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Tratamento de Águas e Efluentes José Iveraldo Guimarães Tratamento de Águas e Efluentes Natal/RN 2014 Tratamento de Águas e Efluentes José Iveraldo Guimarães Catalogação da Publicação na Fonte (CIP). Ficha Catalográfica elaborada por Luís Cavalcante Fonseca Júnior - CRB 15/726. G963t Guimarães, José Iveraldo. Tratamento de águas e efluentes / José Iveraldo Guimarães ; edição e revisão do Instituto Tecnológico Brasileiro (ITB). – Natal, RN : 2015. 191 p. : il. color. ISBN 978-85-68100-43-1 Inclui referências 1. Tratamento de água. 2. Distribuição de água. 3. Esgoto sanitário. I. Instituto Tecnológico Brasileiro. II.Título. RN/ITB/LCFJ CDU 616 presidente PROF. PAULO DE PAULA diretor geral PROF. EDUARDO BENEVIDES diretora acadêmica PROFA. LEIDEANA BACURAU diretora de produção de projeto PROFA. JUREMA DANTAS FICHA TÉCNICA gestão de produção de materiais didáticos PROFA. LEIDEANA BACURAU coordenação de design instrucional PROFA. ANDRÉA CÉSAR PEDROSA projeto gráfico ADAUTO HARLEY SILVA diagramação MAURIFRAN GALVÃO designer instrucional ITSUO MACÊDO OKASHITA revisão de língua portuguesa ANA AMÉLIA AGRA LOPES revisão das normas da ABNT LUÍS CAVALCANTE FONSECA JÚNIOR ilustração RAFAEL EUFRÁSIO DE OLIVEIRA “A água de boa qualidade é como a saúde ou a liberdade: só tem valor quando acaba.” (Guimarães Rosa) Índice iconográfico Diálogos Importante Querendo mais? Internet Curiosidade Vocabulário Você conhece? Mídias Atividades O material didático do Sistema de Aprendizado itb propõe ao aluno uma linguagem objetiva, sim- ples e interativa. Deseja “conversar” diretamente, dialogar e interagir, garantir o suporte para o es- tudante percorrer os passos necessários a sua aprendizagem. Os ícones são disponibilizados como ferramentas de apoio que direcionam o foco, identificando o tipo de atividade ou material de estudo. Observe-os na descrição a seguir: Curiosidade – Texto para além da aula, explorando um assunto abordado. São pitadas de conheci- mento a mais que o professor pode proporcionar ao aluno. Importante! – Destaque dado a uma parte do conteúdo ou a um conceito estudado, que seja con- siderado muito relevante. Querendo mais – Indicação de uma leitura fora do material de estudo. Vem ao final da competência, antes do resumo. Vocabulário – Texto explicativo, normalmente curto, sobre novos termos que são apresentados no decorrer do estudo. Você conhece? – Foto e biografia de uma personalidade conhecida pelas suas obras relacionadas ao objeto de estudo. Atividade – Resumo do conteúdo praticado na competência em forma de exercício. Pode ser apre- sentado ao final ou ao longo do texto. Mídias – Contém material de estudo auxiliar e sugestões de filmes, entrevistas, artigos, podcast e outros, podendo ser de diversas mídias: vídeo, áudio, texto, nuvem. Internet – Citação de conteúdo exibido na Internet: sites, blogs, redes sociais. Diálogos – Convite para discussão de assunto pelo chat do ambiente virtual ou redes sociais. Apresentação institucional 11 Palavra do professor autor 13 Apresentação das competências 15 Competência 01 Caracterizar os sistemas de captação e distribuição de água de uma cidade 19 A Água 20 O sistema de abastecimento de água 22 A estrutura básica da distribuição de água a partir de sua captação 22 A etapa de captação da água bruta 23 A etapa de adução da água bruta 25 As etapas de reservação, distribuição e estações elevatórias 27 Resumo 29 Autoavaliação 30 Competência 02 Caracterizar o processo convencional de tratamento de água 35 Os objetivos do processo convencional de tratamento de águas 36 A escolha do tipo de tratamento da água bruta 37 Determinando e conceituando as etapas do tratamento convencional da água bruta 38 Resumo 43 Autoavaliação 43 Sumário Competência 03 Caracterizar as etapas de coagulação, floculação e decantação no tratamento da água bruta 45 As impurezas presentes na água bruta 48 As partículas sólidas das impurezas da água bruta 49 A origem da cor na água bruta 49 Características da turbidez da água bruta 51 A etapa de coagulação no tratamento da água bruta 51 As substâncias coagulantes 54 A etapa de floculação no tratamento da água bruta 56 A etapa de decantação no tratamento da água bruta 57 Destino do lodo sedimentado no tanque coagulador 58 Quantificação dos agentes coaguladores 59 A eficiência do sistema decantador 61 Resumo 62 Autoavaliação 62 Competência 04 Caracterizar a filtração, desinfecção e inovações tecnológicas no tratamento de água 67 A etapa de filtração do tratamento da água bruta 68 Os sistemas de filtração usados no tratamento da água bruta 69 O sistema de filtração lenta 69 O sistema de filtração rápida 72 O sistema de filtração rápida em função do comportamento hidráulico 74 As características dos sistemas de filtração lenta e rápida 75 O sistema de desinfecção do tratamento da água bruta 76 As substâncias químicas do sistema de desinfecção do tratamento da água bruta 76 O cloro, o flúor e o ozônio usados no tratamento da água bruta 77 A radiação ultravioleta usada no tratamento da água bruta 78 Inovações tecnológicas para tratamento de água 81 Método da Flotofiltração 81 Método da desmineralização por troca iônica 83 Método da osmose reversa 84 Resumo 86 Autoavaliação 86 Competência 05 Caracterizar o Esgoto Sanitário 91 O esgoto sanitário 91 A constituição física, química e biológica do esgoto sanitário 94 As impurezas de natureza física 95 As impurezas de natureza química 96 As impurezas de natureza biológica 97 A microbiota nos esgotos sanitários 97 Resumo 100 Autoavaliação 100 Competência 06 Conceituar as etapas do processo convencional de tratamento de esgotos e efluentes 105 A instalação de sistemas de tratamento de esgotos 106 A Estação de Tratamento de Esgoto (ETE) 106 A Demanda Biológica (ou bioquímica) de Oxigênio (DBO) 107 As tecnologias para remoção das impurezas do esgoto sanitário 108 Resumo 111 Autoavaliação 111 Competência 07 Distinguir o pré-tratamento do processo convencional de tratamento de esgotos 115 O processo de tratamento preliminar 115 O processo de desareamento do tratamento preliminar 119 A caixa de areia do processo de desareamento do tratamento preliminar 120 A remoção do sedimento das caixas de areia 122 Resumo 123 Autoavaliação 124 Competência 08 Caracterizar o Tratamento Primário do Processo Convencional de Tratamento de Esgotos 129 Tratamento Primário do Processo Convencional de Tratamento de Esgotos 129 Estrutura do Decantador Primário 130 Funcionamento do Decantador Primário 133 Processo de Flotação 137 A Flotação ao nível da dimensão das partículas 137 Resumo 139 Autoavaliação 140 Competência 09 Conceituar os tratamentos secundário e terciário do processo convencional de tratamento de esgotos 143 O conceito de tratamento secundário 144 A classificação do tratamento secundário 144 O Reator Anaeróbio de Fluxo Ascendente (RAFA) 145 Tanque de aeração após o reator anaeróbico 149 Decantadores secundários 150 As lagoas de estabilização 151 A lagoa anaeróbia 152 A lagoa facultativa 153 As características da lagoa facultativa 154 O tratamento terciário 156 A lagoa de maturação 156 O processo de desinfecção na lagoa de maturação 159 Resumo 160 Autoavaliação 160 Competência 10 Caracterizar o tratamento de emissões gasosas e efluentes líquidos industriais 165 A resolução do CONAMA quanto às emissões de poluentes na atmosfera 166 Os poluentes constituintes das emissões 167Os indicadores de qualidade do ar 168 As técnicas para o tratamento de poluentes atmosféricos 172 As técnicas para o tratamento de poluentes particulados 173 As técnicas para o tratamento de poluentes gasosos 175 Os efluentes líquidos industriais 179 Resumo 183 Autoavaliação 184 Referências 186 Conheça o autor 191 Tr at am en to d e Ág ua s e Efl ue nt es 11 Apresentação institucional O Instituto Tecnológico Brasileiro (itb) foi construído a partir do sonho de educadores e empreendedores reconhecidos no cenário educacional pelas suas contribuições no desen- volvimento econômico e social dos Estados em que atuaram, em prol de uma educação de qualidade nos níveis básico e superior, nas modalidades presencial e a distância. Esta experiência volta-se para a educação profissional, sensível ao cenário de desen- volvimento econômico nacional, que necessita de pessoas devidamente qualificadas para ocuparem vagas de trabalho e garantirem suporte ao contínuo crescimento do setor pro- dutivo da nação. O Sistema itb de Aprendizado Profissional privilegia o desenvolvimento do estudante a partir de competências profissionais requeridas pelo mundo do trabalho. Está direcionado a você, interessado na construção de uma formação técnica que lhe proporcione rapida- mente concorrer aos crescentes postos de trabalho. No Sistema itb de Aprendizado Profissional o estudante encontra uma linguagem clara e objetiva, presente no livro didático, nos slides de aula, no Ambiente Virtual de Aprendiza- gem e nas videoaulas. Neste material didático, um verdadeiro diálogo estimula a leitura, o projeto gráfico permite um estudo com leveza e a iconografia utilizada lembra as modernas comunicações das redes sociais, tão acessadas nos dias atuais. O itb pretende estar com você neste novo percurso de qualificação profissional, con- tribuindo decisivamente para a ampliação de sua empregabilidade. Por fim, navegue no Sistema itb: