PRÓ-REITORIA DE GRADUAÇÃO CENTRO DE ENGENHARIAS CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
FIAMA RAISSA COELHO PEREIRA
CLARIFICAÇÃO POR SEDIMENTAÇÃO DE ÁGUA DE LAVAGEM DE FILTROS DE PISCINA
MOSSORÓ 2018
CLARIFICAÇÃO POR SEDIMENTAÇÃO DE ÁGUA DE LAVAGEM DE FILTROS DE PISCINA
Monografia apresentada à Universidade Federal Rural do Semi-Árido – UFERSA, como requisito para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil.
Orientadora: Profa. Dra. Solange Aparecida Goularte Dombroski,
MOSSORÓ 2018
ata. A mesma poderá servir de base literária para novas pesquisas, desde que a obra e seu (a) respectivo (a) autor (a) sejam devidamente citados e mencionados os seus créditos bibliográficos.
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da Universidade Federal Rural do Semi-Árido (SISBI-UFERSA), sendo customizado pela Superintendência de Tecnologia da Informação e Comunicação (SUTIC) sob orientação dos bibliotecários da instituição para ser adaptado às necessidades dos alunos dos Cursos de Graduação e Programas de Pós-Graduação da Universidade.
P436c Pereira, Fiama Raissa Coelho.
Clarificação por sedimentação de água de lavagem de filtros de piscina / Fiama Raissa Coelho Pereira. - 2018.
62 f. : il.
Orientadora: Solange Aparecida Goularte Dombroski.
Monografia (graduação) - Universidade Federal
Rural do Semi-árido, Curso de Engenharia Civil,
2018.
1. Condicionamento químico. 2. Moringa oleífera. 3. Água clarificada. 4. Reúso agrícola. I. Dombroski, Solange Aparecida Goularte, orient. II. Título.
CLARIFICAÇÃO POR SEDIMENTAÇÃO DE ÁGUA DE LAVAGEM DE FILTROS DE PISCINA
Monografia apresentada à Universidade Federal Rural do Semi-Árido – UFERSA, como requisito para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil.
APROVADA EM: _____ / _____ / 2018.
BANCA EXAMINADORA
_________________________________________ Solange Aparecida Goularte Dombroski, Profa. Dra. (UFERSA)
Presidente
_________________________________________ (UFERSA)
Maria Josicleide Felipe Guedes, Profa. Dra. (UFERSA) Examinadora
_________________________________________ Fernanda Lima Cavalcante, Profa. Dra. (IFRN)
A Deus, por sempre me amparar nos momentos de dificuldade e guiar meu caminho.
A minha mãe, aos meus familiares e amigos por todo o apoio e confiança depositados.
A Deus, pelas oportunidades proporcionadas e por abençoar todas as minhas escolhas.
A minha mãe, Tatiana Pereira por acreditar no meu potencial, pelo esforço feito para que eu conquiste tudo o que desejo e por todos os ensinamentos que me tornaram a pessoa que sou hoje. Serei eternamente grata.
Aos meus irmãos, por todo o amor e carinho.
A toda a minha família, que é a base de tudo que sou e minha referência de união e amor, em especial, ao meu avô, José Roberto Coelho e minha tia, Juliana Coelho por todo o suporte emocional e financeiro ao longo dessa trajetória.
Aos meus amigos, por estarem ao meu lado nessa caminhada cheia de desafios tornando-a mais leve e agradável. Em especial, agradeço a Aderson Maia, Thatiana Araújo, Rodrigo Mendes e Matheus Monteiro, por todos esses anos de parceria dentro da universidade e principalmente fora dela.
A minha orientadora, Solange Dombroski, que contribuiu significativamente para a realização deste trabalho e consequentemente para minha formação profissional. Obrigada por todos os ensinamentos.
A Adler Severiano por toda a ajuda fornecida nas análises laboratoriais.
A Ricardo Maurício pelo companheirismo durante a realização dos nossos trabalhos. A Fernanda Cavalcante pelo auxílio na análise de ovos de helmintos.
A ALPE Engenharia e todos que a compõem, vocês foram de fundamental importância para o meu crescimento profissional e pessoal. Em especial, agradeço a Cláudia Yanara, Marina Bezerra, José Ermano e Giovane Guimarães pelo companheirismo demonstrado ao longo da nossa jornada como empresários juniores.
Enfim, a todos que de alguma forma contribuíram na realização do presente trabalho, os meus sinceros agradecimentos.
Sendo a água um dos recursos naturais básicos essencial a manutenção da vida e de todas as atividades econômicas existentes, faz-se necessário a sua conservação de modo a garantir que as presentes e futuras gerações possam usufrui-la. Nessa perspectiva, ainda que o volume de água do planeta não se altere, uma parcela significativa desse recurso encontra-se inadequada ao consumo, devido à crescente poluição dos mananciais e oceanos. Nesse contexto, a grande problemática da escassez de água que, atualmente, gera preocupação em vários locais do mundo, já é realidade há um longo tempo em regiões áridas e semiáridas, destacando-se no Nordeste Brasileiro. Assim, o reúso de água surge como uma técnica possível, contribuindo para a conservação deste bem, reduzindo a sua demanda e garantindo a reserva da água de melhor qualidade para usos mais nobres. Por meio do trabalho objetivou-se estudar o condicionamento químico, usando sementes de Moringa oleífera Lam como coagulante natural, para clarificação, por sedimentação, de água de lavagem de filtros (ALAF) da piscina da UFERSA – Mossoró e discutir o potencial de reúso agrícola da água clarificada. Para a determinação da qualidade da água descartada, realizou-se a coleta da amostra, do tipo composta e executou-se três etapas de ensaios. Na primeira etapa, foi pesquisada a melhor dosagem do coagulante natural, na segunda foi variado o tempo de mistura (Tm) do coagulante natural e, na terceira etapa, foram testados diferentes valores do gradiente médio de velocidade da mistura (Gm). Foram analisados parâmetros físico-químicos (temperatura, pH, cloro residual livre, condutividade elétrica, sólidos dissolvidos totais, turbidez, alcalinidade, sólidos sedimentáveis, sólidos totais, sólidos em suspensão totais, fósforo total, demanda química de oxigênio, demanda bioquímica de oxigênio, sódio, cálcio, magnésio, razão de adsorção de sódio, alumínio e cobre), microbiológicos (coliformes totais, Escherichia coli) e biológico (ovos de helmintos) para os melhores resultados obtidos pelos ensaios de clarificação, por gravidade (etapas 1, 2 e 3). Quanto à qualidade da água clarificada para o reúso agrícola, não se observou impedimento em termos do pH, DBO, fósforo total, cobre total, alcalinidade, E.
coli e ovos de helmintos. A concentração de alumínio total atendeu o limite para uso da água
por um período de até 20 anos. Para condutividade elétrica, razão de adsorção de sódio, sódio e cloretos, os resultados indicaram a possibilidade de reúso da água clarificada, sendo classificada com ligeira a moderada restrição de uso agrícola.
Palavras-chave: Condicionamento químico. Moringa oleífera. Água clarificada. Reúso agrícola.
