UNIVERSIDADE DO SUL DE SANTA CATARINA PATRÍCIA MEDEIROS
AVALIAÇÃO DO AGENTE COAGULANTE NA REMOÇÃO DE COR E TURBIDEZ DA ÁGUA BRUTA NA ETA MORRO DOS QUADROS, PALHOÇA, SC.
Palhoça 2015
PATRÍCIA MEDEIROS
AVALIAÇÃO DO AGENTE COAGULANTE NA REMOÇÃO DE COR E TURBIDEZ DA ÁGUA BRUTA NA ETA MORRO DOS QUADROS, PALHOÇA, SC.
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Graduação em Engenharia Ambiental e Sanitária da Universidade do Sul de Santa Catarina, como requisito parcial para obtenção do titulo de Engenheira Ambiental e Sanitarista.
Orientadora: Prof.(a) Rachel Faverzani Magnago, Drª.
Palhoça 2015
Com muito carinho, dedico este trabalho a meu filho, meu esposo e minha família que me apoiaram incondicionalmente.
AGRADECIMENTOS
Primeiramente а Deus pelo milagre da vida.
A esta universidade, seu corpo docente em especial e a coordenação que oportunizaram e instigaram o acesso ao conhecimento.
Ao minha orientadora Rachel Faverzani Magnago pela amizade, exemplo, suporte, correções e incentivos.
Aos colegas de graduação pelas lembranças e desafios propostos, que tornaram ainda mais instigante essa caminhada.
A CASAN que abriu suas portas e permitiu a construção prática do conhecimento.
Aos colegas de trabalho que além da amizade em muito contribuíram, sem medir esforços, para construção desse trabalho.
Aos meus pais e família, pelo amor e pelo incentivo.
Ao meu esposo, Léo, meu amor, pessoa que escolhi para dividir sonhos comigo e que me impulsionou a realizar mais um dos muitos sonhos que temos.
Ao meu filho, que cresceu junto com o curso e por vezes foi privado da minha presença, e que mesmo tão pequeno, foi em muitos momentos a força pra seguir em frente.
E a todos, que de alguma forma contribuíram para esse momento.
“Todos apreciam e até disputam as sombras das árvores, mas poucos são aqueles que as cultivam.”
RESUMO
O desafio da produção de água de boa qualidade é cada vez mais complexo. Além disso, a demanda de água é cada vez maior. Buscando atender a demanda e os padrões de qualidade estabelecidos pela Portaria 2914 do Ministério de Saúde, a estação de tratamento de água (ETA) Morro dos Quadros está em obras para incorporação de um conjunto de floco-decantador, tornando o tratamento de ciclo completo. O processo de coagulação empregado na remoção de compostos que promovem cor e turbidez, é feita a partir da aplicação de produtos químicos com intuito de precipitá-los facilitando a remoção. Atualmente a coagulação da água bruta é realizada com sulfato de alumínio. O principal objetivo do trabalho foi avaliar o processo de coagulação utilizando sulfato de alumínio e policloreto de alumínio a partir de ensaio jar test na remoção de cor e turbidez da água bruta da ETA Morro dos Quadros, em Palhoça, SC. As cinco amostras de água bruta foram coletadas no tanque que contém as águas brutas misturadas (Água Pilões e Água Cubatão), durante o mês de maio de 2015. Os flocos formados com o coagulante policloreto de alumínio foram visivelmente maiores que do coagulante sulfato de alumínio, promovendo maior remoção da turbidez e cor em todos os experimentos realizados e mantendo o pH dentro do exigido pela portaria. O estudo demonstrou que a implantação do floco decantador na ETA Morro dos Quadros alcançará melhores resultados para remoção dos parâmetros cor e turbidez da água bruta.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1: Mapa das Regiões Hidrográficas Brasileiras. ... 25
Figura 2: Mapa da Região Hidrográfica do Atlântico Sul, estado de Santa Catarina e a relação disponibilidade/demanda. ... 26
Figura 3:Localização da bacia hidrográfica Rio Cubatão do Sul. ... 27
Figura 4: Manancial Superficial Rio Vargem do Braço. ... 32
Figura 5: Esquema de um tratamento de água convencional ... 35
Figura 6: Esquema de um decantador com as quatro zonas do processo. ... 38
Figura 7: Esquema do filtro rápido. ... 38
Figura 8: Tamanho do Floculo (TF) em função do pH, onde “o” representa o PAC e o “x” representa o sulfato de alumínio ... 45
Figura 9: Tempo de decantação em minutos, em função do pH. ... 45
Figura 10: pH e alcalinidade depois da adição de PAC e Sulfato de Alumínio ... 46
Figura 11: Turbidez residual (TR) em função do pH ... 47
Figura 12: Mapa do sistema integrado de distribuição. ... 47
Figura 13: Captação do rio Vargem do Braço. ... 49
Figura 14: Canal que interliga o rio Cubatão do Sul as bombas de recalque da ETA ... 49
Figura 15: Tubulação de água por gravidade captação rio Vargem do Braço. ... 50
Figura 16: Bombas de recalque da água do rio Cubatão. ... 51
Figura 17: Chegada de água bruta de Pilões (à esquerda) e Cubatão (à direita) na ETA Morro dos Quadros. ... 51
Figura 18: Esquema de tratamento com filtração rápida ascendente. ... 52
Figura 19: Esquema de tratamento com ciclo completo. ... 53
Figura 20: Equipamento de jar-test. ... 54
Figura 21: Teste 5 - água bruta. ... 80
Figura 22: Teste 5 - Água decantada Sulfato de alumínio ... 81
Figura 23: Teste 5 – Água decantada PAC. ... 83
Quadro 1: Principais parâmetros de qualidade da água...21