um estudo prazeroso, prático, interativo e eficiente o conduzirá a um posicio- namento profissional diferenciado, permitindo-lhe uma atuação cidadã que contribua para o seu desenvolvimento pessoal e do seu país. Tr at am en to d e Ág ua s e Efl ue nt es 13 Olá! Vamos iniciar nossos estudos em Tratamento de Águas e Efluentes, e identificaremos as técnicas que atualmente se utilizam no tratamento da água bruta, com o objetivo de obter sua potabilidade; assim como, sobre as técnicas utilizadas para o tratamento de esgotos urbanos e industriais, de maneira que seus efluentes possam ser lançados em ma- nanciais receptores sem que estes causem qualquer impacto negativo ambiental. Algumas palavras talvez estejam soando diferentes aos seus ouvidos, mas no decorrer dos estudos informarei seus significados, combinado? Antes, porém, que você inicie o seu aprendizado sobre essas técnicas do tratamento de águas e esgotos, eu preciso falar sobre o papel fundamental que caberá a você como um técnico, no gigantesco esforço que o país faz de levar o saneamento básico para milhões de brasileiros sem acesso a essa vital necessidade humana. Para tanto vou conversar so- bre um fato que ocorreu em junho de 2014. A noite de São João, dia 24 de junho, ainda começava quando o jogo de futebol entre Grécia e Costa do Marfim terminou com vitória para os gregos, que festejaram a passagem para as oitavas de final da Copa do Mundo no Brasil, a sua maneira, quebrando pratos, e mais pratos. Que bom para eles. E o que essa festa tem a ver com o nosso saneamento básico? Nada. Quer dizer, quase nada. É que ao ver a tristeza no rosto dos jogadores da Costa do Marfim eu me lembrei de um triste, mas verdadeiro, pronunciamento feito pelo primeiro-ministro daquele país, Daniel Kablan Duncan, na abertura do Congresso da As- sociação Africana de Água, em sua capital Yamoussoukro, no mês de fevereiro deste ano. Ele declarou que cerca de 400 milhões de africanos (50% da população da África) são Palavra do professor autor Tr at am en to d e Ág ua s e Efl ue nt es 14 privados do acesso à água potável e ao esgoto tratado, e considerava essa tragédia um imenso obstáculo ao desenvolvimento do continente africano; e confessou que mais de 70 % dos leitos dos hospitais naquele continente estavam ocupados com pessoas acometidas por doenças relacionadas com a qualidade da água, e com a falta de saneamento. Fiquei com pena da África. E aquela lembrança me trouxe outra lembrança: alguns meses antes do pronunciamen- to do primeiro-ministro africano, o presidente executivo do Instituto Trata Brasil (que pes- quisa as condições sanitárias do nosso país), o químico industrial Édison Carlos, declarou em entrevista ao IHU On-Line (Instituto Humanitas Unisinos) que mais de cem milhões de brasileiros (50% da população do Brasil) não tinham acesso aos serviços de saneamento básico. De repente eu constatava que não havia nenhuma diferença entre a nossa triste reali- dade e a realidade triste dos africanos. Fiquei com pena do Brasil. A tragédia está aí. O que fazer então? O que fazer para limpar nossas águas e nossos esgotos e resgatar o nosso país da barbárie? O dinheiro seria a solução? Não. Dinheiro já existe há muito tempo. Bilhões de cifrões para tal finalidade. O que falta, conforme o pró- prio Édison Carlos, é que o saneamento básico no Brasil seja prioridade número 1 das ins- tituições públicas e, principalmente, da população. E para a operacionalização das tantas estações de tratamento, que obrigatoriamente serão implantadas, urge que a nação forme um contingente de técnicos qualificados. E é aí que você se encaixa. O país precisa de você! Ele precisa avidamente de técnicos que saibam operar as estações de tratamento de água (ETAs) e as estações de tratamento de esgotos (ETEs). E ao fazer essa leitura, você começa a se habilitar para ser o técnico tão necessário, tão requerido. Portanto, seja muito bem-vindo! Tr at am en to d e Ág ua s e Efl ue nt es 15 Apresentação das competências Nosso material é composto por 10 competências, as quais agora serão apresentadas a você. As competências de 1 a 4 lhe darão o aprendizado sobre as técnicas utilizadas no tratamento da água bruta, com o objetivo de se obter sua potabilidade; enquanto que as competências de 5 a 10 levarão o conhecimento técnico sobre como tratar os esgotos urbanos e industriais, de maneira que seus efluentes possam ser lançados em mananciais receptores sem que estes causem qualquer impacto negativo ambiental. A seguir vou lhe apresentar de maneira breve, o que vai aprender em cada competência que juntos iremos desenvolver. Na primeira competência você definirá o conceito de água e o sistema de abastecimen- to, assim como caracterizará a estrutura básica da sua distribuição numa cidade a partir da captação. Aprenderá também, sobre os processos de captação da água bruta com ori- gens subterrânea e superficial, e sobre as etapas de adução, reservação, distribuição e instalação de estações elevatórias. Na segunda competência você irá identificar os objetivos e as características do proces- so convencional de tratamento da água bruta; e determinará a escolha do tipo de trata- mento, incluindo o tratamento contra incrustações minerais. E ainda definirá os conceitos das etapas do tratamento convencional, dentre as quais a coagulação e floculação; decan- tação; filtração; desinfecção e fluoretação. Na competência 3, você definirá as características das impurezas presentes na água bruta, e a classificação de suas partículas sólidas; determinará a origem da cor da água e como classificá-la; caracterizará a turbideze o desenvolvimento do tratamento da água, através das etapas de coagulação, floculação e decantação. Tr at am en to d e Ág ua s e Efl ue nt es 16 Na próxima competência você irá caracterizar e conceituar as etapas de filtração do tratamento de água bruta, e distinguirá esses sistemas através do estudo do processo construtivo dos filtros lentos e rápidos, sobre os processos de desinfecção; e sobre inova- ções tecnológicas. Na quinta competência você vai conceituar e caracterizar esgoto sanitário e irá deter- minar a constituição de suas impurezas, de acordo com a natureza física, química e bioló- gica; assim como caracterizar as impurezas de natureza física com potencial de alterar a qualidade das águas, as impurezas de natureza química, classificando-as em substâncias orgânicas e inorgânicas, e as impurezas de natureza biológica, classificando-as em hete- rotróficas e autotróficas. Aprenderá também a identificar e caracterizar a microbiota das águas residuárias. Na competência 6 você irá determinar se há necessidade de um sistema de tratamento de esgoto numa determinada localidade; conceituará a demanda biológica de oxigênio (DBO), e caracterizará as tecnologias para a remoção das impurezas dos efluentes sani- tários, e também, as diferentes tecnologias para desinfectar as águas dos esgotos em etapas definidas do processo convencional do seu tratamento. Na competência 7 você vai operacionalizar o processo de tratamento preliminar dos esgotos, o qual contempla inicialmente o sistema de gradeamento. Classificará os tipos de grades de contenção e comprovará a eficiência do sistema; operacionalizará o processo de desareamento do tratamento preliminar, caracterizando a caixa de areia, desde seu processo construtivo até a remoção dos seus sedimentos. Na competência 8 você irá conceituar e caracterizar o tratamento primário do processo convencional de tratamento de esgotos; distinguirá a estrutura física e funcional do de- cantador primário, e determinará a necessidade de aplicar os processos de floculação e flotação. Na nona competência você definirá os tratamentos secundário e terciário do processo convencional de tratamento de esgotos, assim como, classificará o tratamento secundário em sistemas anaeróbico e aeróbico; caracterizará o reator anaeróbico de fluxo ascendente (RAFA), o tanque de aeração e o decantador secundário. Irá conceituar e classificar lagoas de estabilização e caracterizará o tratamento terciário, exemplificado com a lagoa de matu- ração e sobre a eficiência dos tipos de tratamento de esgotos. Na nossa décima, e ultima competência, você definirá as técnicas e equipamentos para o tratamento de efluentes gasosos, provindos de atividades industriais (fontes fixas) e de automotivos; conceituará e classificará os diferentes indicadores de poluição das emis- sões; assim como caracterizará cada um dos métodos atualmente empregados para a purificação dos poluentes particulados e gasosos. E, por fim, distinguirá as tecnologias utilizadas para o tratamento dos efluentes líquidos industriais. Competência 01 Caracterizar os sistemas de captação e distribuição de água de uma cidade Tr at am en to d e Ág ua s e Efl ue nt es 19 Eu vou confessar a você que hoje flagrei novamente uma demonstração de desperdí- cio d’água: uma adutora vazava e a água escorria pela avenida como um rio caudaloso. Um acidente acontecia. É, mas a verdade é que o vazamento se iniciara pela manhã e já era de tardezinha. Sei que esse fato se torna cada vez mais comum e desimportante em nosso mundo, mas não deveria; o que deveria era aumentar a nossa consciência coletiva em relação à importância da água para a vida e a sua raridade no planeta. Não vou lhe esconder que estou inquieto, no mínimo muito preocupado. Não