práticas que poderiam ser adotadas para se atingir esse patamar ?
5) O tratamento biológico de esgotos nas ETE é uma das alternativas mais econômicas e eficientes para a degradação da matéria orgânica de efluentes. Nesse processo ocorre a ação de agentes biológicos como bactérias, protozoários e algas. Essa degradação pode ocorrer por meio do tratamento biológico aeróbio e anaeróbio.
- Descreva resumidamente o que é o Tratamento Biológico Aeróbio, citando eventuais vantagens e desvantagens do processo.
Diferente do tratamento anaeróbio que utiliza bactérias que não necessitam de oxigênio para sua respiração, no tratamento biológico aeróbio os microorganismos degradam as substâncias orgânicas, que são assimiladas como "alimento" e fonte de energia, mediante processos oxidativos.
Nesse processo, o efluente precisa ser submetido a temperaturas específicas, estar com o pH e oxigênio dissolvido (OD) controlado, além de  obedecer a relação da massa com os nutrientes de Demanda Biológica de Oxigênio (DBO) que variam com a biota formada em cada estação.
As bactérias responsáveis por este processo de eliminação da matéria orgânica são, em sua maioria, heterótrofas aeróbias e facultativas e promovem a remoção da matéria orgânica com mais eficiência.
Os sistemas aeróbios mais comuns são lagoas aeradas, filtros biológicos e os sistemas de lodos ativados que propiciam a melhor eficiência em remoção de cargas.
Vantagens:
. Comunidades e indústrias, principalmente do ramo de alimentos e bebidas, são beneficiadas quando o sistema é complementado pelo tratamento aeróbio.
. Maior rendimento, pois alcançam maiores taxas de remoção da matéria orgânica. Os sistemas de lodos ativados com aeração prolongada, por exemplo, atingem até 98% de eficiência na remoção de DBOs.
. Riscos reduzidos de emissões de odor e maior capacidade de absorver substâncias mais difíceis de serem degradadas.
Desvantagens:
. Seu aspecto negativo é que esse sistema necessita de área extensa para implantação.
- Descreva resumidamente o que é o Tratamento Biológico Anaeróbio, citando eventuais vantagens e desvantagens do processo?
Entre os sistemas de tratamento anaeróbio, existem as lagoas anaeróbias, os tanques sépticos, os filtros anaeróbios e os reatores de alta taxa, capazes de receber maiores quantidades de carga orgânica por unidade volumétrica, como os reatores UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) ou RAFAs (Reatores Anaeróbios de Fluxo Ascendente).
Dependendo do tipo de efluente a ser tratado, há risco de emissão de odores nesses sistemas. Esse risco pode variar dependendo do tipo de efluente a ser tratado, do controle operacional do sistema e características dos equipamentos utilizados.
O processo anaeróbio converte parte da matéria orgânica em gás carbônico e metano, por isso também é recomendada a existência de queimadores de gases, já que esse tipo de gás contribui 21 vezes mais que o gás carbônico para poluir a camada de ozônio.
Vantagens:
. Mecanização reduzida e baixo consumo energético: não é preciso fazer a injeção de ar no sistema, há geração de menor taxa de lodo residual e, em geral, é necessária menor área para sua instalação.
. Trata efluentes com altas concentrações de substâncias orgânicas.
Desvantagens:
. Necessidade de temperatura relativamente alta preferencialmente entre 30º e 35º C para uma boa operação. Efluentes diluídos podem não produzir metano suficiente para o aquecimento, representando uma limitação no processo.
. Lenta taxa de crescimento das bactérias produtoras de metano, por isso longos períodos são necessários para o início do processo, limitando os ajustes de acordo com a mudança na carga do efluente, temperatura e outras condições do ambiente.