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1: Teste 1, valores de turbidez remanescente após aplicação dos coagulantes, sulfato de alumínio e PAC. ... 59 Gráfico 2: Teste 1, valores de cor remanescente após aplicação dos coagulantes, sulfato de alumínio e PAC. ... 60 Gráfico 3: Teste 1, valores de pH após aplicação dos coagulantes, sulfato de alumínio e PAC. ... 62 Gráfico 4: Teste 2, valores de turbidez remanescente após aplicação dos coagulantes, sulfato de alumínio e PAC. ... 65 Gráfico 5: Teste 2, valores de cor remanescente após aplicação dos coagulantes, sulfato de alumínio e PAC. ... 66 Gráfico 6: Teste 2, valores de pH após aplicação dos coagulantes, sulfato de alumínio e PAC. ... 67 Gráfico 7: Teste 3, valores de turbidez remanescente após aplicação dos coagulantes, sulfato de alumínio e PAC. ... 71 Gráfico 8: Teste 3, valores de cor remanescente após aplicação dos coagulantes, sulfato de alumínio e PAC. ... 72 Gráfico 9: Teste 3, valores de pH após aplicação dos coagulantes, sulfato de alumínio e PAC. ... 73 Gráfico 10: Teste 4, valores de turbidez remanescente após aplicação dos coagulantes, sulfato de alumínio e PAC. ... 76 Gráfico 11: Teste 4, valores de cor remanescente após aplicação dos coagulantes, sulfato de alumínio e PAC. ... 78 Gráfico 12: Teste 4, valores de pH após aplicação dos coagulantes, sulfato de alumínio e PAC. ... 79 Gráfico 13: Teste 5, valores de turbidez remanescente após aplicação dos coagulantes, sulfato de alumínio e PAC. ... 84 Gráfico 14: Teste 5, valores de cor remanescente após aplicação dos coagulantes, sulfato de alumínio e PAC. ... 85 Gráfico 15: Teste 5, valores de pH após aplicação dos coagulantes, sulfato de alumínio e PAC. ... 86
Gráfico 16: Comparação de eficiência de remoção da turbidez e cor usando dois coagulantes nos cinco testes. ... 88
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Dosagem de coagulante estimada em função da turbidez. ... 41 Tabela 2: Dosagem do coagulante sulfato de alumínio em ppm e consumo de alcalinidade. ... 42 Tabela 3: Teste 1, condições e resultados encontrados no Jar Test para avaliação da melhor dosagem para remoção de cor e turbidez usando o coagulante sulfato de alumínio. ... 57 Tabela 4: Teste 1, condições e resultados encontrados no Jar Test para avaliação da melhor dosagem para remoção de cor e turbidez usando o coagulante PAC... 58 Tabela 5: Teste 2, condições e resultados encontrados no Jar Test para avaliação da melhor dosagem para remoção de cor e turbidez com o coagulante Sulfato de alumínio. ... 63 Tabela 6: Teste 2, Condições e resultados encontrados no Jar Test para avaliação da melhor dosagem para remoção de cor e turbidez com o coagulante PAC. ... 64 Tabela 7: Teste 3, condições e resultados encontrados no Jar Test para avaliação da melhor dosagem para remoção de cor e turbidez para o coagulante Sulfato de alumínio. ... 69 Tabela 8: Teste 3, condições e resultados encontrados no Jar Test para avaliação da melhor dosagem para remoção de cor e turbidez para o coagulante PAC. ... 70 Tabela 9: Teste 4, condições e resultados encontrados no Jar Test para avaliação da melhor dosagem para remoção de cor e turbidez para o coagulante Sulfato de alumínio. ... 74 Tabela 10: Teste 4, condições e resultados encontrados no Jar Test para avaliação da melhor dosagem para remoção de cor e turbidez com o coagulante PAC. ... 75 Tabela 11: Teste 5, condições e resultados encontrados no Jar Test para avaliação da melhor dosagem para remoção de cor e turbidez para o coagulante sulfato de alumínio. ... 81 Tabela 12: Teste 5, condições e resultados encontrados no Jar Test para avaliação da melhor dosagem para remoção de cor e turbidez para o coagulante PAC. ... 82 Tabela 13: Estimativa de quantidade e custo ... 90 Tabela 14: Consumo estimado de sulfato de alumínio em tonelada e custo (R$). .... 91
Tabela 15: Consumo real de sulfato de alumínio e geocalcio de abril de 2014 a abril 2015. ... 91 Tabela 16: Consumo estimado de geocalcio para a dosagem sulfato de alumínio. .. 92 Tabela 17: Comparação de custos entre os coagulantes. (mais uma coluna para os testes) ... 92
LISTA DE ABREVIATURAS
ABES – Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental. a.C – Antes de Cristo
Art. – artigo Al– alumínio
ANA – Agencia Nacional das Águas
BHRCS – Bacia Hidrográfica do Rio Cubatão do Sul BSB – Brasília/DF
CASAN – Companhia Catarinense de Água e Saneamento ETA – Estação de Tratamento de Água
ETE – Estação de Tratamento de Esgoto G – gradiente de mistura
L/s – litros por segundo
M.c.a – metros de coluna de água MS – Ministério da Saúde
NBr – Norma brasileira Regulamentadora OD – Oxigenio Dissolvido
ONU – Organização das Nações Unidas p. – página
PAC – Policloreto de alumínio pH – potencial Hidrogeniônico RH – Região Hidrográfica
SAA – Sistema de Abastecimento de Água SC – Santa Catarina
SNIS – Sistema Nacional de Informações sobre Saneamento
SNGRH – Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos uH – Unidade de Hazen
uT – Unidade de turbidez
SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ... 16 1.1 JUSTIFICATIVA ... 17 1.2 OBJETIVOS... 18 1.2.1 Objetivo Geral ... 18 1.2.2 Objetivos Específicos ... 19 2. REVISÕES BIBLIOGRÁFICAS ... 20 2.1 A ÁGUA ... 20
2.1.2 Características da água para abastecimento ... 20
2.1.3 Disponibilidade hídrica ... 24
2.1.4 Usos da água ... 28
2.2 QUALIDADE DA ÁGUA ... 29
2.3 TRATAMENTOS DE ÁGUA ... 30
2.4 SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA (SAAS) ... 31
2.4.1 Manancial ... 32
2.4.2 Captação ... 33
2.4.3 Adução ... 34
2.4.4 Tratamentos ... 34
2.6 ENSAIO DE JAR TEST ... 41
2.6.1. Sulfato de alumínio ... 43
2.6.2 Policloreto de alumínio ... 44
2.5 CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA EM ESTUDO ... 47
METODOLOGIA ... ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO. RESULTADOS E DISCUSSÕES ... 56
4.1 TESTE 1 – COMPARAÇÃO DOS COAGULANTES ... 57
4.2 TESTE 2 – COMPARAÇÃO DOS COAGULANTES ... 63
4.3 TESTE 3 – COMPARAÇÃO DOS COAGULANTES ... 69
4.4 TESTE 4 – COMPARAÇÃO DOS COAGULANTES ... 74
4.5 TESTE 5 – COMPARAÇÃO DOS COAGULANTES ... 80
4.6 COMPARAÇÃO DE CUSTOS ... 89
CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 93
1. INTRODUÇÃO
O aumento da população e suas atividades impactam o meio ambiente e refletem diretamente na quantidade e na qualidade da água disponível para o consumo. O desafio da produção de água de boa qualidade é cada vez mais complexo e a demanda de água cada vez maior.