comigo, mas com as ge- rações futuras, com os meus e os seus descendentes. O conhecimento que tenho sobre a quantidade de água potável disponível no planeta é que me deixa tão em aflição. Mas vou compartilhá-lo com você para dividirmos a preocupação. Você bem sabe que 70% da superfície da Terra está coberta por água. Um Planeta Azul. Vamos fazer uns cálculos básicos no tablet dessas minhas inquietações. Do volu- me total dessa água, 97,5% é salgada (os mares e oceanos) e apenas 2,5% é doce. E agora me diga se eu não tenho com que me preocupar: 68,9% dessa pequena parcela de água doce é formada pelas calotas polares, geleiras e a neve que cobre os cumes das montanhas; 0,9% corresponde à umidade do solo e pântanos; 0,3% aos rios e la- gos (SETTI, 2001); e os 29,9% restantes são águas doces líquidas, das quais 96% são águas subterrâneas, conforme demonstrado na imagem a seguir, de custos maiores para exploração do que as superficiais. Sobre esses números sobrevoa a verdade de que esse precioso recurso natural é perigosamente finito, e que nós o estamos des- truindo com poluições, degradações e desperdícios permanentes. E tudo isso por uma simples falta de educação. Ah! Sim. Já era bem tarde da noite quando passei novamente pela avenida. O vaza- mento continuava... Caracterizar os sistemas de captação e distribuição de água de uma cidade Tr at am en to d e Ág ua s e Efl ue nt es 20 Figura 1 – Distribuição da água no planeta Terra Fonte: adaptado de Ministério do Meio Ambiente (2007). Nessa competência vamos conceituar a água e sistema de abastecimento, assim como caracterizar a estrutura básica da sua distribuição numa cidade a partir da captação. Aprenderá também sobre os processos de captação da água bruta com origens subter- rânea e superficial, e sobre as etapas de adução, reservação, distribuição e instalação de estações elevatórias. A Água Vamos agora descrever sobre os processos de purificação da água, e seu tratamento para que se torne potável e atenda as nossas necessidades diárias de natureza fisiológica ou de uso nas atividades humanas. E então? Como podemos definir a água de uma manei- ra bem objetiva? Iremos defini-la como uma substância de estrutura molecular, formada por dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio, formando um óxido de hidrogênio (H2O), a água, essencial para a vida, na qual ocorrem os principais processos bioquímicos, como ensinou Larcher (1995), no seu livro sobre fitoecologia; líquida e incolor, insípida e inodora. Não será de- mais acrescentar que sua parte líquida cobre aproximadamente 70 % da superfície terres- tre, sob a forma de lagos, rios e mares. Ilustro a seguir para você, as Ilhas Maurício e sua exibição em forma de uma extraordinária cachoeira marinha. Insípida: Que não tem gosto; desti- tuído de qualquer sabor. Inodoro: que não tem cheiro, odor. Tr at am en to d e Ág ua s e Efl ue nt es 21 A água seria um mineral? Veja bem, faço essa pergunta, porque os mineralogistas definem mineral como substância que ocorre na na- tureza no estado sólido, com uma estrutura química bem definida em termos de organização geométrica atômica, e pode ser de ori- gem orgânica ou inorgânica. Por esses critérios o gelo, que é água sólida, atenderia aos requisitos impostos pelos estudiosos. Mas, eles não aceitam o fato argumentando que ela se apresenta no estado líquido nas temperaturas e pressões normais do ambiente. Não somos advogados da água, mas e o mercúrio? Por acaso ele também não se apresenta no estado líquido nas condições normais ambientais? Ah! Ele é uma exceção. Bom, vamos deixar essa dis- cussão para os especialistas. Você conhece? Figura 2 – Água formando uma cachoeira marinha em Maurício Fonte: <http://www.origemedestino.org.br/blog/johannesjanzen/566-cachoeira.jpg>. Acesso em: 23 out. 2014. Gostaria de combinar que não nos deteremos em seus mecanismos de transforma- ção na natureza movendo o seu ciclo desde a evaporação, passando pela precipitação até o seu escoamento; nem tampouco sobre suas propriedades físico-químicas. Em com- pensação, você vai aumentar o seu aprendizado sobre os processos utilizados para sua purificação, os quais fazem parte de um sistema responsável pelo abastecimento de água de uma comunidade. Tr at am en to d e Ág ua s e Efl ue nt es 22 O sistema de abastecimento de água Diante do que já conversamos não seria difícil conceituar um sistema de abastecimen- to de água para o consumo humano, concorda? E poderíamos até ampliar nosso conhe- cimento pesquisando sobre as definições elaboradas por autores e instituições. Vamos iniciar nossas buscas? O que encontrou? Ah! Uma portaria do Ministério da Saúde. Essa Portaria nº 2.914/2011, dispõe sobre os procedimentos de controle e vigilância da qualidade da água para consu- mo humano e seu padrão de potabilidade. E define sistema de abastecimento de água para consumo humano, como “a instalação composta por um conjunto de obras civis, materiais e equipamentos, desde a zona de captação até as ligações prediais, destinada à produção e ao fornecimento coletivo de água potável, por meio de rede de distribuição.” (BRASIL, 2011, extraído da internet). Veja a portaria nº 2.0914/2011, no link <http://bvsms.saude.gov.br/bvs/ saudelegis/gm/2011/prt2914_12_12_2011.html>. Internet Os professores Léo Heller e Márcia Casseb (1996, p. 36) em seu trabalho, Abaste- cimento de Água, registraram que o sistema de abastecimento de água representa “o conjunto de obras, equipamentos e serviços destinados ao abastecimento de água po- tável de uma comunidade para fins de consumo doméstico, serviços públicos, consumo industrial e outros usos.” A estrutura básica da distribuição de água a partir de sua captação Você já sabe que a água antes de chegar a sua casa para ser usada passa por um pro- cesso de purificação, o qual ocorre em uma Estação de Tratamento de Água (ETA), onde se realiza a sua purificação. Mas, ela terá que ser captada em sua fonte, um rio, um lago, uma represa, antes que chegue a essa Estação. Vamos conhecer, então, as etapas que constituem a estrutura básica que possibilita esse seu percurso. Tr at am en to d e Ág ua s e Efl ue nt es 23 O abastecimento de água de uma cidade se constitui dos sistemas de captação, de adução, tratamento, reservação, distribuição e ligações domiciliares, os quais são muito similares entre si. Você vai me acompanhar numa inspeção que realizaremos pelas etapas que formam um sistema de abastecimento de água através de instalações já em opera- ção. Lembre-se que embora os sistemas de captação e adução, assim como aqueles pós- -tratamentos, não sejam o foco de nossos estudos, creio ser importante que conheça a sua estrutura e o seu processo de funcionamento. A etapa de captação da água bruta Você me pergunta se tudo começa com a captação da água bruta, essa água sem trata- mento que vem dos rios ou de outros recursos hídricos. Claro! E essa água pode ter origem de mananciais subterrâneos ou superficiais. A captação de mananciais subterrâneos, de aquíferos, se faz através da perfuração de poços profundos. De um modo geral, esse poço se constitui de um furo na terra com 10 a 30 centímetros de diâmetro; um tubo de reves- timento para conter as paredes; uma seção final (filtro) do tubo de revestimento perfurada por onde a água passa para o tubo e uma camada de material arenoso, um pré-filtro, que preenche o espaço anular entre o poço e seu revestimento, ou filtro; e, evidentemente, uma bomba para a sucção, como ilustrado no desenho esquemático da imagem. Figura 3 – Desenho esquemático de um poço tubular. Fonte: <http://www.crea-rs.org.br/site/img/poco.jpg>. Acesso em: 24 out. 2014. Tr at am en to d e Ág ua s e Efl ue nt es 24 Para a perfuração normalmente são utilizados dois métodos: a percussão, a qual con- siste na perfuração da rocha com batidas contínuas de uma ferramenta chamada trépano ou broca de lavagem; e a rotativa, que se faz com uma broca em movimento rotatório (veja a ilustração na imagem) ao tempo em que se circula lama no poço. Trépano: Máquina para sondagens; parte da sonda que fica em contato com a rocha; broca de lavagem. Figura 4 – Perfuratriz rotativa Fonte: <http://www.petroleoetc.com.br/wp-content/uploads/2010/08/ perfura%C3%A7%C3%A3o.jpg>. Acesso em: 24 out. 2014. De quais etapas básicas se constitui o abastecimento de água potável de uma cidade? Elabore um croqui mostrando o fluxograma do abastecimen- to de uma cidade. Atividade 01 Vamos agora direcionar nossos estudos para os sistemas de captação em mananciais superficiais. Porém, para captá-la é necessário o atendimento de alguns condicionantes básicos. Por exemplo, com relação à seleção da fonte de abastecimento, quais são as ca- racterísticas requeridas dessa fonte para que ela proporcione um perfeito abastecimento à comunidade? É importante que esse manancial possua uma vazão capaz de suprir às necessidades da comunidade. Além de condições não menos importantes como a sua lo- calização, uma topografia mais adequada e distante de possíveis focos de contaminação. A captação é feita a partir de uma estação de bombeamento, que retira a água bruta da fonte e a envia para a ETA, exemplificada com a estrutura montada no rio Tibagi, no Paraná, vista na imagem. A sucção da água da fonte é realizada a partir de um sistema de bombeamento instala- do próximo ao local da captação, a exemplo