Figura 1 – Exemplo ilustrativo dos volumes e concentrações de lodos ao longo das etapas de remoção de água em uma estação de tratamento de água hipotética com
decantadores ... 23
Figura 2 – Esquema ilustrativo de adensador de lodo por gravidade de formato circular em planta... 24
Figura 3 – Ensaio de lodo em uma coluna em escala de laboratório ... 26
Figura 4 – Curva de adensamento ... 27
Figura 5 – Procedimentos gráficos do Método Talmadge e Fitch ... 27
Figura 6 – Localização da piscina semiolímpica da UFERSA, campus Mossoró ... 36
Figura 7 – Vista da piscina da UFERSA, campus Mossoró ... 37
Figura 8 – Operação de aspiração do material sedimentado (a) e encanamento de saída da água aspirada na piscina da UFERSA, campus Mossoró ... 38
Figura 9 – Filtros (a) e associação de bombas (b) do sistema de filtração da piscina da UFERSA, campus Mossoró: dois filtros componentes do sistema ... 38
Figura 10 – Sistema de filtração da piscina da UFERSA, com indicações ... 40
Figura 11 – Vistas de Moringa oleífera: planta localizada na UFERSA, campus Mossoró, em 02/07/2018 (a); frutos tipo cápsula (b); sementes retiradas dos frutos (c); sementes sem cascas (d); sementes sem cascas, trituradas e peneiradas (e) ... 44
Gráfico 1 - Eficiência de remoção de turbidez verificada em ensaios da primeira etapa de clarificação da água de lavagem de filtros, ALAF, da piscina da UFERSA, Mossoró, para diferentes dosagens de Moringa oleífera e condições fixas de mistura (tempo e gradiente médio de velocidade) ... 47 Gráfico 2 - Eficiência de remoção de turbidez verificada em ensaio da segunda etapa de clarificação da água de lavagem de filtros, ALAF, da piscina da UFERSA, Mossoró, para diferentes valores do tempo de mistura e demais condições fixas (gradiente de velocidade médio de mistura e dosagem de Moringa oleífera) .... 49 Gráfico 3 - Eficiência de remoção de turbidez verificada em ensaios da terceira etapa de clarificação da água de lavagem de filtros, ALAF, da piscina da UFERSA, Mossoró, para diferentes valores do gradiente médio de velocidade da mistura e demais condições fixas (tempo de mistura e dosagem de Moringa oleífera) ... 51
Quadro 1 - Espécies mais comuns de Moringa e sua distribuição pelo mundo ... 28 Quadro 2 - Métodos analíticos utilizados para caracterização da água descartada durante o período de lavagem dos filtros da piscina da UFERSA, campus Mossoró ... 40
Tabela 1 - Monitoramento recomendado quanto a metas de desempenho microbiológico para uso de esgoto na agricultura ... 31 Tabela 2 - Diretrizes acerca da qualidade da água para irrigação ... 32 Tabela 3 – Padrão do efluente recomendado para irrigação ... 33 Tabela 4 - Limites recomendados para alguns constituintes e microelementos em águas de reúso para irrigação ... 33 Tabela 5 - Classes de salinidade para águas de irrigação ... 35 Tabela 6 - Efeitos nos solos e plantações por tipo de componente ... 35 Tabela 7 - Esquema da coleta de amostra composta da água de lavagem dos filtros (ALAF) da piscina da UFERSA, campus Mossoró ... 39 Tabela 8 - Qualidade observada da água bruta (água de lavagem de filtros, ALAF, da piscina da UFERSA, Mossoró) durante a primeira etapa de ensaios ... 45 Tabela 9 - Resultados verificados durante os ensaios da primeira etapa de clarificação da água de lavagem de filtros, ALAF, da piscina da UFERSA, Mossoró. Condições dos ensaios: dosagem de Moringa oleífera = 0 a 15 g/kg SST; Tm = 3 min e Gm = 300 s-1 ... 46 Tabela 10 - Qualidade da água bruta (água de lavagem de filtros, ALAF, da piscina da UFERSA, Mossoró) verificada durante a segunda etapa de ensaio ... 48 Tabela 11 - Resultados verificados durante o ensaio da segunda etapa de clarificação da água de lavagem de filtros, ALAF, da piscina da UFERSA, Mossoró. Condições dos ensaios: dosagem de Moringa oleífera = 11 g/kg SST; Tm = 1 a 10 min e Gm = 300 s-1 ... 48 Tabela 12 - Qualidade verificada da água bruta (água de lavagem de filtros, ALAF, da piscina da UFERSA, Mossoró) durante a terceira etapa de ensaios ... 50 Tabela 13 - Resultados verificados durante os ensaios da terceira etapa de clarificação da água de lavagem de filtros, ALAF, da piscina da UFERSA, Mossoró. Condições dos ensaios: dosagem de Moringa oleífera = 11 g/kg SST; Tm = 5 min e Gm = 50 a
formou a amostra composta da água bruta (ALAF da piscina da UFERSA-Mossoró), em 30/07/2018 ... 52 Tabela 15 - Resultados de parâmetros físico-químicos e biológicos da água bruta (ALAF da piscina da UFERSA-Mossoró) e da água clarificada (sobrenadante) ... 55 Tabela 16 - Resultados de parâmetros físico-químicos do lodo formado após os ensaios de clarificação da água bruta (ALAF da piscina da UFERSA-Mossoró) ... 57
1 INTRODUÇÃO ... 14
2 OBJETIVOS ... 15
2.1 Objetivo geral ... 15
2.2 Objetivos específicos... 15
3 REVISÃO DA LITERATURA ... 16
3.1 Qualidade e tratamento de água de piscinas ... 16
3.2 Sedimentação ... 19
3.3 Adensamento ... 21
3.3.1 Adensamento de lodo por gravidade ... 24
3.4 Coagulantes naturais ... 27
3.5 Reúso de água ... 29
3.5.1 Reúso para fins agrícolas ... 30
4 MATERIAL E MÉTODOS ... 36
4.1 Área de estudo ... 36
4.2 Etapas da pesquisa ... 39
4.2.1 Tipo, obtenção e caracterização da amostra de água residuária gerada no tratamento de água de piscina (ARTP) ... 39
4.2.2 Estudo de tratabilidade ... 41
4.2.3 Condicionamento químico ... 43
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 45
5.1 Resultados obtidos em ensaios de clarificação, por gravidade, da água de lavagem de filtros (ALAF) da piscina da UFERSA, campus Mossoró ... 45
5.1.1 Primeira etapa ... 45
gravidade, da ALAF da piscina da UFERSA-Mossoró e do potencial de reúso agrícola da água clarificada ... 52
6 CONCLUSÃO ... 58 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...59
1 INTRODUÇÃO
Sendo a água um dos recursos naturais básicos a manutenção da vida e de todas as atividades econômicas existentes, faz-se necessário a sua conservação de modo a garantir que as presentes e futuras gerações venham a usufrui-la, visto que, ainda que o volume de água do planeta não se altere, uma parcela significativa deste recurso encontra-se inadequada ao consumo, devido à crescente poluição dos mananciais e oceanos.
A grande problemática da escassez de água que hoje aflige todo o mundo, já é realidade há um longo tempo nas regiões áridas e semiáridas, sendo a água, nessas regiões, de acordo com Costa (2010), fator limitante para o desenvolvimento urbano, industrial e agrícola, tornando indispensável a busca por novas fontes de recursos, de modo a complementar a pequena oferta hídrica ainda disponível.
De acordo com dados da ANA (2017), o Nordeste Brasileiro desponta como uma região que, pela própria natureza, demanda atenção especial no que diz respeito à oferta de água, especialmente no Nordeste Setentrional (Ceará, Rio Grande do Norte, Paraíba e Pernambuco), que tem 87,8% do seu território no semiárido.
Nesse contexto, o reúso de água diminui a demanda por este bem e contribui para a reserva de água de melhor qualidade para usos mais nobres, tal como o abastecimento doméstico.
A Universidade Federal Rural do Semi-Árido - UFERSA, campus Mossoró possui uma piscina que, de acordo com a NBR 9819 (ABNT, 1987), classifica-se quanto ao uso como do tipo coletiva, cujo uso é exclusivo de associados de uma entidade, tal como, escola. No que tange ao suprimento de água, com base na mesma NBR, a piscina em questão pode ser caracterizada como de recirculação com tratamento, pois é equipada com sistema de recirculação, além de tratamento de água. Nesta piscina, o tratamento de sua água gera água residuária a partir da aspiração de material depositado no fundo e da lavagem dos filtros que compõem o sistema de tratamento.
Nessa perspectiva, por meio do presente estudo objetivou-se investigar a clarificação, por sedimentação, de água residuária gerada na lavagem de filtros de piscina (ALAF) da UFERSA e avaliar a qualidade do sobrenadante desta operação de tratamento visando o reúso agrícola.
2 OBJETIVOS
2.1 Objetivo geral
Estudar o condicionamento químico com uso de coagulante natural para clarificação, por sedimentação, de água de lavagem de filtros de piscina.
2.2 Objetivos específicos
Em relação à água de lavagem dos filtros da piscina da UFERSA-Mossoró, o trabalho objetivou:
- Avaliar a influência da clarificação por sedimentação com condicionamento químico usando sementes de Moringa oleífera Lam, em termos de dosagem, tempo e gradiente médio de velocidade de mistura;
3 REVISÃO DA LITERATURA
3.1 Qualidade e tratamento de água de piscinas
Com base na NBR 9819 (ABNT, 1987), uma piscina consiste em um conjunto de instalações que se destinam a atividades aquáticas, incluindo o tanque e os demais componentes relacionados ao seu uso e funcionamento. Desta forma, tem-se que além do tanque, instalações anexas e demais elementos, como equipamentos e acessórios, também são compreendidas no termo piscina.
A NBR 9819 (ABNT, 1987) também classifica as piscinas quanto ao uso em: públicas (para uso público em geral), coletivas (uso exclusivo de associados de uma entidade, tais como, clubes, escolas e associações), de hospedaria (destinadas ao uso de hóspedes), residenciais coletivas (uso de residentes permanentes, incluindo condomínios, asilos, penitenciárias, sanatórios) e residenciais privativas (para o uso de famílias).