Além da utilização da água para o consumo humano, a água é empregada em vários setores, entre os quais alguns são mais impactantes a qualidade da água. Por exemplo, a demanda maior por alimentos intensifica a agricultura, que emprega agrotóxicos, que acabam sendo lixiviados para os corpos d’água. As indústrias utilizam água em seus processos e geram efluentes que nem sempre são tratados corretamente impactando os corpos hídricos. Esses são alguns exemplos de atividades que impactam a qualidade da água, diretamente relacionadas ao aumento da população.
A região da grande Florianópolis também está inserida nessa problemática. As águas que abastecem a região provêm do rio Cubatão e o Rio Vargem do Braço, conhecido como Pilões; ambos localizados na bacia hidrográfica Rio Cubatão Sul.
A atividade econômica da bacia é diversificada havendo presença da agricultura, indústrias e extração mineral de areia (CASAN, 2013). Há ainda que se considerar a ausência de estrutura para coleta e tratamento de esgotos domésticos em grande parte das casas localizadas na bacia, refletindo inevitavelmente na qualidade das águas.
O tratamento atual de água realizado pela Companhia Catarinense de Água e Esgoto (CASAN) é dotado de filtros russos de fluxo ascendente. No entanto, buscando atender o aumento de demanda e tornar o tratamento de ciclo completo, a estação de tratamento de água (ETA) Morro dos Quadros está em obras de ampliação do seu sistema de tratamento, sendo que será incorporado o floco-decantador.
O processo de coagulação empregado na remoção de compostos que promovem cor e turbidez, é feita a partir da aplicação de produtos químicos com intuito de precipitá-los facilitando a remoção.
O coagulante empregado no tratamento atualmente é o sulfato de alumínio. A companhia emprega o policloreto de alumínio em outras estações de tratamento que
possuem o floco-decantador, que apesar de ser mais oneroso, é de simples aplicação não necessitando em muitos casos o uso de alcalinizante para correção do pH.
Neste contexto, o trabalho testou e comparou a eficiência dos coagulantes, sulfato de alumínio e policloreto de alumínio na remoção de cor e turbidez. Para isso, foi utilizado o método de reprodução em laboratório, jar test. As quantidades de coagulante necessárias que propiciam eficácia no processo de coagulação também foram investigadas.
1.1 JUSTIFICATIVA
As águas provenientes de Pilões transportadas por gravidade até a Estação de Tratamento possuem padrões de cor elevada atribuída à matéria orgânica. Alguns afluentes do rio Cubatão do Sul, como o Rio Matias e o Rio Caldas possuem cor e turbidez naturalmente elevados (CASAN, 2013). Somando-se as condições naturais à extração de areia e outras interferências antrópicas a água que chega a ETA por sistema de recalque, necessita alterações de suas características para só então ser fornecida a população.
A água pode conter uma variedade de impurezas, destacando-se partículas coloidais, matéria orgânica dissolvida e organismos em geral, as quais apresentam carga superficial negativa, impedindo que as mesmas aproximem-se uma das outras e permaneçam no meio líquido se suas características não forem alteradas (DI BERNARDO et al., 2011).
Para alteração dessas características rotineiramente são adotados processos de coagulação. Di Bernardo et al. (2011) afirma que a coagulação constitui o processo mais importante para a produção de água filtrada com qualidade satisfatória para consumo humano.
O simples aumento da dosagem de coagulante reconhecidamente não é suficiente para melhorar o processo de coagulação e, consequentemente, garantir água tratada de melhor qualidade (SCALIZE, 2012). De acordo com Heller e Pádua (2006), citados por Scalize (2012) a sobredosagem de coagulantes pode conduzir à reversão da carga superficial das impurezas que se pretende remover da água,
Por esse motivo a identificação da melhor dosagem de coagulante se faz necessária.
O tratamento atual é composto por processos de clarificação, desinfecção, fluoretação e correção do pH final.
As obras em execução na ETA ampliarão a capacidade de tratamento dos atuais 2000l/s passará 3000 l/s, representando um aumento de 50% de produção de água tratada. A melhoria da qualidade da água poderá ser estimada após o inicio das operações e a comparação dos resultados.
O agente coagulante empregado atualmente é o sulfato de alumínio. O teste empregando o policloreto de alumínio (PAC) nas atuais instalações foi realizado, mas resultou em colmatação dos filtros. A causa mais provável para explicar a sobrecarga dos filtros foi a ausência de decantador no processo. Com os floco-decantadores em construção pode-se considerar novamente o uso do PAC, para tanto há necessidade de avaliar a viabilidade da aplicação do PAC, bem como comparar entre os dois coagulantes qual resultará uma dosagem menor e uma eficácia na remoção de cor e turbidez remanescentes.
O policloreto de alumínio (PAC) foi escolhido para comparação, pois é amplamente empregado em outras estações de tratamento da CASAN, apresentando eficiência. A ficha de informações sobre PAC da empresa HIDROALL indica o que o policloreto de alumínio tem forte poder de coagulação se comparado ao sulfato de alumínio. Além disso, é de fácil estocagem e praticamente não altera o pH da água, descartando a necessidade de sua correção posterior.
1.2 OBJETIVOS
1.2.1 Objetivo Geral
Avaliar o processo de coagulação na remoção de cor e turbidez para aplicação em águas que abastecem a ETA Morro dos Quadros, em Palhoça, SC.
1.2.2 Objetivos Específicos
Realizar ensaio jar test com dois coagulantes, sulfato de alumínio e policloreto de alumínio (PAC);
Avaliar o coagulante mais eficaz na remoção de cor e turbidez para as características das águas que abastecem a ETA Morro dos Quadros; Avaliar a viabilidade econômica da aplicação do coagulante
Buscando afirmar a importância do estudo proposto, realizou-se uma pesquisa em livros, artigos, periódicos, sites e documentos da CASAN, com o intuito de reunir conhecimentos de autores que contribuem de alguma forma com o assunto.
2.1 A ÁGUA
Para Di Bernardo et al. (2011, p. 1) e Russel (1994), “a molécula da água é composta por dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio”... “As ligações de hidrogênio são responsáveis pelas principais propriedades da água como: massa específica, viscosidade, tensão superficial e polaridade.”