desse conjunto de bombas da estação do rio Cachoeira, em Ferradas/Bahia, mostrado na imagem. Tr at am en to d e Ág ua s e Efl ue nt es 25 Figura 5 – Casa de bombas que captam água do rio Cachoeira, em Ferradas/Bahia Fonte: <http://1.bp.blogspot.com/_3gboq8yjonY/TPAMTi- j2TaI/AAAAAAAAAXY/N13jRmVBDzg/s1600/26-11-2010- 4189.jpg>. Acesso em: 24 out. 2014. Figura 6 – Desenho esquemático de bombeamento, em porção submersa Fonte: <http://www.dec.ufcg.edu.br/saneamento/bombaxi2. jpg>. Acesso em: 24 out. 2014. E o desenho esquemático da imagem a seguir explicita o sistema de bombeamento em sua porção submersa para você não ficar com nenhuma dúvida do processo. A etapa de adução da água bruta A água bruta captada é bombeada para uma tubulação de ferro, PVC ou aço, uma adu- tora, até à estação de tratamento de água, processo conhecido por adução Vamos dar mais clareza aos conceitos de água bruta e adutora, mesmo que você já tenha a compre- ensão dos termos. A Companhia de Saneamento de Minas Gerais, em seu Glossário do Saneamento, 2013, define água bruta como aquela que se apresenta na forma natural e disponibilizada em rios, riachos, lagos, lagoas, açudes ou aquíferos, ou seja, antes de sofrer qualquer processo de tratamento; a adutora é um conjunto de condutos destinados a ligar as fontes de abastecimento de água bruta às estações de tratamento de água, situ- adas além das imediações dessas fontes ou os condutos ligando estações de tratamento, Adução: transporte de água do manan- cial ao tratamento ou da água tratada ao sistema de distribuição. Fonte: <http://www. aguabrasil.icict. fiocruz.br/index. php?pag=sane>. Acesso em: 27 out. 2014. Tr at am en to d e Ág ua s e Efl ue nt es 26 Com relação ao abastecimento público de água, a cor, embora seja um atributo estético da água, não se relaciona necessariamente com proble- mas de contaminação, mas é padrão de potabilidade.O valor máximo per- mitido para a cor aparente é de 15 unidades Hazen (1uH = 1 mg Pt-Co/L), pela Portaria n° 518, de 2004, do Ministério da Saúde. A presença de cor provoca repulsa psicológica pelo consumidor, pela associação com a descarga de esgotos. Importante situadas nas proximidades dessas fontes a reservatórios distantes que alimentam as re- des de distribuição, a exemplo dessa estrutura mostrada na imagem. Figura 7 – Adutora de água bruta sendo instalada em Minas Gerais. Fonte: <http://www.copasa.com.br/media2/noticia/Tra- balhoDTGA%20(1).jpg>. Acesso em: 24 out. 2014. Você tem que saber também sobre a importância de análises fisico- químicas da água bruta, de maneira que seja permanente o monitoramento da sua qualidade. Usualmen- te, os parâmetros ambientais analisados são pH, temperatura, cor, turbidez, alcalinidade, dureza, matéria orgânica, oxigênio dissolvido, dióxido de carbono, ferro e manganês. O objetivo do monitoramento desses parâmetros ambientais é detectar possíveis alterações na água captada. Tr at am en to d e Ág ua s e Efl ue nt es 27 Figura 8 – Tanque de reservação de água tratada, da Sabesp, em São Paulo Fonte: <http://site.sabesp.com.br/interna/Default. aspx?secaoId=35>. Acesso em: 24 out. 2014 Faça uma pesquisa sobre quais tipos de poluições mais comuns alteram a qualidade ambiental das águas brutas em nosso país. Escreva em nos- so fórum, de forma resumida, o que você encontrou. Atividade 02 As etapas de reservação, distribuição e estações elevatórias A água bruta coletada em sua fonte é direcionada para a estação de tratamento an- tes de chegar ao consumidor. Nós vamos conversar mais sobre o sistema de purificação da água bruta em outra competência, quando serão contempladas as técnicas utilizadas nesse tratamento. Por enquanto, vejamos então as etapas da reservação, distribuição aos pontos de consumo, e estações elevatórias. Depois de tratada, a água é armazenada em reservatórios de distribuição – etapa de reservação – a exemplo desses tanques da Sabesp - Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo - mostrados na imagem que você observa, para, depois, ser levada até aos reservatórios de bairros, estrategicamente localizados. Reservação: arma- zenamento da água entre o tratamento e o consumo, que objetiva suprir as variações horárias de consumo, ga- rantir a adequada pressurização do sistema de distri- buição e reservas de emergência. Na etapa de distribuição, a água sai da reservação para o sistema de adutoras. O complexo de adutoras da água tratada é constituído por malhas hidráulicas compostas por tubulações de adução, subadução, redes distribuidoras e ramais prediais como se observa Tr at am en to d e Ág ua s e Efl ue nt es 28 na imagem. E pode até possuir outros equipamentos auxiliares, tais como reservatórios de distribuição, estações de bombeamento para regiões mais elevadas, e ainda, outros se necessários para garantir a continuidade da distribuição da água. Figura 9 – Instalação de ramais para água tratada, em via pública/Sorocaba/SP Fonte: <http://www.sorocaba.com.br/uploads/noti- cias/1373032259.jpg>. Acesso em: 24 out. 2014. Figura 10 – Estação elevatória de água tratada, em Campinas/SP Fonte: <http://www.sanasa.com.br/imagens/noticias/569_2.jpg>. Acesso em: 24 out. 2014. Em algumas regiões, devido às condições topográficas é necessária a instalação de es- tações elevatórias para bombear água para locais mais distantes ou mais elevados. Essas elevatórias são instaladas após as estações de reservação, como o exemplo da estação de Campinas/SP mostrada na imagem. Certamente você entendeu a dinâmica do abastecimento de água de uma comunidade, desde a captação de água bruta até sua chegada, já tratada, ao consumidor final. Para finalizar quero lhe mostrar esse desenho esquemático da imagem (de autoria da Copasa, Companhia de Saneamento de Minas Gerais), que resume o nosso estudo: a água bruta é captada no rio e bombeada para a estação de tratamento (ETA), e daí para a reservação; e sai para a distribuição aos consumidores, através de um sistema de adutoras. Tr at am en to d e Ág ua s e Efl ue nt es 29 Figura 11 –Desenho esquemático do abastecimento de água numa comunidade Fonte: <http://www.copasa.com.br/media/captacao_01.jpg>. Acesso em: 24 out. 2014. Para acrescentar mais informações ao seu aprendizado sugiro que consi- dere o livro do Professor Milton Tomoyuki Tsutiya, Abastecimento de Água, o qual apresenta conceitos fundamentais que servirão para orientar os estudiosos do assunto. Abrange desde a captação da água bruta até a distribuição da água tratada. Mídias Resumo Nesta competência você aprendeu que a água é um óxido de hidrogênio essencial para a vida, e que sistema de abastecimento de água é uma instalação composta por um con- Tr at am en to d e Ág ua s e Efl ue nt es 30 junto de obras civis, materiais e equipamentos, desde a zona de captação até as ligações prediais, destinada à produção e ao fornecimento coletivo de água potável, por meio de rede de distribuição; e acrescentou ao seu aprendizado o conhecimento sobre a estrutura básica da distribuição de água numa cidade, a partir da sua captação. Aprendeu ainda sobre os processos de captação da água bruta com origem subterrânea e superficial, e sobre as etapas de adução, reservação e distribuição da água tratada, com auxílio de equi- pamentos como as estações elevatórias. Autoavaliação 1. Assinale a resposta correta. a) A água é uma substância que se define como de estrutura molecular formada por dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio, um óxido de hidrogênio essencial para a vida, na qual ocorrem os principais processos bioquímicos. b) A água é um mineral que ocorre na natureza no estado sólido nas temperaturas e pres- sões normais do ambiente. c) A água e o mercúrio são minerais em estado liquido. d) A água é um mineral constituído por três átomos de oxigênio. 2. A definição: a instalação composta por um conjunto de obras civis, materiais e equipa- mentos, desde a zona de captação até as ligações prediais, destinada à produção e ao fornecimento coletivo de água potável, por meio de rede de distribuição refere-se a: a) Sistema de abastecimento de água para consumo humano. b) Estação elevatória para distribuição de água. c) Sistema de sucção com bombas submersas. d) Sistema de adução. 3. Preencha as lacunas com as respostas corretas. • A________________ se apresenta na forma natural e está disponibilizada em rios, ria- chos, lagos, lagoas, açudes ou aquíferos, ou seja, antes de sofrer qualquer processo de tratamento. • Um conjunto de condutos destinados a ligar as fontes de abastecimento de água bruta Tr at am en to d e Ág ua s e Efl ue nt es 31 às estações de tratamento de água, situadas além das imediações dessas fontes é denominado_______________. • O processo pelo qual a água, depois de tratada, é armazenada em reservatórios de dis- tribuição chama-se________________. a) água bruta; adutora; reservação. b) água tratada; captação da água; reservação. c) água bruta; reservação; ciclo de tratamento da água. d) água subterrânea; reservação; captação de água bruta. 4. A distribuição de água por uma malha hidráulica composta por tubulações de adução, subadução, redes distribuidoras e ramais prediais está diretamente relacionada a: a) Complexo de adutoras da água tratada. b) Adutora de água bruta. c) Captação de água subterrânea. d) Captação de água bruta. 