Quanto ao suprimento de água, a mesma NBR caracteriza as piscinas em: recirculação com tratamento (estando equipada com sistema de recirculação e tratamento de água); renovação contínua com tratamento (quando a alimentação é contínua com água de boa qualidade e com tratamento adequado), renovação contínua sem tratamento (alimentação contínua com água de boa qualidade), encher e esvaziar (com renovação programada da água). A utilização das piscinas pode expor seus usuários a certos agravos à sua saúde, seja devido a doenças transmissíveis, ou a doenças não transmissíveis, incluindo ainda os acidentes que podem ocorrer nesses locais (CETESB, 1975). Devido a isto, as piscinas devem ser corretamente projetadas, construídas, operadas e mantidas, de acordo com regulamentos adequados e contando com pessoal competente, para que os banhistas não adquiram certas doenças transmissíveis ou sejam vítimas de acidentes, de maior ou menor gravidade (Ibid.).
Nesse sentido, a qualidade da água é estabelecida pela NBR 10818 (ABNT, 2016), que busca garantir que a água de piscina não cause prejuízos à saúde e ao bem-estar do usuário, especificando requisitos de qualidade biológica, física, química e físico-química. Com relação à qualidade biológica, a NBR 10818 estabelece que a água não deve conter bactérias do grupo coliforme e/ou stephylococcus aureus e deve-se impedir a proliferação de algas. Já no que tange à qualidade física, química e físico-química, tem-se que a limpidez da água deve permitir a perfeita visibilidade da parte mais profunda da piscina, a superfície da água não deve conter matérias flutuantes estranhas à piscina, o fundo deve estar livre de detritos, o pH da água tem de ser mantido entre 7,2 e 7,8 e quando utilizados desinfetantes a base de cloro, a concentração de cloro livre tem que ser mantida entre 0,8 mg.L-1 a 3,0 mg.L-1 (Ibid.).
Contudo, as exigências referentes à qualidade das águas de piscinas são, em alguns aspectos, mais cuidadosas que as normalmente recomendadas para a água potável, como por exemplo, a limpidez da água, que é de grande importância para a segurança dos banhistas, no tocante à possibilidade de acidentes (CETESB,1975).
WHO (2006 apud DOMBROSKI, 2018) aborda questões de saúde pública, com ênfase na mitigação e controle de riscos relacionados a ferimentos e transmissão de doenças contagiosas. Tais objetivos relacionados à saúde pública podem ser atingidos através de uma combinação de ações (WHO, 2006 apud DOMBROSKI, 2018): (a) tratamento, incluindo filtração e desinfecção; (b) hidráulica das piscinas (para garantir uma distribuição efetiva de desinfetante por toda a piscina, boa mistura e remoção de água contaminada); (c) acréscimo de água em intervalos frequentes (para diluir substâncias remanescentes após o tratamento); (d) limpeza; (e) ventilação de piscinas em ambiente fechados (para remover subprodutos da desinfecção voláteis).
Dependendo da qualidade da água, o que implicará nas operações e processos a serem empregados, o tratamento de água de piscina assemelha-se ao tratamento de água que ocorre em uma estação de tratamento de água (ETA), já que, em ambos os casos, pode-se proceder com as etapas de coagulação, floculação, decantação, filtração e desinfecção.
A coagulação é um processo que consiste na desestabilização das partículas coloidais ou neutralização das moléculas de substâncias húmicas, através de dois fenômenos: o primeiro, essencialmente químico, onde ocorrem as reações do coagulante com a água e a formação de espécies hidrolisadas com carga positiva ou os precipitados do metal do coagulante; o segundo no transporte das espécies hidrolisadas ou dos precipitados para que haja contato com as impurezas da água, de modo que formem aglomerados maiores, os quais podem ser removidos nas unidades seguintes (DI BERNARDO; SABOGAL PAZ, 2008). Comumente, o coagulante utilizado no tratamento é um sal de alumínio ou de ferro, em que seus íons metálicos, em solução aquosa, positivamente carregados, formam fortes ligações com os átomos de oxigênio, liberando os átomos de hidrogênio e reduzindo o pH da suspensão (LIBÂNIO, 2010). Conforme esse autor, em seguida, tem-se a etapa de mistura rápida, onde ocorre o contato entre o coagulante e as impurezas presentes na água, causando sua desestabilização ou envolvimento dos precipitados, assim, com a colisão das partículas desestabilizadas, há a formação dos flocos os quais podem ser removidos por sedimentação, flotação e filtração. A importância da coagulação se dá principalmente na remoção de partículas microscópicas, associadas aos microrganismos patogênicos, normalmente encontrados nas águas naturais e com velocidades de sedimentação muito reduzidas (Ibid.).
Os flocos formados pela coagulação não possuem peso suficiente para se sedimentarem por peso próprio, devido a isso, tem-se a floculação, que segundo Ferreira Filho (2017), é um processo físico em que as partículas coloidais são postas em contato umas com as outras, viabilizando o aumento de seus tamanhos, alterando, desse modo, sua distribuição granulométrica. A formação dos flocos a partir da agregação de partículas desestabilizadas ocorre em uma etapa de mistura lenta (DI BERNARDO; SABOGAL PAZ, 2008). Com esse aumento do tamanho das partículas, pode-se garantir sua maior remoção nas unidades de separação sólido-líquido, acarretando na maior eficiência do processo de tratamento como um todo (FERREIRA FILHO, 2017).
Após a coagulação e floculação, os flocos podem ser removidos na etapa de decantação ou sedimentação, que consiste na separação sólido-líquido pela força da gravidade.
Ferreira Filho (2017) cita que a filtração é o último processo unitário cuja função é garantir a remoção de partículas coloidais presentes na água, justificando que por melhor que seja a operação da unidade de sedimentação gravitacional, essa não é capaz de garantir a remoção de 100% das partículas presentes na fase líquida. Assim, aquelas partículas que não forem removidas na etapa de sedimentação deverão ser removidas com a filtração. Segundo este autor, a filtração é um processo físico-químico onde as partículas coloidais são removidas da fase líquida mediante sua percolação por um meio granular com altura e granulometria específicas. Ressalta-se que, caso as unidades de filtração não estejam funcionando de modo satisfatório, haverá uma tendência de deterioração na qualidade da água filtrada, o que além de comprometer suas características estéticas, pode impor riscos à operação da etapa de desinfecção (Ibid.).
Segundo Libânio (2010) ainda que nas etapas anteriores ocorra uma redução no número de microrganismos agregados às partículas suspensas e coloidais removidas em etapas de decantação e filtração, esse não é o principal objetivo dessas operações unitárias, cabendo à desinfecção inativar os microrganismos patogênicos e os organismos indicadores, porventura presentes nas águas, prevenindo o crescimento microbiológico nas redes de distribuição. A desinfecção pode ocorrer pela ação de agentes químicos ou físicos (Ibid.). Os primeiros constituem elementos ou compostos que possuem potencial de oxidação, incluindo o cloro, dióxido de cloro, peróxido de hidrogênio, ácido acético, bromo, iodo, permanganato de potássio, cloreto de bromo e ozônio, enquanto os agentes físicos apresentam ação referenciada à energia de radiação, destacando-se a radiação ultra violeta, a radiação gama, a radiação solar e, em nível domiciliar, a fervura.
mantidas limpas, balanceadas e saudáveis, é necessário que sejam seguidas as seguintes etapas: (a) limpeza física: filtração, aspiração, peneiração e limpeza dos cestos pré-filtros e das bordas da piscina; (b) manutenção do pH (faixa de 7,2 a 7,8), da alcalinidade total e da dureza cálcica dentro da faixa ideal e em equilíbrio harmônico entre si e (c) tratamento químico: oxidação, estabilização e desinfecção.
Assim, com relação a resíduos, tanto em uma ETA quanto em uma piscina, há geração de resíduos em função dos processos e operações empregadas.
No âmbito de tratamento da água para abastecimento humano a partir da coagulação, floculação, decantação (sedimentação) e filtração, tem-se a utilização de processos e operações com a introdução de produtos químicos, que geram resíduos originados nos decantadores, na lavagem dos filtros e na lavagem dos tanques de preparação de soluções e suspensões de produtos químicos (CORDEIRO, 1999). Segundo Achon, Barroso e Cordeiro (2008), na maioria das ETA os resíduos gerados são lançados nos corpos de água sem tratamento.