Brasil (2015) define:
A água é um recurso natural essencial para a sobrevivência de todas as espécies que habitam a Terra. No organismo humano a água atua, entre outras funções, como veículo para a troca de substâncias e para a manutenção da temperatura, representando cerca de 70% de sua massa corporal. Além disso, é considerada solvente universal e é uma das poucas substâncias que encontramos nos três estados físicos: gasoso, líquido e sólido.
“Devido as suas propriedades de solvente e à sua capacidade de transportar partículas, a água incorpora a si diversas impurezas, as quais definem a qualidade da água” (VON SPERLING, 2005, p.15).
2.1.2 Características da água para abastecimento
Di Bernardo et al. (2011, p.4) enfatiza que “é desejável um profundo conhecimento das características da água bruta tanto para a seleção da tecnologia de tratamento quanto para operação de uma ETA”.
As características da qualidade de qualidade de água podem ser monitoradas por vários parâmetros que incluem: temperatura, potencial hidrogeniônico (pH),
turbidez, cor, condutividade, sólidos dissolvidos e em suspensão, teor de oxigênio dissolvido entre outros como ilustra o quadro 1.
Quadro 1: Principais parâmetros de qualidade da água. Qualidade da água Características físicas e
organolépticas
Turbidez Cor
Temperatura, sabor e odor Condutividade elétrica Sólidos suspensos totais Carbono orgânico total (COT)
Características químicas pH, alcalinidade e dureza Ferro e manganês Cloreto e fluoreto Oxigênio dissolvido Demanda bioquímica de oxigênio (DBO) e demanda química de oxigênio (DQO) Nitrato e amônia Agroquímicos, fármacos, quimiocerapicos e disruptores endócrinos
Características biológicas Bactérias (Coliformes, Escherichia coli e bactérias beterotróficas) Vírus (enterovírus) Protozoários (Giardia e chryptosporidium) e helmintos Algas e cianobactérias Fonte: Adaptado de Nogueira et al (2014).
água, pois substâncias orgânicas e inorgânicas que oferecem risco a saúde podem estar aderidas as partículas em suspensão (NOGUEIRA et al., 2014). Para Von Sperling (2005, p.28) “a turbidez representa o grau de interferência com a passagem da luz através da água, conferindo-lhe uma aparência turva.” Pode ser de origem natural ou antropogênica.
“A cor presente em águas naturais se deve a decomposição de animais e plantas ou a presença de ferro” (DI BERNARDO et al., 2011, p.8). Confere aparência amarelada a água. Nogueira et al. (2014) esclarece que a determinação do parâmetro cor é importante “por razões estéticas e também se houver cloração, pois ácidos orgânicos que conferem cor a água são precursores de trialometanos e de outros compostos orgânicos halogenados de eventual potencial carcinogênico”.
Temperatura, sabor e odor são características organolépticas. Di Bernardo et al. (2011) ressalta que é importante conhecer a variação de temperatura na água a ser tratada pois:
a temperatura influi nas reações de hidrólise do coagulante, na eficiência da desinfecção, na solubilidade dos gases, na sensação de sabor e odor e, em especial, no desempenho das unidades de mistura rápida, floculação, decantação, flotação e filtração.
A condutividade elétrica é a capacidade da água em conduzir corrente elétrica devido aos minerais nela presentes. Assim é uma medida indireta dos sólidos dissolvidos totais (STD) (NOGUEIRA et al., 2014). Di Bernardo et al. (2011) salienta que valores elevados de STD, aumentam a solubilidade dos precipitados de alumínio e de ferro, o que influi na cinética da coagulação. Discorre também que afeta inclusive a formação e precipitação de carbonato de cálcio, favorecendo a corrosão.
As características químicas da água influenciam na escolha da tecnologia de tratamento e materiais construtivos de um tratamento de água. Permitem avaliar também o grau de poluição de uma fonte de água (NOGUEIRA et al., 2014).
Di Bernardo et al. (2011) corrobora com Nogueira et al. (2014) e definem que a alcalinidade da água pode ser entendida como a capacidade da água em minimizar as alterações do pH, sendo importante na coagulação para evitar a diminuição significativa do pH após a adição do coagulante com sais de alumínio, comumente empregados no Brasil, que atuam como ácido em solução. O pH indica
a concentração de íons de hidrogênio e influencia na solubilidade e na toxicidade de vários compostos.
A dureza revela, de acordo com Nogueira et al. (2014) a concentração de cátions multivalentes em solução, principalmente cálcio e magnésio; quando elevada pode causar incrustação a altas temperaturas e consumo de sabões e detergentes.
Ferro e manganês são encontrados na forma insolúvel (Fe+3 e Mn+4) e dissolvida (Fe+2 e Mn+2). Quando, na rede de distribuição de água potável, o ferro é oxidado para a forma insolúvel confere cor e sabor a água e, também, pode produzir manchas em roupas e aparelhos sanitários (NOGUEIRA et al., 2014).
Cloreto e fluoreto em excesso conferem sabor à água, podendo favorecer a rejeição da água por parte da população e o desenvolvimento de fluorose. Di Bernardo et al. (2011) alerta que valores elevados de cloretos também podem interferir na coagulação.
Di Bernardo et al. (2011) define que
DBO5 é a medida da quantidade de oxigênio dissolvido utilizado pelos
microrganismos na estabilização da matéria orgânica biodegradável, sob condições aeróbicas, em 5 dias a 20 °C, enquanto a DQO é a medida que quantifica a matéria orgânica biodegradável, além das substâncias orgânicas e inorgânicas oxidadas quimicamente.
Oxigênio dissolvido é essencial à vida aquática. Oxigênio dissolvido é diretamente proporcional à pressão atmosférica e inversamente proporcional à pressão atmosférica e inversamente proporcional à temperatura e à salinidade.
As principais substâncias orgânicas denominadas disruptores endócrinos ou perturbadores endócrinos incluem algumas substâncias sintéticas (alquilfenóis, praguicidas, ftalatos, policlorados de bifenila, bisfenol, etc.) medicamentos farmacêuticos e alguns estrogênios naturais e fitoestrogênios tem sido encontrados em efluentes de ETEs (estações de tratamento de esgotos), lançados em cursos de água usados como fontes de abastecimento, tornaram-se preocupação dos órgãos responsáveis pela qualidade da água de consumo humano, que incentivam a sua determinação nos mananciais (DI BERNARDO et al, 2011).
As características biológicas se apresentam pela presença de seres vivos. As doenças de veiculação hídrica, causadas por bactérias, vírus, protozoários, helmintos e outros micro-organismos patogênicos são os problemas de saúde públicas mais comuns dos países em desenvolvimento (BRASIL, 2014).