5. A função de uma estação elevatóriaé: a) Enviar água a locais mais distantes ou mais elevados. b) Bombear água para a estação de tratamento (ETA). c) Captar águas pluviais. d) Filtrar água bruta. Caracterizar o processo convencional de tratamento de água Competência 02 Tr at am en to d e Ág ua s e Efl ue nt es 35 A cidade de Anaheim pertence ao condado de Orange Country situado no sul da Cali- fórnia, no velho oeste dos Estados Unidos. Até os anos de 1950 sua principal atividade econômica era o cultivo de laranjas. Um lugar com pouco mais de 200 mil habitantes. Foi ali que ainda na década de 1960 se instalaram os parques da Disneylândia. A população rapidamente triplicou. As pessoas e as laranjas cada vez mais exploravam o lençol de água subterrâneo. Os laranjais sumiram e deram lugar a mais parques temáticos. A população chegou aos três milhões e a exploração do aquífero ficou mais intensa. O condado, no meio do deserto, depende daquela água guardada no subsolo. Mas, o estoque foi se reduzindo e a possibilidade de contaminação com as águas do Oceano Pacífico foi aumentando. Urgia uma solução ou seria o fim de Orange Country, o fim da Disneylândia. E a solução chegou com a construção de uma imensa estação de tratamento de água, uma ETA, a Fábrica de Água 21, mostrada na imagem (ou Estação para Potabilidade de Esgoto) que utiliza dentre outras técnicas, membranas e desinfecção com raios ultravioleta. Ela coleta o esgoto da cidade, purifica-o e devolve a água pura de volta para o aquífero que se reenche (MOURA, 2002). Depois, a água retorna das profundezas à superfície tão cristalina que os habitan- tes e turistas bebem a antiga água de esgoto com muito gosto. Caracterizar o processo convencional de tratamento de água Figura 12 – Estação de tratamento para potabilidade de esgoto, em Orange County, Califórnia Fonte: <http://graphics8.nytimes.com/images/2007/11/27/us/conserves- pan600.jpg>. Acesso em: 24 out. 2014. Tr at am en to d e Ág ua s e Efl ue nt es 36 Nesta competência você conhecerá os objetivos e a caracterização do processo con- vencional de tratamento da água bruta; e a determinar a escolha do tipo de tratamento in- cluindo o tratamento contra incrustações minerais. E ainda incrementará o conhecimento sobre os conceitos das etapas do tratamento convencional, dentre as quais a coagulação e floculação; decantação; filtração; desinfecção; e fluoretação. Os objetivos do processo convencional de tratamento de água A água bruta já chegou à estação de tratamento (ETA) através da adutora que a trouxe desde a captação, e agora passará por um processo de purificação. Vamos lá, pois temos que acompanhar todo o processo. Mas, antes de entrarmos na estação eu preciso fazer algumas considerações que são importantes como informações básicas. Você saberia di- zer quais os objetivos básicos do tratamento da água bruta? Manutenção de condições higiênicas? Exatamente! Nesse processo de higienização ocorre a remoção de bactérias, protozoários, vírus e outros microorganismos; de substâncias nocivas; redução do excesso de impurezas, e dos possíveis teores elevados de compostos orgânicos. No entanto, também existem outras finalidades que devem ser levadas em consideração. Por exemplo, a preservação dos as- pectos estéticos com a remoção dos parâmetros cor, sabor e odor, que eventualmente se façam presentes; ou a redução de perdas econômicas suavizando ou eliminando qualida- des corrosivas, turbidez e possíveis concentrações indesejáveis de ferro e manganês. Mas, como esses componentes entram na constituição da água? A presença desses minerais nas rochas e sedimentos explica suas presenças na água bruta. Entretanto, também atra- vés da poluição, meu amigo. Nós poluímos os mananciais com substâncias de natureza biológica, física e química; e depois gastamos os nossos próprios recursos financeiros para retirar esses poluentes da água que queremos beber. E esse ciclo se repete e continuará até chegar o tempo de nos educarmos. Quais os objetivos básicos do tratamento da água bruta? Atividade 01 Tr at am en to d e Ág ua s e Efl ue nt es 37 Os íons de ferro e manganês em águas destinadas ao abastecimento cau- sam depósitos, incrustações e possibilitam o aparecimento de bactérias ferruginosas nocivas nas redes de abastecimento, além de serem respon- sáveis pelo aparecimento de gosto e odor, manchas em roupas e apare- lhos sanitários e interferir em processos industriais. Curiosidade A escolha do tipo de tratamento da água bruta Na qualidade de um técnico em ambiente você sempre terá em mente, e trabalhará para isso, que a água fornecida à população, obrigatoriamente, deverá ser saudável e de boa qualidade. Para tanto, o seu tratamento será realizado após comprovada a sua neces- sidade com base em inspeções sanitárias e resultados de análises físico-químicas e bioló- gicas do manancial hídrico (rio, lago, etc.) a ser utilizado como fonte de abastecimento. E é preciso o seu entendimento para o fato de que a complexidade desse tratamento será em função da qualidade da água a ser tratada, claro! Você também não acha isso lógico? Ora, se a água captada não contiver, por exemplo, concentrações de ferro e manganês além dos limites permitidos por lei, porque ter custos com a sua remoção? É por essa razão que diversos tipos de tratamento (do tratamento convencional ao mais simplificado, com ape- nas cloração e fluoretação) serão aplicados de acordo com a qualidade da água captada. Você deve estar me perguntando: sim, mas apenas por curiosidade, e se a água capta- da contiver concentrações de ferro e manganês além dos limites permitidos por lei? Eu vou lhe responder agora, mas com brevidade, pois em competências posteriores veremos com mais detalhes o tipo de tratamento para remoção dessas substâncias. E você tem razão, a água encontrada na natureza nunca é pura, e comumente apresenta uma diversidade de substâncias dissolvidas, tais como sais e óxidos apresentando solubilidades diferentes, e influenciadas pela temperatura, concentração e pH. Uma água que possua altas concentrações de ferro e manganês, por exemplo, tem de ser tratada para sua remoção, evitando, assim, consequências indesejáveis com o seu uso, como o aparecimento de odores e colorações. E mais, quando os limites de solubi- lidade dessas substâncias são ultrapassados ocorre sua precipitação de forma aderente nas superfícies de tubulações e equipamentos, para formar as incrustações e processos corrosivos em equipamentos, como se constata na imagem. Tr at am en to d e Ág ua s e Efl ue nt es 38 Figura 13 – Incrustações de óxido férrico (esquerda) e manganês (direita), consequentes da água contaminada. Fonte: <http://dc149.4shared.com/doc/0zpNe-9s/preview_html_41edb7d9.jpg>. Acesso em: 22 out. 2014. Determinando e conceituando as etapas do tratamento convencional da água bruta Nós entendemos que a escolha do tipo de tratamento de uma água bruta captada em fonte subterrânea ou superficial ocorre em função da qualidade da água a ser purificada. É certo também que iremos trabalhar com algumas técnicas de tratamento aplicadas atu- almente, porém quero combinar com você que daremos ênfase ao processo convencional, para que não haja dispersão de entendimento e para que sua dinâmica permaneça muito bem alicerçada. O processo convencional de tratamento da água bruta, de um modo geral, consiste de cinco etapas, as quais seriam a coagulação e floculação; decantação; filtração; desinfecção; e fluoretação. Cada dessas etapas será bem estudada por nós, e iniciaremos com a sua conceituação.Comecemos pelo processo de coagulação e floculação, o qual é um dos passos mais importantes do tratamento da água bruta, pois ajuda a remover eventos de turbidez, cor e sabor. Observe que apenas pela apresentação dos vocábulos já poderíamos definí-los com relativa facilidade, mas nem é tão raro encontrarmos suas definições misturando-se entre si. A coagulação é o fenômeno no qual as impurezas presentes na água se agrupam e se neutralizam pela ação de reagentes químicos (coagulantes), para em seguida decantarem, como exemplificado na sequência de desenhos da imagem. Tr at am en to d e Ág ua s e Efl ue nt es 39 Figura 14 – Sequência do processo de coagulação no processo de tratamento da água Fonte: <http://www.naturaltec.com.br/images/desenhos/coagulantes.jpg>. Acesso em: 27 out. 2014. Figura 15 – Processos de coagulação, floculação e decantação (esquerda para a direita) Fonte: <http://www.qgsquimica.com.br/qgs/img/image006.jpg>. Acesso em: 27 out. 2014. E floculação? Como você a definiria? Enquanto na coagulação as partículas apenas se aglutinam, na floculação ocorre uma efetiva produção de flocos, os agregados das partícu- las finas em suspensão na água, pela ação de outro reagente químico (floculante). Muitas vezes as palavras não são suficientes para formar uma imagem, para explicitar de forma satisfatória um determinado evento, e por isso mesmo quero lhe mostrar a imagem, com um pequeno experimento sobre o processo da floculação. Assim, com certeza, você terá a compreensão total do fenômeno. No becker da esquerda ocorrem as reações para efetuar- -se a coagulação. Os beckers do centro e da direita mostram a agregação das partículas coaguladas em flocos que se decantam a cada tempo. Vamos conceituar o processo de decantação dos flocos formados, mas que na verda- de é um conceito de física, o qual se aplica a qualquer mistura de