Então, faz-se necessário o gerenciamento adequado dos referidos resíduos considerando normativas e dispositivos legais, podendo-se citar: (a) a NBR 10004 (ABNT, 2004) que classifica lodos de ETA como resíduos sólidos; (b) a resolução nº 357/2005 do CONAMA (BRASIL, 2005) que dispõe sobre lançamento de efluentes em corpos de água; (c) a lei federal nº 9433/1997 (BRASIL, 1997) que institui a política nacional dos recursos hídricos, estabelecendo relação entre lançamento de resíduos em corpos de água e o regime de outorga, assim como, a cobrança pelo uso de recursos hídricos e (d) a lei federal nº 9605/1998 (BRASIL, 1998) que trata de crimes ambientais, pela qual, há possibilidade de punição decorrente de lançamento irregular de resíduos.
Para piscinas, comumente tem-se água residuária gerada no tratamento da água a partir da aspiração do material depositado no fundo da piscina e da água de lavagem de filtros, comumente descartadas em sistemas de coleta de esgotos, se estes estiverem presentes.
3.2 Sedimentação
De acordo com Von Sperling (2011), a sedimentação consiste em uma operação física de separação de partículas sólidas com densidade superior a do líquido em que estão inseridas. Nas unidades chamadas decantadores, a velocidade do fluxo de água deve ser suficientemente baixa, para que as partículas possam depositar-se no fundo. Como resultado dessa operação, tem-se a clarificação do líquido sobrenadante e a formação de uma camada de lodo no fundo,
que são removidas em conjunto (Ibid.).
A sedimentação pode ser classificada em quatro tipos que podem ocorrer de acordo com a concentração e tendência de interação das partículas (METCALF & EDDY, 2003), sendo:
sedimentação discreta (tipo 1): as partículas são ditas individuais, ou seja, não floculam nem se aglomeram umas às outras (JORDÃO; PESSÔA, 2011). Desta forma, a partícula mantém inalterada sua forma, volume e peso durante a sedimentação (JORDÃO; PESSÔA, 2011). A remoção de partículas granulares pesadas em caixas de areia aproxima-se deste tipo (JORDÃO; PESSÔA, 2011);
sedimentação floculenta (tipo 2): refere-se a uma suspensão bastante diluída de partículas que aglutinam ou floculam durante a operação de sedimentação (METCALF & EDDY, 2003). Com a aglutinação, as partículas aumentam em massa e sedimentam com maior velocidade (METCALF & EDDY, 2003). Este tipo de sedimentação remove parte dos sólidos suspensos em águas residuárias não tratadas em instalações de decantação primária e em porções superiores de instalações de decantação secundária, além disso, remove o floco químico nos tanques de decantação (METCALF & EDDY, 2003);
sedimentação impedida ou por zona (tipo 3): quando se tem uma elevada concentração de sólidos, tem-se a formação de um manto que sedimenta como uma massa única de partículas, estas tendem a permanecer numa posição fixa com relação às partículas vizinhas (VON SPERLING, 2011). Observa-se nitidamente uma interface de separação entre a fase sólida e a fase líquida, e o nível da interface se move para baixo como resultado da sedimentação da manta de lodo (VON SPERLING, 2011). Neste caso, utiliza-se a velocidade de sedimentação da interface, no dimensionamento dos decantadores. Ocorre nos decantadores secundários (VON SPERLING, 2011);
sedimentação de compressão (tipo 4): no caso da concentração de sólidos ser ainda mais elevada, a sedimentação pode ocorrer apenas por compressão da estrutura das partículas (VON SPERLING, 2011). A compressão ocorre por causa do peso das partículas, constantemente adicionadas como resultado da sedimentação das partículas presentes no líquido sobrenadante (VON SPERLING, 2011). Com a compressão, parte da água é removida da matriz do floco, reduzindo assim o seu volume. Este regime ocorre no fundo de decantadores secundários e em adensadores por gravidade (VON SPERLING, 2011).
Metcalf & Eddy (2003) citam que durante a sedimentação, pode comumente ocorrer mais de um tipo ou até mesmo os quatro tipos de sedimentação, simultaneamente.
3.3 Adensamento
No contexto de resíduos gerados durante o tratamento de água de abastecimento e tratamento de esgotos, os mesmos se caracterizam por apresentarem alta umidade, sendo importante a redução do seu volume para que sejam dispostos adequadamente, diminuindo os custos para transporte e disposição final, assim como, diminuindo os riscos de poluição ambiental (CORDEIRO, 1999). Em sistemas de tratamento de água do tipo convencional com ciclo completo, ou seja, com coagulação, floculação, decantação e filtração, a maior parte dos sólidos presentes na água é removida na unidade de decantação, acumulando-se no fundo da mesma na forma de lodo (REALI, 1999). Esse lodo geralmente encontra-se muito diluído, fazendo-se necessário submetê-lo a operações que objetivam a sua concentração, ou seja, a remoção de porção da água presente no mesmo antes de sua destinação final (Ibid.). Deste modo, antes de se promover a desidratação, os lodos necessitam de adensamento/espessamento. Dentre os métodos para processamento de lodos vale mencionar aqueles que são utilizados principalmente para: (a) remoção da água presente no lodo, incluindo espessamento ou concentração, condicionamento, desidratação e secagem e (b) para tratamento ou estabilização da matéria orgânica, abrangendo digestão, compostagem e incineração (METCALF & EDDY, 2003).
Conforme Libânio (2010), o adensamento pode se realizar por gravidade, onde o lodo pode ser alimentado em operação contínua ou por batelada, promovendo a sedimentação dos lodos e a retirada do sobrenadante, que pode ser recirculado para o início do tratamento de água. Conforme o mesmo autor, outro tipo de adensamento é por flotação, onde ocorre a ascensão do lodo até a superfície da unidade de flotação, utilizando-se microbolhas de ar. As microbolhas aderem-se às partículas de lodo pré-condicionado com polieletrólitos, aumentando o empuxo atuante, o que provoca a flutuação do resíduo.
Esta etapa visa a diminuição do volume do lodo, através da separação de parte da água mais facilmente removível do lodo, de modo a possibilitar a redução no tamanho dos equipamentos utilizados na etapa subsequente de desidratação final do lodo, cujos custos de implantação e operação dependem do volume e das características do lodo a ser desidratado (REALI, 1999).
redução da quantidade de água presente nos lodos de ETAs que utilizam sais de ferro ou alumínio como coagulantes, usualmente é feito previamente o condicionamento físico e químico do lodo. O condicionamento físico por congelamento seguido por descongelamento do lodo, apresenta custos demasiadamente elevados em países de clima quente, por sua vez, o condicionamento químico é realizado por meio da adição de produtos químicos que auxiliam a remoção da maior parte da água contida no lodo, como, por exemplo, a cal ou soluções de polímeros sintéticos (Ibid.).
Na etapa de espessamento, o lodo, que incialmente apresenta teor de sólidos na faixa de 0,1% a 1,0% nos casos de ETAs que fazem uso de sais de ferro ou alumínio como coagulantes, é concentrado até atingir valores mais elevados de teor de sólidos, usualmente acima de 2% (REALI, 1999). Com a utilização desses coagulantes nas ETAs, tem-se a produção de lodo de coloração marrom, que apresenta-se no estado de gel quando em repouso, tornando-se relativamente fluido quando submetidos a esforços cisalhantes, e, geralmente, é de difícil sedimentação ou flotação no estado natural, fazendo-se necessário a adição de condicionantes para atingir adequado desempenho na operação de adensamento por flotação ou sedimentação (Ibid.).
O teor de sólidos no lodo descartado (0,1%-2,0%) depende de uma série de fatores, tais como (REALI, 1999): (a) características da água bruta a ser tratada; (b) tipo e dosagem de produtos químicos utilizados para a coagulação/floculação da água bruta; (c) eficiência das unidades de floculação e, (d) tipo e eficiência dos decantadores aliados ao modo de operação de descarte ao lodo acumulado nestes.
No que diz respeito aos dois primeiros fatores, verifica-se a importância da escolha adequada do tipo de coagulante e respectiva dosagem ótima, com a finalidade de obter boa eficiência nos processos subsequentes de clarificação da água (floculação/decantação/filtração) aliada à geração do mínimo volume de lodo possível, para isto, recomenda-se que sejam realizados ensaios de coagulação/floculação/sedimentação em laboratório (Jar-test) ou, quando possível, com instalação piloto (Ibid.).
Em decantadores, a produção de resíduos é inversamente proporcional à qualidade da água bruta em termos de cor e turbidez, da mesma maneira, dosagens elevadas de coagulantes irão gerar maior volume de precipitado (LIBÂNIO, 2010).
Na Figura 1 é apresentado um diagrama de blocos ilustrando os volumes e concentrações de despejos líquidos gerados em uma estação de tratamento de água convencional (hipotética).