As bactérias constituem-se nos mais numerosos seres distribuídos na natureza, sendo os micro-organismos mais amplamente difundidos na água. Conhecidas devido ao caráter patogênico de várias espécies que ocasionam doenças no homem, nos animais e nos vegetais. São os principais agentes das doenças de veiculação hídrica. Os principais micro-organismos presentes na água contaminada são Salmonella spp., Shigella spp., Escherichia coli e Vibrio cholerae, e são responsáveis pelos numerosos casos de enterites, diarreias infantis e doenças epidêmicas – como a febre tifoide –que constituem grave risco para a saúde humana (BRASIL, 2014).
Os vírus patogênicos de maior relevância na água de abastecimento pertencem aos gêneros enterovírus, rotavírus e adenovírus (DI BERNARDO et al., 2011).
Outro tipo de contaminação relacionado com a água refere-se à presença de protozoários e helmintos causadores de infecções parasitárias no homem. Dentre as infecções causadas por protozoários podem ser citadas a amebíase (Entamoeba
hystolitica), giardíase (Giardia lamblia) e a balantidíase (Balatindium coli) (BRASIL,
2014).
2.1.3 Disponibilidade hídrica
O volume de água existente na terra é praticamente constante, sendo aproximadamente de 1332 Km3, mas está em contínuo movimento graças à ação do calor do sol e da força da gravidade (Di Bernardo, 2011).
A água é considerada um bem renovável, pois possui um ciclo no qual a substância perpassa pelos estados sólidos, líquido e gasoso. Quando evaporadas as águas de rios, oceanos, mares e lagos essas se adensam formando as nuvens até precipitarem em forma de chuva. Ao entrar em contato com o solo, parte da água da chuva infiltra, abastecendo os lençóis freáticos e parte tem como destino novamente rios, lagos, mares e oceanos reiniciando novamente o ciclo (CONSOLI et al.,2006 apud MARQUEZI, 2010).
De acordo com SETTI et al. (2001), citado por Rodrigues et al. (2013):
Do total de água existente no planeta, 97,5% representa água salgada e apenas 2,5% doce. Da água doce disponível, 68,7% encontra-se em áreas congeladas e regiões polares, 29,9% em reservatórios subterrâneos e 0,9% estão presentes na umidade do solo, na biomassa e no vapor da atmosfera.
Apenas 0,3% aproximadamente do volume total de água doce da terra são de águas superficiais, presentes em rios e lagos, mais acessíveis ao uso humano.
Dados do painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC), citado por Exterckoter (2014) sugerem que nas próximas décadas deve aumentar a frequência de eventos extremos de temperatura, de precipitação, de seca e de enchentes, que poderão influenciar negativamente na disponibilidade de água para os diversos usos.
De acordo com a Agência Nacional das Águas (2013):
O Brasil apresenta uma situação confortável, em termos globais, quanto aos recursos hídricos. A disponibilidade hídrica per capita, determinada a partir de valores totalizados para o País, indica uma situação satisfatória, quando comparada aos valores dos demais países informados pela Organização das Nações Unidas (ONU). Entretanto, apesar desse aparente conforto, existe uma distribuição espacial desigual dos recursos hídricos no território brasileiro. Cerca de 80% de sua disponibilidade hídrica estão concentrados na região hidrográfica Amazônica, onde se encontra o menor contingente populacional e valores reduzidos de demandas consuntivas.
A partir do mapa da figura 1, definido na Resolução n.32 do Conselho Nacional de Recursos Hídricos, de 15 de outubro de 2003, é possível observar que grande parte do território de Santa Catarina está inserido em duas regiões hidrográficas brasileiras, a Região Hidrográfica do Uruguai e a Região Hidrográfica do Atlântico Sul.
Fonte: ANA (2007)
A Agência Nacional das Águas (BRASIL, 2013), baseada em dados meteorológicos, sintetiza que nas regiões Atlântico Sul e Uruguai (figura 1) as chuvas são bem distribuídas durante o ano.
A figura 2 representa o trecho da Região hidrográfica do atlântico Sul, compreendida no estado de Santa Catarina.
Figura 2: Mapa da Região Hidrográfica do Atlântico Sul, estado de Santa Catarina e a relação disponibilidade/demanda.
Fonte: ANA, 2007.
É possível observar também na figura 2, a relação demanda/disponibilidade, que no estado de Santa Catarina está na faixa de excelente a confortável, com apenas um trecho do afluente do rio Blumenau em situação preocupante.
De acordo com a classificação atual de bacias hidrográficas catarinenses (SANTA CATARINA, 1998 apud ZECHNER, 2012 et al.), a Bacia Hidrográfica do Rio Cubatão do Sul (BHRCS) está inserida na Região Hidrográfica Estadual 8 - Litoral Centro, totalmente localizada na Região Hidrográfica Brasileira do Atlântico Sul.
Pereira e Kobiyama (2013) em seus estudos monitoraram as estações localizadas na bacia hidrográfica do Rio Cubatão do Sul e no seu entorno conforme delimitado na figura 3.
Fonte: Pereira; Kobiyama (2013).
Os estudos de Pereira e Kobiyama (2013) constataram que ocorre uma similaridade entre as médias pluviométricas das estações pluviométricas, caracterizando a regularidade da precipitação no decorrer do ano.
2.1.4 Usos da água
Conforme os usos a que se destinam, as águas podem ser classificadas em usos consuntivos e usos não consuntivos. Ferrante et al. (2007) esclarece que nos usos consuntivos, apenas parte da água captada retorna ao curso d’água ou não retorna, e nos usos não consuntivos, não há captação como exemplo cita-se a navegação.
Ferrante et al. (2007) exemplifica:
Nos usos consuntivos estão: o abastecimento humano, a dessedentação, o abastecimento industrial e a irrigação; e entre os usos não consuntivos estão a geração de energia, a navegação, a pesca, a recreação e a diluição, assimilação e o transporte de resíduos líquidos.
De acordo com Tucci (2006 apud Souza et al. 2014), no Brasil, os usos consuntivos da água se distribuem em irrigação (63%), abastecimento humano (18%), setor industrial (14%) e uso animal (5%).
O alto consumo de água na irrigação leva ao desperdício e à contaminação, tanto das águas superficiais quanto subterrâneas. O consumo de água nas indústrias varia muito com os procedimentos envolvidos em seus processos. Souza et al.(2014) reafirma que, “como todo uso consuntivo, uso industrial é um dos principais fatores de poluição hídrica. A água resultante do uso industrial pode carregar resíduos tóxicos, como metais pesados e restos de materiais em decomposição.”