sólidos e líquidos. De qualquer modo, a decantação que ocorre na água bruta após a floculação é um processo de sedimentação da porção mais densa, contendo os flóculos, para a parte inferior pela atração da gravidade, como exemplificado na imagem. Tr at am en to d e Ág ua s e Efl ue nt es 40 Figura 16 – Processo de decantação de partículas em suspensão em água bruta Fonte: <http://www.coniex.pt/uploads/catalogo/imagens/medium_catalogo_ 1337637353_2677.jpg>. Acesso em: 27 out. 2014. Figura 17 – Desenho esquemático mostrando a anatomia de um filtro rápido Fonte: Aquastores (c2014). A água decantada é encaminhada às unidades filtrantes onde se efetua a filtração, terceira etapa do sistema de tratamento da água bruta. É um processo constituído de um meio poroso granular, normalmente areia, de uma ou mais camadas, instalado sobre um sistema de drenagem capaz de reter e remover as impurezas ainda presentes na água coagulada ou floculada produzindo um efluente mais limpo. Apesar de estudarmos mais detalhadamente o sistema de filtração em compe- tência posterior, eu vou lhe adiantar que com relação ao sentido de escoamento e à ve- locidade com que a água atravessa o leito filtrante, a filtração se classifica com relação à taxa de filtração, em lenta e rápida; e de fluxo ascendente e de fluxo descendente, com relação ao sentido de escoamento. Para você ter a visualização de um sistema de filtração, a imagem a seguir mostra um desenho esquemático, no qual se sobressaem as camadas filtrantes de areia fina, grossa, pedrisco e pedra. Tr at am en to d e Ág ua s e Efl ue nt es 41 Figura 18 – Sistema de purificação da água filtrada por ultravioleta Fonte: <http://www.hidro-sis.com/wp-content/uploads/2014/02/Large_UV_x.jpg>. Acesso em: 27 out. 2014. Qual a diferença entre coagulação e floculação como etapas do tratamento da água bruta? Deixe sua resposta em nosso fórum. Atividade 01 Após a água passar pelo sistema de filtração e apresentar resultados de suas análises que comprovem qualidade ambiental de natureza química e física adequada ao consumo humano, então se inicia a quarta etapa de seu tratamento. A desinfecção é um processo de purificação da água cujo objetivo é a remoção ou destruição (inativação) de microorga- nismos patogênicos presentes e capazes de causar várias doenças. A destruição desses microorganismos é realizada através da ação de agentes desinfetantes, sejam produtos químicos ou radiações, como a ultravioleta, exemplificada na imagem, em sistema de puri- ficação da água já filtrada. Patogênico: que provoca ou pode provocar, direta ou indiretamente, uma doença. A quinta etapa do tratamento da água para consumo humano é a fluoretação. À água se adiciona compostos à base de flúor, tais como o fluossilicato de sódio e o ácido fluossi- licico, em dosagem média do íon fluoreto da ordem de 0,8 mg/l (miligramas por litro), de acordo com a temperatura local. Esse processo é uma medida preventiva de comprovada eficácia que reduz a prevalência da cárie dental, numa significativa percentagem entre 50 Os compostos de flúor na água e alimentos quando ingeridos sofrem dis- sociação iônica em função do ácido clorídrico produzido no estômago. O íon fluoreto é absorvido, em grade parte, pela mucosa estomacal para em seguida circular no plasma sanguíneo. Após três horas da absorção 70% do flúor ingerido é eliminado pela urina; 15% pelas fezes; e 5% pelo suor. Os 10% restantes são assimilados pelo organismo. Essa pequena parcela circulará nos fluidos extra e intracelulares fixando-se posteriormente nos ossos e dentes em formação. (BUENDIA, 1996). Curiosidade Na maioria das cidades brasileiras o teor recomendado de flúor nas águas deve ser de 0,7 mg F/l, aceitando-se uma variação de 0,6 a 0,8 mg F/l. Contudo, esse teor ótimo depende, fundamentalmente, das médias das temperaturas máximas anuais registradas em cada localidade.Para implantar-se um sistema de fluoretação, dentre outros requisitos básicos, a escolha do equipamento seria um deles, constituído por bombas dosadoras, dosadores de nível constante, cone de separação e cilindros de separação. Um exemplo que eu posso lhe mostrar, apresentado na imagem é o sistema instalado na cidade de Jussara, no Paraná. Tr at am en to d e Ág ua s e Efl ue nt es 42 e 65%,em populações expostas desde o nascimento, por um período de aproximadamente 10 anos de ingestão da dose ótima (FUNASA, 2012). Figura 19 – Sistema de fluoretação de Jussara/PR Fonte: <http://www.jussara.pr.gov.br/novo_site/noticias/fo- tos/20090826164841.jpg>. Acesso em: 27 out. 2014. Tr at am en to d e Ág ua s e Efl ue nt es 43 Para incrementar seu aprendizado sobre o tema sugiro o livro dos Profes- sores Carlos A. Richter e Jose Martiniano de Azevedo Netto, Tratamento de Água: Tecnologia Atualizada, que apresenta os seus conhecimentos e ex- periências nos projetos de centenas de estações de tratamento, acompa- nhando a evolução da ciência do tratamento de água nas últimas décadas. Oferece ainda algumas inovações técnicas desenvolvidas pelos autores, como a floculação em meio poroso e em malhas ou grades. Mídias Resumo Nesta competência você desenvolveu seu aprendizado sobre a caracterização do pro- cesso convencional do tratamento da água bruta, a qual contemplou os objetivos de ma- nutenção de suas condições higiênicas, de preservação dos aspectos estéticos e redução de perdas econômicas; e a determinar a escolha do tipo de tratamento incluindo aquele contra incrustações minerais. E ainda aumentou o seu conhecimento sobre os conceitos das etapas do tratamento convencional, dentre as quais: a coagulação e floculação; decan-tação; filtração; desinfecção; e fluoretação. Autoavaliação 1. A remoção de cor, sabor e odor da água é um dos objetivos de: a) Captação de água bruta. b) Eliminação de qualidades corrosivas da água. c) Tratamento da água bruta. d) Fluoretação. 2. O parâmetro básico para a escolha de um determinado sistema de tratamento de água será: a) Em função da qualidade da água a ser tratada. Tr at am en to d e Ág ua s e Efl ue nt es 44 b) Em função da estrutura física da estação de captação. c) Em função da capacidade de suporte do sistema de adução. d) Em função do projeto da ETA. 3. O processo convencional de tratamento da água bruta, de um modo geral, consiste em quais etapas?______________ e _____________; _________________; ______________; ____________ e _____________. a) coagulação e floculação; fluoretação; decantação; desinfecção e filtração. b) coagulação e floculação; desinfecção; fluoretação; decantação e filtração c) coagulação e floculação; decantação; desinfecção; fluoretação e filtração. d) coagulação e floculação; decantação; filtração; desinfecção e fluoretação. 4. O processo de tratamento de água, como medida preventiva, que reduz a prevalência da cárie dental é: a) Floculação. b) Fluoretação. c) Decantação. d) Cloração. 5. O processo de purificação da água cujo objetivo é a remoção ou destruição (inativa- ção) de microorganismos patogênicos presentes e capazes de causar várias doenças denomina-se: a) Fluoretação. b) Filtração. c) Desinfecção. d) Floculação. Caracterizar as etapas de coagulação, floculação e decantação, no tratamento da água bruta Competência 03 Tr at am en to d e Ág ua s e Efl ue nt es 47 Em 1502, enquanto os portugueses desembarcavam na Baía da Guanabara e a cha- mavam de Rio de Janeiro pensando que se tratava de um rio, Leonardo da Vinci, em Florença observava que a quantidade de água por unidade de tempo escoando em um rio era a mesma em qualquer parte, independentemente da largura, profundidade, incli- nação e outros. Nasciam os fundamentos para se medir vazões: um medidor de vazão é todo dispositivo que determina o volume de fluido que passa através de uma dada seção de escoamento por unidade de tempo. Quase três séculos depois, em 1791, o físico italiano Giovanni Venturi idealizou o seu tubo de Venturi, somente usado como um medidor de vazão um século após sua invenção, 1887, pelo engenheiro austríaco Clemens Herschel. Na década de 1920, o cientista ameri- cano Ralph Leroy Parshall, baseado nos estudos de Giovanni Venturi, criou um revolucioná- rio medidor de vazões no campo da irrigação. Com o tempo, o medidor de vazões passou a ser conhecido como Calha de Parshall. E deixou de ser apenas um medidor de vazões: atualmente é empregado também como um efetivo misturador de soluções químicas nas estações de tratamento de água, cujo exemplo é apresentado na imagem. Caracterizar as etapas de coagulação, floculação e decantação, no tratamento da água bruta Figura 20 – Exemplo da Calha de Parshall Fontes: <https://www.flickr.com/photos/agemeioambiente/5634136841/> ; <http://www.saaeitapira.com.br/arquivos/imagens/ETA/tx_2.JPG>. Acesso em: 27 out. 2014. Tr at am en to d e Ág ua s e Efl ue nt es 48 Nesta competência sobre o tratamento de água você aprenderá as características das impurezas presentes na água bruta, e a classificação de suas partículas sólidas; a deter- minar a origem da cor da água e sua classificação; sobre a caracterização da turbidez e o desenvolvimento do tratamento da água através das etapas de coagulação, floculação e decantação. A medição de vazão de fluidos sempre esteve presente em nosso dia a dia. Por exemplo, o hidrômetro de uma residência, o marcador de uma bomba de combustível, como registraram Cassiolato et al (2008). Curiosidade