Figura 1 – Exemplo ilustrativo dos volumes e concentrações de lodos ao longo das etapas de remoção de água em uma estação de tratamento de água hipotética com decantadores
3.3.1 Adensamento de lodo por gravidade
Para lodos de ETAs, o uso de adensadores por gravidade é mais antigo e disseminado. sendo que neste tipo de adensador, o lodo pode ser alimentado por batelada ou continuamente, dependendo das particularidades operacionais dos decantadores e demais unidades da estação de tratamento e das características dos lodos nela gerados (REALI; PATRIZZI, 1999). Na Figura 2 é apresentado o desenho esquemático da planta de um adensador de lodo por gravidade com alimentação contínua, sendo que neste caso, o lodo é alimentado próximo ao centro da unidade, de onde é distribuído radialmente (Ibid.)
Figura 2 – Esquema ilustrativo de adensador de lodo por gravidade de formato circular em planta
Fonte: Reali e Patrizzi (1999).
A parcela de água decantada no interior do adensador é retirada através de vertedores periférico, tendo acesso à canaleta de saída existente ao longo do perímetro dessa unidade, enquanto o lodo adensado, é retirado continuamente do fundo do tanque, geralmente, por raspadores de fundo, que lentamente empurram o sedimento em direção ao centro do tanque, de onde é retirado (REALI; PATRIZZI, 1999).
Em adensadores de lodo por gravidade operados em regime de alimentação por batelada (usualmente são adotadas, no mínimo, duas unidades em paralelo), a parte situada mais próxima ao fundo de cada unidade é utilizada como depósito do lodo adensado, sendo que cada unidade é alimentada esporadicamente com lodo proveniente dos decantadores da ETA (descartados de forma intermitente), até que fique completa (REALI; PATRIZZI, 1999). Após
determinado período de sedimentação, um dispositivo telescópico de descarte da água superficial (sobrenadante) é acionado para descarte dessa água, até atingir um nível predeterminado (Ibid.).
O adensamento de lodos de água residuária é alcançado em um tanque similar, em termos de projeto, a um tanque de sedimentação convencional (METCALF & EDDY, 2003). Nesse contexto, o projeto de unidades de adensamento de lodos de ETAs por gravidade é realizado tomando-se por base a experiência com a operação de outras unidades empregadas em situações semelhantes e os resultados obtidos com a realização de ensaios em escala de laboratório ou em escala piloto (REALI; PATRIZZI, 1999).
De acordo com Reali e Patrizzi (1999), lodos gerados em ETAs que utilizam sais de ferro ou alumínio como coagulantes apresentam, geralmente, maior dificuldade quanto a clarificação e adensamento por gravidade. Assim, para seu adensamento, é requerido condicionamento químico por meio da aplicação de dosagens adequadas de polímeros sintéticos, aumentando, dessa forma, a eficiência de captura de sólidos do lodo e melhorando marcadamente a clarificação do lodo nos adensadores. Esse tipo de lodo também pode ser condicionado com a adição de cal, em dosagens bem maiores que as de polímero, tendo como resultado a melhora das condições de adensamento e o aumento significativo da massa de sólidos contida no lodo adensado devido à cal adicionada (Ibid.).
Para o projeto de unidades de adensamento, além de se levar em conta informações da literatura, recomenda-se a realização de ensaios laboratoriais com emprego de colunas de sedimentação, que além de fornecer estimativas de parâmetros de projeto, permitem a avaliação segura do melhor tipo e dosagem de polímero para condicionamento do lodo (REALI; PATRIZZI, 1999).
Para a realização desses ensaios, sugere-se o método de Talmadge e Fitch que, em concordância com Reali e Patrizzi (1999), é bastante simples e rápido, além de requerer a realização de apenas um ensaio de sedimentação em coluna.
Em unidades de adensamento de lodos de ETAs por gravidade, geralmente ocorrem a sedimentação de tipo 3 (impedida) e a de tipo 4 (compressão), que ocorre no fundo das unidades (REALI; PATRIZZI, 1999). Para os autores, quando as partículas estão muito próximas umas das outras, elas sedimentam como uma massa de partículas, acarretando na formação de uma interface clara entre a massa e o líquido clarificado.
Na Figura 3 são indicadas as situações normalmente observadas durante a realização de um ensaio de lodo em uma coluna em escala de laboratório. Reali e Patrizzi (1999) realizaram um estudo de caso aplicando o método Talmadge e Fitch onde, no início do ensaio
(t = 0) é possível verificar a ocorrência de sedimentação impedida (SI). No tempo “t1”, a massa de lodo sedimentou até o ponto de formar uma zona de água clarificada acima da camada de lodo (SI), já abaixo da região onde verifica-se a sedimentação, a concentração de partículas se torna tão grande que diversas partículas acabam mantendo contato físico entre si, configurando uma região de transição (T) entre a zona de sedimentação impedida (SI) e a zona de compressão (C), sendo que abaixo da região de transição aparece a zona de compressão onde as partículas encontram-se em contato umas com as outras, dando início a compressão. No tempo “t2”, a região de sedimentação impedida praticamente desaparece e a maior parte das partículas de lodo se encontram na região de transição, enquanto no tempo “t3”, desaparece a região de transição, permanecendo quase todo o lodo na região de compressão e por fim, no tempo “t4”, a sedimentação tipo 4 (compressão) encontra-se finalizada (Ibid.).
Figura 3 – Ensaio de lodo em uma coluna em escala de laboratório
Fonte: Reali e Patrizzi (1999).
Desse modo, com base em teste de espessamento em coluna de sedimentação, Talmadge e Fitch propuseram método expedito para realizar a estimativa de parâmetros de projeto de unidades de adensamento por gravidade com escoamento contínuo (REALI; PATRIZZI, 1999). Na Figura 4 é ilustrada uma curva que é típica de adensamento obtida em ensaios de adensamento de lodo em coluna. Já, na Figura 5 são mostrados os procedimentos gráficos propostos pelo método para estimativa dos parâmetros de projeto.
Figura 4 – Curva de adensamento
Fonte: Reali e Patrizzi (1999).
Figura 5 – Procedimentos gráficos do Método Talmadge e Fitch
Fonte: Reali e Patrizzi (1999).
3.4 Coagulantes naturais
O coagulante mais utilizado no tratamento de água é o sulfato de alumínio, entretanto, diversas espécies de plantas vêm sendo utilizadas como coagulantes naturais. Assim, apesar do desempenho e custo-eficácia dos coagulantes químicos serem comprovados, estão sendo realizados estudos de coagulantes/floculantes naturais, dentre estes, a Moringa oleífera que é um dos biopolímeros bastante investigado (FRANCO et al., 2017).
Entre as 14 (catorze) espécies conhecidas da família das Moringaceae, 7 (sete) delas são muito raras e o restante tem sido encontradas em diversos países da Ásia, África e América Latina, conforme apresentado no Quadro 1, com espécies de Moringa da ordem Cappridales e família Moringaceae (MENDES; COELHO, 2007).
Quadro 1 - Espécies mais comuns de Moringa e sua distribuição pelo mundo
Espécies Distribuição pelo mundo
Moringa oleífera Pantropical
Moringa concanensis Índia
Moringa peregrina Egito, Sudão, Península Arábica
Moringa stenopetala Etiópia, Quênia
Moringa longituba Somália
Moringa ovalifolia Namíbia
Moringa drouhardii Madagascar
Fonte: Adaptado de Mendes e Coelho (2007).
Com base em Mendes e Coelho (2007), a Moringa oleífera Lam, é a espécie mais divulgada da família das Moringaceae, sendo uma planta originária da Índia, mas que já se espalhou por todo o mundo, principalmente nos países tropicais, como o Brasil, conhecida na região do Nordeste Brasileiro como “Lírio Branco”. Esses autores explanam que no Sudão e em outros países da África, as mulheres árabes tradicionalmente utilizam as sementes da
Moringa oleífera quebradas na clarificação de águas turvas. Além disso, abordam que a
eficiência desse processo vem sendo confirmada em laboratório e em projetos de abastecimento de água em casas isoladas da zona rural no Brasil e no mundo.
A Moringa se adapta bem a locais com baixa pluviometria e clima quente, não tendo exigências quanto ao tipo de solo, só mostrando impossibilidade de se desenvolver em solos encharcados (PÁDUA, 2010). As sementes da moringa agem como um coagulante natural, podendo substituir coagulantes sintéticos que são usualmente utilizados no tratamento de água para consumo humano, tais como o sulfato de alumínio (Ibid.).