Dados da Organização das Nações Unidas (ONU) (2008 apud SCHLINDWEIN; EXTERCKOTER, 2014), apontam:
O crescimento da população mundial nos próximos 25 anos requererá 17% de aumento da disponibilidade de água para irrigação e 70% para abastecimento urbano. Estes aumentos, associados aos demais usos, deverão representar um acréscimo de 40% na demanda total de água.
Mello et al. (2008 apud SCHLINDWEIN; EXTERCKOTER, 2014) afirmam:
A tendência de se acentuar o conflito entre o uso da água para a agricultura e o abastecimento humano em algumas regiões brasileiras continua presente, podendo até se acentuarem, principalmente se os efeitos projetados das mudanças climáticas se confirmarem.
2.2 QUALIDADE DA ÁGUA
A qualidade das águas está ligada ao ciclo hidrológico e as condições naturais e antrópicas encontradas em seu percurso (regime hidrológico, desmatamento, agricultura, esgoto, etc). Desde o momento que ocorre a precipitação até a evaporação que acaba por formar as nuvens novamente, fechando o ciclo, a qualidade da água vai se alterando de acordo com a substâncias com que entra em contato.
Diante da dependência humana pela água as populações começaram a se organizar no entorno de rios. No início “era considerada apenas a quantidade de
posteriormente, a diluição de dejetos”. (PÁDUA, 2009)
A qualidade dos recursos hídricos mundiais está sob ameaça crescente a medida que aumentam as populações humanas e se expandem as atividades industriais e agrícolas, em um cenário em que as mudanças climáticas poderão provocar grandes alterações no ciclo hidrológico.(BRASIL,2011)
Diversas atividades humanas como, a agricultura, a indústria, a mineração, o descarte de resíduos humanos, o crescimento demográfico, a urbanização tem impacto sobre a qualidade da água. Então, a mesma água essencial à vida, quando apresenta alterações em sua qualidade, pode estar atrelada a doenças, atingindo primeiramente a população mais frágil como idosos e crianças.
No Brasil, a Portaria 2914 do Ministério da Saúde publicada em dezembro de 2011 dispõe sobre os procedimentos de controle e de vigilância da qualidade da água para consumo humano e seu padrão de potabilidade. Esta portaria se aplica à água destinada ao consumo humano proveniente de sistema e solução alternativa de abastecimento de água (Portaria 2914, Art. 2º). Por esse motivo, é instrumento norteador para verificação de parâmetros da qualidade da água por companhias de tratamento de água e órgãos fiscalizadores. A legislação define também a quantidade mínima, a frequência em que as amostras de água devem ser coletadas e os limites permitidos.
2.3 TRATAMENTOS DE ÁGUA
“A industrialização e o aumento populacional dos centros urbanos têm intensificado a contaminação dos mananciais, tornando indispensável e criterioso o tratamento da água destinada ao consumo humano.” (DI BERNARDO, 2008; apud DRUMOND, 2013)
Historicamente, água pura era aquela limpa, clara, de bom sabor e sem odor. Sentindo mudanças na qualidade da água nasce a necessidade de seu tratamento. Pádua, 2009 descreve que por volta de 4000 anos a.C:
Escritos antigos em sânscrito e grego recomendavam método para tratamento de água. No texto em sânscrito Ousruta Sanghita, é
recomendado que a “água impura deve ser purificada pela fervura em fogo ou aquecida ao sol, ou mergulhada na água uma barra de cobre aquecida, ou purificada pela filtração em areia e pedregulho e posteriormente resfriada.”
Pádua (2009) ressalta que a fervura da água é um procedimento simples e eficaz em pequena escala. Mas com a necessidade de atender demandas de populações maiores surgiram outros métodos de tratamento.
O uso de alumínio para remover sólidos suspensos, por exemplo, parece ter ocorrido pela primeira vez no Egito em 1.500 anos a.C. (BAKER; TARAS, 1981 apud PÁDUA 2009).
Da segunda metade do século XIX à primeira metade do século XX, o tratamento da água teve como objetivo central a clarificação e a remoção de organismos patogênicos, em torno do que foram se desenvolvendo as técnicas de coagulação, floculação, decantação e desinfecção. (PÁDUA, 2009)
O ano de 1829 constitui-se um marco, com a construção, em Londres, da primeira estação de tratamento de água (ETA), que consistia em filtrar com areia a água do rio Tâmisa (LIMA, 2007).
2.4 SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA (SAAS)
Conceito definido na Portaria MS nº. 2914/2011 (apud BRASIL, 2011):
O sistema de abastecimento de água para consumo humano é um conjunto de obras civis, materiais e equipamentos, destinados à produção e à distribuição canalizada de água potável para populações, sob a responsabilidade do poder público, mesmo que administrada em regime de concessão ou permissão.
O objetivo principal do SAA é distribuir ao usuário uma água de boa qualidade e em quantidade adequada, que atenda a todos os padrões de potabilidade estabelecidos na legislação (TSUTIYA, 2006 apud HORSTMANN, 2014).
A Estação de Tratamento de Água (ETA), geralmente é instalada quando a água bruta utilizada para abastecer uma população, é imprópria para o consumo humano. De acordo com Brasil (2014), sua instalação deve ser localizada mais
de uma Estação Elevatória para bombear a água até a entrada da ETA.
Atualmente, as ETAs captam água de diversos tipos de fontes como as subterrâneas e superficiais. Após transportar a água da fonte, a empresa de abastecimento precisa efetuar o tratamento para assegurar sua potabilidade, por meio do melhoramento de suas características físicas, químicas e biológicas (BRASIL, 2011). A seguir as partes constitutivas do sistema.
2.4.1 Manancial
Mananciais que podem ser usados para o abastecimento de água para consumo humano, são todas as fontes de água superficiais, subterrâneas e água de chuva. Incluindo, por exemplo, rios, lagos, represas e lençóis freáticos, bem como as cisternas do semiárido, que acumulam, durante o período de chuva. (BRASIL, 2014)
Brasil (2014) afirma que:
Para captar água de um manancial devem ser considerados aspectos relacionados à quantidade de água, à facilidade de adução e à proteção do manancial. Geralmente, quanto maior a vazão do manancial, tanto maior é sua bacia hidrográfica e, neste caso, mais difícil será garantir a proteção da respectiva bacia hidrográfica e, por conseguinte, a qualidade da água a ser captada.