As impurezas presentes na água bruta Quando estudamos o fenômeno da coagulação aprendemos, na sua conceituação, que ela aglutina as impurezas presentes na água, as quais se agrupam, e se neutralizam pela ação de reagentes químicos (coagulantes), para em seguida decantarem. Lembra-se? Pois bem, mas por acaso você não teria curiosidade de saber quais impurezas são essas que estão presentes na água bruta? Evidentemente que sim, até porque, sabendo o que está misturado à água, ficará mais claro que tipo de água será tratada, concorda? No entanto, um fato tem que estar bem compreendido entre nós: toda água na natureza é considerada como bruta, não que ela não sirva para nosso consumo, apenas que não foi tratada. Claro que existem mananciais superficiais absolutamente impróprios devido à dis- solução de detergentes, biocidas, detritos orgânicos, vernizes, tintas, agentes patogênicos, componentes que alteram a sua qualidade de acordo com as suas características físicas, químicas e biológicas, como assegurou Von Sperling (1996). E você tem razão em me per- guntar que características são essas. Vamos estudá-las então? As partículas sólidas sob a perspectiva física, conforme suas dimensões apresentam-se em suspensão na água, dissolvidas ou em soluções coloidais sob a perspectiva química são classificadas em orgânicas e inorgânicas; e sob a perspectiva biológica, na forma de microrganismos. Aglutinar: fazer aderir ou ligar-se fortemente por al- gum processo físico ou químico Colóide: O termo colóide vem do grego e significa "cola". Tr at am en to d e Ág ua s e Efl ue nt es 49 As partículas sólidas das impurezas da água bruta Classificamos as partículas sólidas misturadas à água bruta de acordo com o seu tama- nho. Mas vamos triturar um pouco mais a identificação dessas partículas. Alguns estudio- sos consideram os sólidos em solução, as partículas de menores dimensões, aquelas com menos de um nanômetro de diâmetro (um nanômetro (nM) representa a milionésima parte do milímetro); os sólidos em suspensão aquelas com dimensões superiores a 100 nM (nanômetros); e as partículas com dimensões situadas numa faixa intermediária entre 1 e 100 nM seriam os sólidos coloidais. Não quero ser irônico, mas vez em quando os autores querem complicar o simples, tanto que nos resultados das análises de água os colóides são considerados como sólidos dissolvidos e sólidos em suspensão. Nessa discussão, Von Sperling, já citado, entra e considera os termos sólidos filtráveis e sólidos não filtráveis como os mais adequados para classificar as partículas coloidais da água bruta. E é essa classificação simples que adotaremos em nosso trabalho. Não quero ser irônico, mas de vez em quando os autores querem complicar o simples, tanto que nos resultados das análises de água, os colóides são considerados como sólidos dissol- vidos e sólidos em suspensão. Nessa discussão, Von Sperling (1996), considera os termos sólidos filtráveis e sólidos não filtráveis como os mais adequados para classificar as partículas coloidais da água bruta. E é essa classificação simples que adotaremos em nosso trabalho. Ainda teremos oportunidade, mais adiante, de voltarmos a este tema sobre os colóides. Porém, neste momento, ainda quero dizer a você que nas soluções coloidais as partículas dispersas estão em movimento constante e aleatório, e não se depositam sob a ação da gravidade. Aí está uma característica fundamental para esses nosso trabalho: se as par- tículas não sedimentam no fundo de um recipiente, teremos que encontrar um meio de separá-las da água. Pelo que observamos até aqui, estamos constatando que a água bruta é na verdade uma dispersão coloidal, na qual a fase dispersante é líquida (a própria água)e a fase dispersada é sólida (colóide ou impureza). É essa fase sólida dispersada na fase líquida que confere cor, turbidez, sabor e odor à água. Urge, portanto, que nos apressemos a promover essa separação. Sedimentar: pro- cesso de formação ou acumulação de sedimento em camadas, em ambiente aquoso ou aéreo, que inclui a separação de partículas de rocha provenientes do material do qual o sedimento é derivado. Aí está uma característica fundamental para esses nosso trabalho: se as partí- culas não sedimentam no fundo de um recipiente, teremos que encontrar um meio de separá-las da água. Tr at am en to d e Ág ua s e Efl ue nt es 50 A origem da cor na água bruta Antes de se iniciar o processo de tratamento vou responder ao seu questionamento so- bre a origem da cor que colore a água bruta. A presença de significativas concentrações de matéria orgânica na água bruta apresenta aspectos negativos, dentre os quais a mudança de cor, a exemplo da água captada, mostrada na imagem. Pode até não parecer, mas ela ocorre do resultado da degradação de substâncias da matéria vegetal. Matéria Orgânica: uma mistura de compostos em vários estágios de decompo- sição, os quais resul- tam da degradação biológica de resíduos de plantas e animais, e da atividade sinté- tica de microrganis- mos. Fonte: <http:// bicen-tede.uepg.br/ tde_busca/arquivo. php?codArquivo=91>. Acesso em: 27 out. 2014. Figura 21 – Água bruta para tratamento na ETA de Ribeirão da Penha/SP Fonte: <http://www.saaeitapira.com.br/arquivos/imagens/ETA/tx_1.JPG>. Acesso em: 27 out. 2014 Mas é preciso atenção ao se estudar as colorações da água bruta, pois elas podem confundir-se com a turbidez. Por isso mesmo, logo em seguida vamos fazer referência à turbidez. Tanto assim, para seu conhecimento, que classificaram a cor em verdadeira, quando não se leva em conta a turbidez; e aparente, quando se leva em conta a turbidez. Duas observações ainda devem ser feitas: a primeira é que a cor tem influência direta na escolha do método de tratamento da água bruta; e a segunda é que o valor do pH desta água tem influência direta sobre ela. Pesquisas atuais demonstram que, quase sempre, a cor é proveniente de substâncias orgânicas, as quais após a degradação da matéria vegetal originam diversas outras substâncias, a exemplo dos ácidos húmicos, que são substâncias resultantes de reações químicas, fotoquímicas e micro- biológicas e ocorrem durante a degradação da matéria vegetal, como des- cobriu os professores Tangerino e Di Bernardo (2005). Estamos excetuan- do aqui qualquer derrame de tinta ou outro poluente similar, até porque estas são substâncias inorgânicas. Curiosidade Tr at am en to d e Ág ua s e Efl ue nt es 51 Características da turbidez da água bruta Como eu definiria turbidez? Deixe-me ver: de uma maneira bem simplificada, como um parâmetro físico que é medido pela quantificação da interferência à passagem da luz pro- vocada pelas partículas em suspensão na água (geralmente visíveis a olho nu), ocasionan- do a reflexão e a absorção da luz. Agora sou eu que lhe pergunto: de quais fatores depende a turbidez para ser mais ou menos intensa? Granulometria das partículas? Correto, ou seja, quanto maiores as partículas, menor será a turbidez, mas também depende da con- centração das partículas. A verdade é que a turbidez assume grande importância no trata- mento da água bruta, porque se ela apresentar teores acima dos limites aceitáveis reduzirá a eficiência do processo de purificação da água, além de alterar o seu sabor e odor. Esses teores são expressos em NTU, Unidades Nefelométricas de Turbidez, ou em uT, Unidades de Turbidez. Por exemplo, a portaria do ministério da saúde 518/2004 determina que a água destinada ao consumo humano não pode ultrapassar o valor limite de 5uT. A turbidez assume grande importância no tratamento da água bruta, porque se ela apresentar teores acima dos limites aceitáveis findará por reduzir a efici- ência do processo de purificação da água, além de alterar o seu sabor e odor. Faça uma pesquisa sobre turbidez dando ênfase a sua caracterização e às metodologias de medição. Deixe sua resposta em nosso fórum! Atividade 01 A etapa de coagulação no tratamento da água bruta Quando conceituamos o processo de coagulação como etapa de purificação do trata- mento de água bruta, dissemos que ele aglutina suas impurezas pela ação de reagentes químicos ou coagulantes. Logo em seguida conceituamos a etapa de floculação, dizendo que enquanto a coagulação apenas agrupava as micropartículas, a floculação produzia agregados dessas partículas em suspensão na água (os flocos), para consequente decan- tação. Agora chegou a hora de praticarmos essas conceituações, e você vai compartilhar Tr at am en to d e Ág ua s e Efl ue nt es 52 do acompanhamento desse tratamento. A água bruta, captada e bombeada, chega à estação para passar por sua primeira eta- pa de purificação, ou seja, a coagulação. Vou tomar como exemplo dessa entrada de água, a Calha de Parshall da ETA de Bebedouro, em São Paulo. Calma, que vou explicar sobre esse equipamento. A Calha de Parshall é um dispositivo medidor de vazão de água na for- ma de um canal aberto com dimensões padronizadas: a água é forçada por uma garganta relativamente estreita, sendo que o nível da água antes dela é o indicativo da vazão a ser medida, independendo do nível da água após a garganta. O medidor Parshall, como também é conhe- cido, foi desenvolvido pelo engenheiro Ralph L. Parshall, na década de 1920, nos Estados Unidos, inicialmente para aplicações em irrigações. Atualmente, é um dispositivo usado para medição de vazão em canais abertos de