Algumas pesquisas tem demonstrado que o suco de folhas frescas e extratos das sementes inibem o crescimento de Pseudomonas aeruginosa e Staphylococcus aureos em temperatura ambiente. Outras mostram que empregar a moringa pode possibilitar reduções superiores a 98% de coliformes termotolerantes e remover cercárias do Shistosoma mansoni, que é o agente causador da esquistossomose, popularmente conhecida como barriga d’água
(PÁDUA, 2010). Estudos recentes demonstram que a semente da moringa, quando utilizada como coagulante, apresenta elevado potencial de remoção de toxinas, produzidas por cianobactérias, enquanto as folhas de sua árvore parecem ter alto valor proteico, sendo consumida por algumas pessoas e o óleo da semente apresenta valor comercial, podendo ser extraído sem que a semente perca seu poder de coagulação (Ibid.). Desta forma, os autores defendem que a utilização da semente da moringa no tratamento de água pode ser facilmente incorporado pelas comunidades.
A remoção da turbidez pela Moringa oleifera como coagulante primário é de 80-99%, tanto para águas brutas como águas turvas sintéticas (MUYIBI; OKUOFU, 1995 apud OKUDA et al., 1999; NDACIGENGESERE et al., 1995 apud OKUDA et al., 1999; MUYIBI; EVISON, 1996 apud OKUDA et al., 1999). No entanto, a turbidez residual das amostras aumenta com a diminuição da turbidez inicial na dosagem ótima de moringa (MUYIBI; EVISON apud OKUDA et al., 1999), o que indica que este coagulante natural pode não ser eficiente para água com baixa turbidez (OKUDA et al., 1999).
3.5 Reúso de água
A grande problemática da escassez de água que hoje aflige todo o mundo, já é realidade há um longo tempo nas regiões áridas e semiáridas, sendo a água, nessas regiões, de acordo com Costa (2010), fator limitante para o desenvolvimento urbano, industrial e agrícola, tornando indispensável a busca por novas fontes de recursos, de modo a complementar a pequena oferta hídrica ainda disponível. Tal autor, define o reúso como o aproveitamento do efluente após uma extensão do seu tratamento, com ou sem investimentos adicionais.
Para UN-WWAP (2017), à medida que aumenta a demanda geral por água, ocorre o aumento, de forma contínua, da quantidade de águas residuais produzidas e a poluição gerada per estas em todo o mundo. Em âmbito global, prevê-se que a demanda por água irá aumentar de forma significativa nas próximas décadas, pois além do setor agrícola, que é responsável por 70% das extrações de água em todo o mundo, são previstos grandes aumentos na demanda hídrica pelos setores industriais e de produção de energia, sendo que, a urbanização acelerada e a expansão dos sistemas urbanos de abastecimento de água e saneamento também contribuem para esta demanda crescente (Ibid.).
Nessa perspectiva, dentre os motivos de se realizar o reúso de água, destacam-se a falta de água doce limpa e/ou potável e o fato de que a água de reúso tornou-se uma solução sustentável tanto do ponto de vista socioeconômico, quanto do ambiental; à escassez em certos
contextos, existindo ainda, outros motivos dependendo do contexto local, como a proteção do meio ambiente, o custo de lançamento de efluentes e o custo da água potável (KUBLER; FORTIN; MOLLETA, 2015).
Segundo Costa (2010), a reutilização de água residuária consiste na melhor alternativa para atender as demandas menos restritivas, reservando a água de melhor qualidade para usos nobres, tal como o abastecimento doméstico. Logo, o reúso possibilita que a água potável seja poupada e utilizada apenas para fins aos quais ela seja essencial.
A Organização Mundial de Saúde apresenta definições para os tipos de reúso, entre os quais estão: (a) reúso indireto, quando a água já utilizada, uma ou mais vezes, para fins domésticos ou industriais, é lançada em águas superficiais ou subterrâneas e novamente utilizada na sua forma diluída; (b) reúso direto, ocorre quando tem-se uso planejado e deliberado de águas residuárias tratadas para fins como irrigação, recreação, indústria, recarga de aquíferos, além de água para consumo humano; (c) reciclagem de água, que compreende o reúso de água dentro de instalações industriais para conservação e controle de poluição.
3.5.1 Reúso para fins agrícolas
No decorrer dos últimos 50 anos, a área utilizada para a irrigação mais do que dobrou, a produção pecuária mais do que triplicou e a aquicultura no interior dos continentes aumentou em mais de 20 vezes (UN-WWAP, 2017). Atualmente, o principal uso da água no Brasil, em termos de quantidade utilizada, é a irrigação. Tal uso corresponde à prática agrícola que utiliza um conjunto de equipamentos e técnicas para a deficiência, seja total ou parcial, de água para as culturas (ANA, 2017). A demanda total de água retirada para irrigação no país é 969 m³.s-1, sendo este uso ainda mais relevante quando se considera o consumo, já que o retorno direto ao corpo d’água é muito pequeno quando comparado aos demais usos (Ibid.).
Para Hespanhol (2002), dentre as vantagens econômicas de fazer o reúso de águas residuárias estão o aumento da área cultivada, o aumento da produtividade agrícola, redução/eliminação do emprego de fertilizantes comerciais e a conservação do solo. Quanto aos benefícios ambientais e econômicos, consegue-se evitar a descarga de esgotos em corpos d’água, os recursos subterrâneos são preservados (principalmente em áreas onde há utilização excessiva de aquíferos, provocando intrusão de cunha salina ou subsidência de terrenos), conserva-se o solo através da acumulação de húmus, tem-se o aumento da resistência à erosão e o aumento da produção de alimentos de modo a elevar os níveis de saúde, qualidade de vida
e condições sociais.
Entretanto, vale salientar que caso a aplicação do reúso na agricultura seja feita de forma descontrolada, poderá vir a gerar malefícios. Dentre os riscos advindos da falta de planejamento no reúso, os principais são: poluição de aquíferos subterrâneos por nitratos, acúmulo de componentes químicos (compostos tóxicos, orgânicos e inorgânicos) no solo, aumento da salinidade em camadas insaturadas e criação de habitats apropriados à proliferação de doenças (HESPANHOL, 2002).
Os grupos de riscos que estão relacionados aos sistemas de reúso agrícola são (HESPANHOL, 2002): os consumidores de culturas, carne e leites originários de campos que são irrigados com esgotos, operários agrícolas e suas famílias, manuseadores/transportadores de colheitas, e populações localizadas próximas de campos irrigados por sistemas de aspersores. A saúde pública desses grupos de risco é protegida através da aplicação de quatro medidas básicas: tratamento dos esgotos, seleção e restrição de culturas, técnicas de aplicação dos esgotos e controle da exposição humana (Ibid.).
Na Tabela 1 são apresentas as diretrizes para a utilização de águas residuárias na agricultura estabelecidas pela Organização Mundial de Saúde (OMS) em 2006.
Tabela 1 - Monitoramento recomendado quanto a metas de desempenho microbiológico para uso de esgoto na agricultura
Atividade exposição Parâmetros de monitoramento¹ da qualidade da água Agricultura E. coli por 100 mL
(média aritmética)
Ovos de helmintos por litro (média aritmética) Irrigação irrestrita
Culturas de raízes ≤10³
≤1
Culturas folhosas ≤104
Irrigação localizada de culturas que se desenvolvem culturas que se desenvolvem distantes do nível do solo
≤105
Irrigação restrita
Trabalho intensivo, agricultura de alto contato
≤104
≤1
Agricultura altamente mecanizada ≤105
Tanque séptico ≤106
Fonte: Adaptado de WHO (2006a).
Nota: 1O monitoramento deve ser realizado no ponto de utilização ou no ponto de descarga de efluentes.
A frequência é a seguinte: para áreas urbanas, uma amostra a cada duas semanas para E. coli e uma amostra por mês para ovos de helmintos; para as zonas rurais, uma amostra por mês para E. coli e uma amostra a cada 1-2 meses para ovos de helmintos. São necessárias amostras compostas de cinco litros para ovos de helmintos, preparados a partir de amostras colhidas seis vezes por dia. O monitoramento de ovos de nematóides é difícil devido à falta de procedimentos padronizados. A inativação de ovos de nematóides deve ser avaliada como parte da validação do sistema.
Na Tabela 2 são apresentadas as diretrizes para avaliação do potencial da água em gerar impactos negativos no solo ou em culturas. Já, na Tabela 3 são listadas algumas recomendações de concentrações por tipo de reúso.