Os mananciais superficiais são aqueles que escoam na superfície terrestre, compreendidos por córregos, ribeirões, rios, lagos e reservatórios artificiais (BRASIL, 2007; TSUTIYA, 2006 apud HORSTMANN, 2014). A figura 4 representa o principal manancial superficial que abastece a ETA Morro dos Quadros.
Fonte: Autora, 2014.
Na figura 4, é possível observar a represa no Rio Vargem do Braço, fonte de água superficial.
Mananciais subterrâneos são aqueles formados pela água que infiltra e se movimenta abaixo da superfície terrestre, compreendendo os aquíferos e lençóis freáticos, tendo sua captação por meio de poços tubulares rasos ou profundos (BRASIL, 2006 apud HORSTMANN, 2014).
2.4.2 Captação
Brasil (2014) define captação como o conjunto de equipamentos e instalações utilizados para a tomada de água do manancial, com a finalidade de lançá-la no sistema de abastecimento.
O tipo de captação pode variar de acordo com o manancial. Brasil (2014) discorre sobre as formas de captação que podem ser utilizadas:
Superfície de coleta (água de chuva); caixa de tomada (nascente de encosta); galeria filtrante (fundo de vales); poço escavado (lençol freático); poço tubular profundo (lençol subterrâneo); tomada direta de rios, lagos e açudes (mananciais de superfície).
Adutora é o conjunto de tubulações, peças especiais e obras de arte, dispostas entre captação e a ETA; captação e o reservatório de distribuição; captação e a rede de distribuição; ETA e o reservatório de distribuição; ETA e a rede de distribuição. A tubulação que deriva de uma adutora, indo alimentar um setor qualquer da área a ser abastecida, é chamado sub-adutora (BRASIL, 2014).
Para o escoamento da água em uma adutora pode-se aproveitar o desnível entre o ponto inicial e o ponto final, transportando a água por gravidade. Quando não for possível o transporte por gravidade adota-se um meio elevatório (conjunto moto-bomba e acessórios). A adução pode ser mista, quando transporta a água parte por recalque, e parte por gravidade.
Brasil (2014) cita que o modo de escoamento pode ser em conduto livre ou em conduto forçado.
Adutora em conduto livre: mantém a superfície sob o efeito da pressão atmosférica. Os condutos podem ser abertos (canal) ou fechados. A água ocupa apenas parte da seção de escoamento, não funcionam a seção plena (totalmente cheios);
Adutora em conduto forçado: a água ocupa a seção de escoamento por inteiro, mantendo a pressão interna superior à pressão atmosférica. Permite à água movimentar-se, quer em sentido descendente por gravidade, quer em sentido ascendente por recalque, graças à existência de uma carga hidráulica.
2.4.4 Tratamentos
2.4.4.1 Tratamentos não convencionais
Os tratamentos não convencionais são empregados quando a água bruta apresenta boa qualidade, ou em sistemas que tratam até 70 L/s e com pouco espaço para construção de uma estação de tratamento convencional.
Estação de Tratamento de Água tipo filtração direta de fluxo ascendente, chamada de Filtro Russo, para Brasil (2014):
é um sistema de tratamento que utiliza a filtração da água coagulada de forma direta e ascendente. Este tipo de estação é especialmente
recomendado para o tratamento de água bruta com baixos valores de turbidez, podendo a cor ter níveis mais altos. Não possui floculadores e decantadores. Os parâmetros máximos para utilização desse sistema são turbidez até 200 NTU e cor máxima de 1.000 mg/L PtCo (aparente).
Para Brasil (2014) consideram-se ainda com tratamento de água não convencional: Estação de Tratamento de Água tipo filtração direta de fluxo descendente à pressão, Estação de tratamento de água tipo compacta a pressão, Estação de tratamento de água tipo compacta convencional aberta à gravidade.
2.4.4.2 Tratamento convencional
O tratamento convencional é composto das seguintes etapas: clarificação (mistura rápida/coagulação, mistura lenta/floculação, decantação e filtração), desinfecção, correção de pH, reservação e distribuição (BRASIL, 2014).
Figura 5: Esquema de um tratamento de água convencional
Fonte: Autor, 2015.
Para o subitem 5.8.1 da NBr 12216 de 1992, “mistura rápida é a operação destinada a dispersar produtos químicos na água a ser tratada, em particular no processo de coagulação, para o qual são destinadas as disposições seguintes.”
Mananciais Mistura rápida/
coagulação Floculação Decantação
Filtração Desinfecção Fluoretação Reservatórios de distribuição Abastecimento residências
realizada no menor tempo possível e sob condições de elevada turbulência da água, medida pelo parâmetro gradiente de velocidade (G, em s-1).”
As unidades de mistura rápida podem ser classificadas em dois grandes grupos: hidráulicas e mecanizadas. As unidades de mistura rápida hidráulicas, de modo geral, apresentam menos problemas operacionais que as mecanizadas, em face da ausência de peças e motores. Entretanto, apresentam menor flexibilidade operacional. Muitas estações de tratamento no Brasil valem-se da turbulência existente no ressalto hidráulico das calhas Parshall para o processo de mistura. (BRASIL, 2006)
As águas superficiais contêm cor e turbidez em quantidade e proporção variadas. A remoção dessas características é feita com adição de coagulantes após a chegada da água bruta na ETA. Os coagulantes mais empregados no Brasil são os sais de alumínio e ferro (MS, 2006).
A água procedente de mananciais de superfície com partículas finamente divididas, principalmente coloides, devido ao baixo peso e a estabilidade de suas cargas elétricas a velocidade de sedimentação é praticamente desprezível. Para que seja promovida a separação destas partículas do meio aquoso, um dos artifícios mais empregados nos processos de tratamento de água é a coagulação, seguida de floculação, decantação e filtração (CINTRA, 2014).
A coagulação acontece quando a barreira energética das forças atuantes em superfícies coloidais, que mantem separadas as partículas em suspensão, é eliminada ou desestabilizada (COSTA, 2013). Essa desestabilização permite a formação de flocos, na etapa seguinte, a floculação.
A coagulação pode acontecer a partir de mecanismos diferentes. Quando se trata da adição de coagulantes de alumínio, os mecanismos que podem ser observados são o de varredura e adsorção e neutralização de cargas.
No mecanismo varredura, as concentrações de coagulante são elevadas, gerando hidróxidos insolúveis de alumínio. A precipitação floculenta destes hidróxidos “varrem” os coloides presentes no meio, e os próprios coloides atuam na formação do precipitado que ocorre nos floculadores e decantadores.