líquidos fluindo por gravidade, muito utilizado nas estações de tratamento de água para exercer duas importantes funções: medir de forma contínua as vazões de entrada e sa- ída de água; e atuar como misturador rápido, facilitando a dispersão dos coagulantes na água, durante o processo de coagulação. Curiosidade Faça uma pesquisa sobre a origem e o desenvolvimento da Calha de Par- shall e disponibilize o resultado no fórum. Atividade 02 Tr at am en to d e Ág ua s e Efl ue nt es 53 Para complementar seu aprendizado concluo que o coagulante é adicionado à água bruta quando ela se encontra em condições adequadas de pH. Você sabe que 7 é o pH neutro? Abaixo desse valor a água se torna ácida e acima se torna alcalina ou básica. Como os coagulantes são substâncias ácidas, sua mistura tende a acidificar a água exigindo uma correção, o que se realiza com a adição de hidróxidos ou óxidos de cálcio (a cal), os quais são lançados antes da aplicação daqueles coagulantes. Figura 22 – ÁCalha de Parshall com dosadores de cal (hidróxidos) e coagulantes Fonte: <http://www.dec.ufcg.edu.br/saneamento/parshall_cal.jpg>. Acesso em: 27 out. 2014. Os coagulantes são misturados e dispersados na água bruta rapidamente e uniforme- mente de tal maneira que cada litro de água a ser tratada receba aproximadamente a mesma quantidade de reagente no menor tempo possível, já que o coagulante se hidrolisa (quebra da molécula da água) e começa a se polimerizar, ou seja, a se multiplicarem fra- ção de segundos após o seu lançamento na água. Para que ocorra essa mistura instantânea, a Calha de Parshall fornece as condições necessárias ao promover um turbilhonamento da água com o seu ressalto hidráulico (fenô- meno que ocorre quando a corrente líquida passa do regime rápido para o tranquilo) como mostrado na imagem. Ali acontece a coagulação químicaque reduz turbidez, colóides, bactérias, cor, ferro, e manganês oxidados e alguma dureza. Polimerização: é a união de moléculas de um dado com- posto denominado monômero) para formar um novo composto designa- do por polímero. Tr at am en to d e Ág ua s e Efl ue nt es 54 Figura 23 – Misturador dos coagulantes no ressalto da Calha Fonte: <http://www.dec.ufcg.edu.br/saneamento/parshal0.jpg>. Acesso em: 27 out. 2014. Figura 24 – Tanque misturador de coagulantes em Minas Gerais. Fonte: <http://3.bp.blogspot.com/-TX41-QNVBa8/TtZOawYZRPI/ AAAAAAAAACs/N29rV8H1Ugw/s320/Capt_ CoagulacaoG.jpg>. Acesso em: 27 out. 2014. Você deve estar se questionando se apenas a Calha de Parshall seria usada como com- partimento de coagulação não é verdade? A resposta é não. O processo básico de mistura é similar em todas as ETAs, porém os reservatórios podem ser bem distintos, a exemplo deste de uma ETA de Minas Gerais, apresentado na imagem a seguir. As substâncias coagulantes Vamos agora conhecer quais as substâncias coagulantes utilizadas e como a mistura se processa quimicamente. Mas saiba que esses coagulantes não atuam sozinhos; eles são acompanhados de substâncias auxiliares na aglutinação das impurezas da água. Vamos Tr at am en to d e Ág ua s e Efl ue nt es 55 Figura 25 – Reação e atração entre as partículas coloidais. Fonte: <http://tratamentodeefluentes.files.wordpress. com/2013/11/9.png?w=300&h=86>. Acesso em: 27 out. 2014. classificá-las em três tipos de reagentes: os coagulantes propriamente ditos, na forma de compostos de ferro ou de alumínio, que produzem hidróxidos, os quais englobam as partí- culas coloidais; os coadjuvantes, na forma de compostos de sílica, por exemplo, que dão origem a núcleos densos para os flocos; e os alcalinizantes, que fornecem a alcalinidade necessária para a coagulação e posterior floculação. Não custa repetir que naquele turbilhonamento, no compartimento de mistura, acon- tecem as reações químicas que vão formar os flocos de partículas. Saiba você, que essas partículas de impurezas presentes na água bruta apresentam geralmente carga elétrica superficial negativa, impedindo que se aproximem uma das outras. Elas se repelem, mas a coagulação acaba com essa intriga. Quando o coagulante sulfato de alumínio, por exemplo, entra no tanque de mistura geram partículas elétricas positivas que promovem a atração dos colóides, como exemplificado na imagem. Porém os flocos formados, bem como as impurezas ainda dispersas, não têm peso suficiente para se sedimentarem. A água com seus conglomerados coloidais fluem do sistema coagulador para outros compartimentos no qual essas partículas ganharão peso. Sílica: composto oxigenado (SiO2) do silício encontra- do em minerais, areias e silicatos. Os agentes químicos coaguladores são insolúveis na água. O sulfato de alumínio (Al(OH)3) é um bom exemplo de coagulante, cujas reações químicas que ocorrem durante o processo de coagulação podem ser demonstradas da seguinte maneira: Quando o sulfato é lançado na água imediatamente geram partículas atômicas eletrica- mente positivas, os íons positivos, ou cátions, como se vê na equação 01. Al2(SO4)3 → 2 Al 3+ + 3 SO4 2- (equação 01) Tr at am en to d e Ág ua s e Efl ue nt es 56 O sulfato na água se decompõe e surgem os íons positivos de alumínio (Al3+). Uma pequena quantidade desses íons positivos neutraliza as impurezas de carga negativa pre- sentes na água e a quantidade restante reage com o íon hidroxila (OH-) da água, formando o hidróxido de alumínio, de acordo com a equação 02. Al2(SO4)3 + 6 H2O → 2 Al(OH)3 + 6 H+ + 3 SO4 2- (equação 02) Observe que o sulfato Al2(SO4)3 reage com a água e forma moléculas de hidróxido de alumínio (Al(OH)3), o qual se apresenta como um colóide eletricamente positivo e que neutraliza os colóides eletricamente negativos componentes das impurezas. Observando mais atentamente a consequência da reação de hidrólise (quebra da molécula da água) concluímos que resultou num aumento de íons de hidrogênio (H+). E o valor do pH desce, tornando a água ácida. É por essa razão que se adiciona à água, no tanque de coagulação, os hidróxidos, para provocar o retorno da alcalinidade. A etapa de floculação no tratamento da água bruta Nesses novos compartimentos, denominados floculadores, continuam a ocorrer as rea- ções, porém não mais num ambiente de turbilhonamentos vigorosos como no coagulador, e você pode visualizá-los na imagem, que mostra um exemplo. Figura 26 – Tanques de mistura lenta, ou floculadores, da Copasa/MG Fonte: <http://4.bp.blogspot.com/-hKbystR1a_g/TtZOqM5LjmI/AAAAA- AAAAC0/uJ-OevhuRxA/s320/Flocula%25C3%25A7%25C3%25A3o.jpg>. Acesso em: 27 out. 2014. A mistura agora se dá de maneira lenta, mas proporcionando o contato constante entre as partículas: é o processo da floculação, cujo objetivo é a formação de flocos sedimentá- veis (mais pesados), numa sequência de floculação e decantação. Esses flocos se apresentam agora no floculador com aspecto gelatinoso, como pode Tr at am en to d e Ág ua s e Efl ue nt es 57 Figura 28 – Decantador da ETA de Bebedouro/SP, ao tempo da sedimentação Fonte: <http://www.saaeb.bebedouro.sp.gov.br/home/images/ stories/servicos/eta2_decantadores.jpg>. Acesso em: 27 out. 2014. Figura 27 – Flocos formados em tanque de floculação Fonte: <http://3.bp.blogspot.com/-jzklKyi0784/UogRfWk4JxI/AAAAAAAA- By0/wptfIsJIPso/s400/flocula%C3%A7ao-esta%C3%A7ao-tratamento-de- -agua.png>. Acesso em: 27 out. 2014. observar na imagem, sendo essa uma característica que lhe proporciona a capacidade de aglutinar partículas em sua superfície, e assim eles vão ficando maiores e mais pesados. Mas, não esqueça que eles são partículas microscópicas que foram se juntando até se tor- narem visíveis, na forma dos flocos. É neste momento que a água se escoa para os tanques de decantação - os decantadores. A etapa de decantação no tratamento da água bruta Você saberia dizer por que a distância entre os floculadores e os decantadores é pe- quena? Vou lhe dizer. É para que se diminua o risco da quebra dos flocos formados, e não ocorra qualquer sedimentação durante o percurso da água floculada. Nos tanques de de- cantação, a água fica em repouso durante cerca de três a quatro horas, e os flóculos mais densos vão sedimentando e formando uma camada de material gelatinoso no fundo do decantador. A imagem lhe dá uma visão de tanque de decantação no tempo da espera da sedimentação das partículas. Tr at am en to d e Ág ua s e Efl ue nt es 58 a distância entre os floculadores e os decantadores é pequena [...] para que se diminua o risco da quebra dos flocos formados e não ocorra qualquer sedimen- tação durante o percurso da água floculada. Após a decantação, a água livre das partículas que sedimentaram no fundo do decanta- dor flui pelo vertedouro, para seguir em direção às etapas de filtração e desinfecção. Figura 29 – Vertedouro em decantador da ETA de Bebedouro/SP Fonte: <http://www.dec.ufcg.edu.br/saneamento/calhadec.jpg>. Acesso em: 27 out. 2014. Normalmente, mais da metade das impurezas sedimentadas ficam retidas no fundo do decantador na forma de um lodo gelatinoso. Periodicamente faz-se a retirada, lavagem e limpeza desses compartimentos. Sua remoção é imprescindível para a manutenção da qualidade da água superficial enviada às etapas de tratamento seguintes. E você está que- rendo me perguntar. Qual o destino deste lodo? Destino do lodo sedimentado no tanque coagulador O lodo sedimentado é o conglomerado resultante de
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