Tabela 2 - Diretrizes acerca da qualidade da água para irrigação
Problema potencial Unidades Grau de restrição de uso
Nenhuma Ligeira e Moderada Severa
Salinidade CEa1 ou SDT dS.m-1 < 0,7 0,7 - 3 > 3 mg.L-1 < 450 450 - 2000 > 2000 Infiltração RAS2 = 0-3 e CE = > 0,7 0,7 - 0,2 < 0,2 = 3-6 > 1,2 1,2 - 0,3 < 0,3 = 6-12 > 1,9 1,9 - 0,5 < 0,5 = 12-20 > 2,9 2,9 - 1,3 < 1,3 = 20-40 > 5,0 5,0 - 2,9 <.2,9
Toxicidade de íons específicos
Sódio RAS
Irrigação por superfície < 3 3-9 >.9
Irrigação por aspersão < 3 > 3
Cloreto meq.L-1
Irrigação por superfície < 4 4-10 > 10
Irrigação por aspersão < 3 > 3
Problemas Outros Nitrogênio3 (N-NO 3) mg.L-1 < 5,0 5,0 - 30 > 30 Bicarbonato meq.L-1 < 1,5 1,5 - 8,5 > 8,5 pH Faixa normal: 6,5 - 8,4
Fonte: Adaptado de Ayers e Westcot (1991).
¹CEa: condutividade elétrica em deci Siemens por metro a uma temperatura de 25°C. 2RAS: razão de
adsorção de sódio (meq.L-1)1/2. ³Nitrogênio em forma de nitrato expresso em termos de nitrogênio
Tabela 3 – Padrão do efluente recomendado para irrigação
Método de reúso DBO5 (mg.L-1)1
Irrigação de árvores, algodão e outras plantações
não comestíveis 60
Irrigação de citricultura, forragens e culturas 45
Irrigação de cana de açúcar, campos de esportes,
vegetais que não tem cozimento2 35
Irrigação irrestrita, incluindo parques e gramados 25
Fonte: Adaptado de Pearson (1986 apud TSUTIYA, 2001).
lAs concentrações de DBO
5 e coliformes fecais não devem exceder em 80% das amostras. 2 A irrigação
deve ser interrompida duas semanas antes da colheita e nenhuma fruta deve ser coletada do chão.
Almeida (2010) afirma que, alguns microelementos, em pequenas quantidades, são essenciais para o crescimento das plantas, tais como ferro, magnésio, molibdênio, cobre e zinco. Entretanto, em quantidades excessivas, reduzem o crescimento e provocam acumulações indesejáveis nos tecidos.
A aplicação incontrolada de microelementos com a água de irrigação pode produzir nos solos uma acumulação progressiva deles, podendo acarretar posteriormente, efeitos tóxicos sobre as plantas cultivadas; absorção e acumulação de certos elementos pelos cultivos, alcançando concentrações perigosas para as pessoas ou animais que os consumam ou ainda serem arrastados até as águas subterrâneas ou superficiais, contaminando-as para uso posteriores (ALMEIDA, 2010).
Na Tabela 4 são apresentadas as concentrações limites para águas de irrigação agrícola para alguns constituintes.
Tabela 4 - Limites recomendados para alguns constituintes e microelementos em águas de reúso para irrigação
Constituinte Limite recomendado Unidade Significado Alumínio (Al)
5,0: limite LP1 20,0: limite
CP2
mg.L-1
Pode causar improdutividade em solos ácidos, porém solos com pH de 5,5 a 8,0 precipitam o íon e eliminam a toxicidade.
Ferro (Fe) Máx. 5 mg.L-1
Não é tóxico para solos com boa aeração. Porém contribui para acidez e indisponibilidade de fósforo e molibdênio. A aspersão pode causar depósito nas folhas. Cobre (Cu) 0,20 mg.L-1 Entre 0,1 e 1 mg.L-1 é tóxico para certas
plantas em solução nutritiva.
Manganês (Mn) 0,20 mg.L-1 Tóxico somente em solos ácidos mesmo em baixa concentração
Constituinte Limite recomendado Unidade Significado
Zinco (Zn) 2,00 mg.L-1
Tóxico para muitas plantas a variados níveis de concentração; sua toxicidade é reduzida a pH > 6 em solos de textura fina e nos orgânicos
pH 6,0-8,5 --
A maioria dos efeitos do pH sobre o crescimento de plantas é indireta (por exemplo, efeitos do pH sobre a toxicidade dos metais pesados).
Sólidos em
Suspensão (SS) Máx. 30 mg.L
-1
Excesso de sólidos em suspensão pode causar entupimento de orifícios em equipamentos de aspersão e gotejamento.
Sólidos Totais Dissolvidos (SDT)
500-2000 mg.L-1
Abaixo de 500.mg.L-1, não se observa nenhum efeito prejudicial. Entre 500 e 1000 mg.L-1, os STD em águas de irrigação podem afetar plantas sensíveis. Entre 1000 e 2000 mg.L-1, os níveis de STD podem afetar muitas plantas, e por isso, devem ser seguidas praticas cuidadosas de manejo. Acima de 2000 mg.L-1, a água somente pode ser usada de forma regular para plantas tolerantes em solos permeáveis.
Cloro Residual Máx. 1 mg.L-1
Concentrações de cloro residual inferiores a 1 mg.L-1, em geral, não causam problemas a maioria das plantas, embora alguns tipos possam sofrer danos em teores de 0,05 mg.L-1. Cloros acima de 5 mg.L-1 causam danos severos a planta.
Cloretos 100-350 mg.L-1
Teores abaixo de 100 mg.L-1 não acarretam efeito prejudicial. Acima de 100, podem causar problema de absorção foliar, e em menor grau, de absorção pela raiz. Acima de 350, podem acarretar problemas graves. Fonte: Adaptado de USEPA; CROOK (1999; 1993 apud BLUM, 2003) e PRATT (1972 apud ALMEIDA, 2010).
1Limites para uso da água por longos períodos (acima de 20 anos). 2Limites para uso da água por curtos
períodos (até 20 anos).
Na Tabela 5 é mostrada a classificação de águas para irrigação com base no nível de salinidade. A condutividade elétrica (CE) consiste em um dos principais determinantes da salinidade no solo (ALMEIDA, 2010). O excesso de salinidade pode afetar a absorção da água pela planta e interferir na absorção de nutrientes (Ibid.).
Tabela 5 - Classes de salinidade para águas de irrigação
Classe Descrição CE (dS.m-1)
1 Salinidade baixa 0 - 0,3
2 Salinidade média 0,3 - 0,8
3 Salinidade alta 0,8 - 2,3
4 Salinidade muito alta 2,3 - 5,5
5 Salinidade extremamente alta > 5,5
Fonte: EPA Austrália (1991 apud PAGANINI, 2003).
Na Tabela 6 é apresentado o efeito de diferentes parâmetros no solo e nas plantações de acordo com sua quantidade presente na água de irrigação.
Tabela 6 - Efeitos nos solos e plantações por tipo de componente
Parâmetro Limites Solo Plantações
Fósforo Água residuárias domésticas entre 6-20 mg.L-1 Águas residuárias com mais >20 mg.L -1
Sem efeitos registrados Sem efeitos registrados
Aumenta a produtividade. Diminui a disponibilidade de cobre, zinco e ferro em solos alcalinos. DBO Água residuárias domésticas entre 110 mg DBO.L-1 Aumenta a atividade microbiológica e a fertilidade do solo Aumenta a produtividade. Salinidade
Valores entre: CE<3 dS.m-1; RAS 5-9 e Sódio<200 mg.L-1 Valores entre: CE>3 dS.m-1; RAS >8 e Sódio>100 mg.L-1
Sem interferência a curto prazo. À longo prazo, pode ocorrer processos de salinização de acordo com as propriedades do solo
Perda de capacidade de transporte de água e ar
Solos sensíveis apresentam problemas em solos com condutividades entre 0,7-3 dS.m-1.
Apresenta problemas em quase todos os tipos de plantações ou até mesmo acabar se a salinidade estiver elevada. Alcalinidade Águas residuánas com 50-200 mgCaCO3.L-1 Águas residuárias > 500 mgCaCO3>.L-1
Sem efeitos registrados Concentrações acima das condições de equilíbrio no solo precipita o cálcio afetando a estrutura do solo
Sem efeitos registrados.
Em climas quente, bicarbonatos queimam as folhas.
4 MATERIAL E MÉTODOS
4.1 Área de estudo
O presente estudo foi realizado na piscina semiolímpica da Universidade Federal Rural do Semi-Árido (UFERSA), campus Mossoró, lado leste, cuja localização é apresentada na Figura 6. As atividades oferecidas nesta piscina são a hidroginástica e natação, essa última é ofertada desde a categoria iniciante até o nível avançado, com participantes de alunos/atletas que representam a equipe de natação UFERSA em competições (UFERSA, 2018).
Figura 6 – Localização da piscina semiolímpica da UFERSA, campus Mossoró
Fonte: UFERSA (2014).
A piscina apresenta 16 metros de largura, 25 metros de comprimento e uma profundidade de 1,5 m, cuja vista geral é mostrada na Figura 7.
Figura 7 – Vista da piscina da UFERSA, campus Mossoró
Fonte: Dados da pesquisa (06/08/2018).
Com base em informações fornecidas pelo operador da piscina da UFERSA entre abril e agosto/2018, observou-se que o tratamento da água envolve etapas de: verificação e, se necessário, ajuste do pH; aplicação de cloro granulado estabilizado (marca Genco®); aplicação de clarificante (‘Clarifica Maxfloc’ da marca HTH) ou sulfato de alumínio (marca Hidroazul®); após 24 horas da aplicação de clarificante ou de sulfato de alumínio, filtragem diretamente (caso seja utilizado clarificante) ou aspiração do material sedimentado e filtragem; e verificação do pH.
Em seu estudo, Moura (2017) observou uma geração de água residuária proveniente da aspiração do fundo da piscina, equivalente a 2,3 m3.dia-1. A autora levou em conta a execução de uma operação semanal envolvendo uso de coagulante e posterior aspiração e descarte do material sedimentado no fundo da piscina, sendo estimada uma geração de água descartada de 17.612 L por operação de aspiração, representando 70.448 L.mês-1 (17.612 L x 4 semanas.mês -1). Após a ocorrência da coagulação, floculação e sedimentação, o material sedimentado no fundo da piscina é aspirado (Figura 8a) e drenado diretamente para o encanamento de saída, apresentado na Figura 8b (MOURA, 2017).
Figura 8 – Operação de aspiração do material sedimentado (a) e encanamento de saída da água aspirada na piscina da UFERSA, campus Mossoró
Fonte: Dados da pesquisa (06/08/2018).
Na Figura 9 é exibido o sistema de filtração da piscina, localizado na casa de bombas. O sistema de filtração da piscina é composto por uma associação de filtros de areia e bombas da marca Jacuzzi®. As bombas são do modelo 15B-T, com potência de 1.1/2 CV, sendo uma da série 47L e a outra da série 50L.
Figura 9 – Filtros (a) e associação de bombas (b) do sistema de filtração da piscina da UFERSA, campus Mossoró: dois filtros componentes do sistema
Fonte: Dados da pesquisa (30/07/2018).
4.2 Etapas da pesquisa
4.2.1 Tipo, obtenção e caracterização da amostra de água residuária gerada no tratamento de água de piscina (ARTP)
Na amostra de água residuária gerada no tratamento de água da piscina (ARTP) da UFERSA se referiu à água de lavagem dos filtros (ALAF) desta piscina. A amostra foi do tipo composta com 4 alíquotas coletadas em intervalos de um minuto e meio entre elas, considerando o período de lavagem dos filtros da piscina (Tabela 7). De acordo com Moura (2017), a vazão das bombas da piscina em questão, é de aproximadamente 2 L.s-1.
Tabela 7 - Esquema da coleta de amostra composta da água de lavagem dos filtros (ALAF) da piscina da UFERSA, campus Mossoró
N° da alíquota Tempo a partir do início da
lavagem dos filtros (min) Volume da alíquota (L)
1 0,0 25
2 1,5 25
3 3,0 25
4 4,5 25
Volume total (L) 100
Fonte: Dados da pesquisa (2018).
Com base na Figura 10, tem-se que, no momento da coleta os registros (1), (2), (3), (4) encontravam-se abertos, permitindo a passagem da água pelo sistema de filtração, que era coletada na tomada d’água (5). O registro (6) que controla a passagem da água com destino ao descarte, também estava aberto.
Durante o período de obtenção da amostra da ALAF, para cada alíquota foram realizadas medições “in loco” de temperatura, pH e cloro residual (Quadro 2). Foram coletadas amostras de cada alíquota para análises de coliformes totais e E. coli.
Executada a coleta, a amostra foi transportada para o Laboratório de Engenharia e Ciência Ambiental (LECA) da UFERSA-Mossoró e armazenada em uma bombona com capacidade de 200 L, para os ensaios de tratabilidade. Para a amostra composta foram realizadas análises de ovos de helmintos, temperatura, pH, cloro residual livre, condutividade específica, sólidos dissolvidos totais, turbidez, alcalinidade, sólidos sedimentáveis, sólidos totais, sólidos em suspensão totais, fósforo total, demanda química de oxigênio, demanda bioquímica de oxigênio, sódio, cálcio, magnésio, razão de adsorção de sódio, alumínio, cobre, ferro, zinco e
manganês. No Quadro 2, tem-se a indicação dos métodos analíticos utilizados.
Figura 10 – Sistema de filtração da piscina da UFERSA, com indicações
Fonte: Dados da pesquisa (30/07/2018).
Quadro 2 - Métodos analíticos utilizados para caracterização da água descartada durante o período de lavagem dos filtros da piscina da UFERSA, campus Mossoró
Parâmetro Unidade Método analítico
Temperatura °C Eletrodo digital
Potencial hidrogeniônico (pH) - Eletrométrico1 Condutividade específica (CE) µS.cm-1 Condutivímetro1
Alcalinidade a pH 4,5 Mg CaCO3.L-1 Titulação potenciométrica1
Sódio meq.L-1 Fotometria de chama²
Cálcio
Magnésio meq.L
-1 Método complexométrico pelo EDTA²
Razão de adsorção de sódio (RAS) (mmolc-1)1/2 Calculada²
Cloretos meq.L-1 Método de Mohr²
Sólidos totais (ST)
Sólidos em suspensão totais (SST) mg.L
-1 Gravimétrico1
Sólidos sedimentáveis mL.L-1 Volumétrico: cone Imhoff1 Sólidos dissolvidos totais (SDT) mg.L-1 Calculado²
Fósforo total (PTOTAL) mg.L-1
Ácido ascórbico com digestão preliminar pelo método do persulfato1
Demanda química de oxigênio (DQO) mg.L-1 Refluxo fechado, colorimétrico1 Demanda bioquímica de oxigênio
(DBO) mg.L
-1 DBO de 5 dias1
Turbidez UNT Nefelométrico1
Quadro 2 (cont.) - Métodos analíticos utilizados para caracterização da água descartada durante o período de lavagem dos filtros da piscina da UFERSA, campus Mossoró
Parâmetro Unidade Método analítico
Ovos de helmintos Ovo.L-1 Bailenger modificado3
Coliformes totais
Escherichia coli (E. coli) NMP.l00m L
-1 Tecnologia do substrato definido1 Alumínio total
Cobre total mg.L
-1
Espectrometria de absorção atômica de chama com digestão preliminar com ácido nítrico - ácido perclórico1
Cloro residual livre ppm Comparação visual usando kit
comercial para piscina4 Fonte: Dados da pesquisa (2018).
1De acordo com Clesceri, Greenberg e Eaton (1998). 2Segundo Paganini (2003) e Almeida (2010), SDT
pode ser calculado indiretamente a partir de CE: SDT (mg.L-1) = 640 x CE (dS.m-1). 3Conforme Ayres
e Mara (1996), usando 20 litros de amostra. 4Kit de teste pH e cloro, Marca Genco.
4.2.2 Estudo de tratabilidade
O estudo de tratabilidade da água em questão (ALAF da piscina da UFERSA-Mossoró) foi realizado a partir de ensaios em escala de bancada, utilizando equipamento jarteste para proceder com a mistura de coagulante natural, seguido do uso de proveta para avaliação da clarificação por gravidade.
O procedimento utilizado para execução dos ensaios de tratabilidade em escala de bancada foi (adaptado de SCALIZE, 1997. REALI; PATRIZZI, 1999. DI BERNARDO, 2003. BASTOS; FREITAS; OLIVEIRA, 2005):
- homogeneizou-se a água de lavagem dos filtros (ALAF) armazenada na bombona e transferiu-a para um balde de plástico de 20 L;
- a ALAF foi homogeneizada no balde e coletou-se amostra representativa para caracterização da mesma (temperatura, pH, SST e turbidez);
- mediu-se 2 L da ALAF, utilizando-se béquer e proveta graduada e colocou-se este volume em cada um dos jarros do equipamento jarteste;
- os agitadores do equipamento jarteste foram ligados e acertou-se a rotação de maneira a obter-se o gradiente médio de velocidade da mistura (Gm) previamente definido;
- mediram-se os volumes da solução de coagulante, utilizando pipeta, de modo a obter-se a dosagem definida previamente, colocando os mesmos nos frascos dosadores do equipamento jarteste;