A adsorção e neutralização de cargas ocorrem quando o coagulante possui uma carga contrária a do coloide, que quando adsorvido promove a neutralização de cargas.
A etapa de coagulação é imprescindível para se alcançar um bom resultado na clarificação da água bruta, podendo comprometer todas as demais etapas. A preocupação em se escolher um coagulante para determinado tratamento se justifica em representar 40% dos custos totais (FONTOURA, 2009 apud COSTA, 2013). A escolha poderá ser feita a partir de ensaios de bancada.
As etapas de coagulação e floculação são comumente confundidas uma vez que uma decorre da outra. A coagulação ocorre em poucos segundos. Já a floculação demanda mais tempo para ocorrer.
Após a ocorrência da coagulação, para que as partículas se tornem mais densas e sedimentáveis há a necessidade da floculação (CINTRA, 2014). Na etapa da floculação, a agitação da água vai diminuindo gradualmente, de forma a possibilitar a formação dos flocos e esses não serem destruídos pela agitação intensa da água nem se depositarem no fundo por uma agitação muito lenta (BRASIL, 2014).
A adequada agitação da água pode ser obtida através de floculadores hidráulicos ou mecanizados. No primeiro, provoca-se um movimento sinuoso da água; no segundo, a agitação ocorre por meio de equipamentos mecânicos. De acordo com Brasil (2006) os floculadores hidráulicos apresentam menores custos e complexidade operacionais; os mecanizados apresentam maior flexibilidade operacional (maior possibilidade de variação e controle dos gradientes de velocidade).
Após a floculação, a água passa para os decantadores, onde a matéria em suspensão vai se depositando pela ação da gravidade, os tanques de decantação possuem o fundo inclinado para facilitar a descarga.
Brasil (2014) alerta que com a acumulação do lodo é necessária a lavagem do decantador, pois pode começar a ocorrer a putrefação que desprende gases, os quais provocam odor e sabor na água efluente da estação.
De acordo com Brasil (2014) em um decantador podem ser observadas quatro zonas (figura 6):
1. Zona de turbilhonamento: situada na entrada da água, observa-se certa agitação onde a localização das partículas é variável.
2. Zona de decantação: não há agitação e as partículas avançam e descem lentamente.
3. Zona de ascensão: Os flocos que não alcançam a zona de repouso seguem o movimento da água e aumentam a velocidade.
de água do decantador em condições normais de operação.
Figura 6: Esquema de um decantador com as quatro zonas do processo.
Fonte: http://www.temes.com.br/temesasp?pg=industria apud Brasil (2014).
Após o processo de decantação, a água passa por filtros com leito simples de areia ou composto de areia e carvão antracito, para remover as impurezas ainda presentes mesmo após o processo de decantação.
A camada filtrante é sobreposta em leito suporte, composto de camadas estratificadas de seixos rolados (Figura 7) que, além de evitar a fuga de material filtrante, distribui uniformemente a água de lavagem no processo de limpeza dos filtros (CINTRA, 2014).
Figura 7: Esquema do filtro rápido.
Durante a filtração ocorrem os seguintes fenômenos (BRASIL, 2014): a) Ação mecânica de coar;
b) Sedimentação de partículas sobre grãos de areia;
c) Floculação de partículas, que estava em formação, pelo aumento da possibilidade
de contato entre elas;
d) Formação de partículas gelatinosas na areia, promovida por micro-organismos
que aí se desenvolvem (filtro lento).
O fluxo de filtração convencional é descendente, porém o fluxo ascendente também pode ser utilizado. Sempre que necessário realizar a limpeza dos filtros o fluxo é invertido.
A desinfecção consiste na inativação dos micro-organismos patogênicos, realizada por intermédio dos agentes físico e ou químico, agregado à remoção de partículas coloidais utilizando as operações unitárias necessárias para cada performance que classifica a água captada(BRASIL, 2014).
O cloro é comumente empregado na desinfecção. Tem o poder de eliminar os organismos patogênicos, que podem causar doenças importantes se ingeridas, e não alterar as características da água tratada. Além disso, a dosagem requerida para a desinfecção não é prejudicial ao homem e mantém um residual ativo na água, isto é, sua ação continua depois de ser aplicado.
A correção do pH pode se dar por um alcalinizante ou um acidificante, dependendo da necessidade. Em estações que utilizam o sulfato de alumínio como coagulante, o pH da água bruta tende a diminuir, então o emprego de hidróxido de cálcio garante o ajuste do pH. Essa correção é extremamente importante uma vez que quando a água apresenta maior acidez pode provocar corrosão de equipamentos e encanamentos.
A adição de flúor, também realizada na ultima etapa antes da distribuição, é uma medida de prevenção contra cáries. Adição de flúor não deve ser considerada tratamento da água, e sim um aditivo necessário e recomendado pelo Ministério da Saúde (Portaria nº. 635/BSB, de 26 de dezembro de 1975 apud BRASIL, 2014).
A fluoretação da água para consumo humano é uma medida preventiva de comprovada eficácia, que reduz a prevalência de cárie dental entre 50% e
período de aproximadamente dez anos de ingestão da dose ótima.
A adição de flúor normalmente é empregada com o ácido fluossilícico.
Os reservatórios e a rede de distribuição são unidades estratégicas para a garantia da adequada qualidade da água. Ressalta ainda que de nada adiantam os cuidados tomados nas unidades anteriores – captação, adução e tratamento – se atenção especial não for dispensada aos reservatórios e à rede de distribuição (BRASIL, 2006).
Nos reservatórios, cuidados com limpeza e desinfecção devem ser tomados a fim de preservar a potabilidade da água alcançada no tratamento. Além de manter reservatórios sempre bem cobertos, impedir que insetos tenham acesso e manter os arredores limpos e com acesso restrito.
Quando se fala de rede de distribuição é necessário garantir, no interior das tubulações, pressões dentro dos limites recomendados pela ABNT NBR 12218, ou seja, preferencialmente entre 10 e 50 mca, isso porque, “pressões elevadas favorecem perdas de água, enquanto pressões baixas dificultam o abastecimento domiciliar e facilitam a contaminação da água no interior das tubulações” (BRASIL, 2006).
Ainda de acordo com Brasil (2006), sempre:
• Evitar, ao máximo possível, situações em que as tubulações fiquem vazias ou despressurizadas, para não permitir a entrada de águas poluídas ou contaminadas.
• Dotar a rede de distribuição de registros de descarga adequadamente localizados para permitir as operações de limpeza que se façam necessárias, inclusive para combater a ocorrência de “água colorida” ou a formação de biofilme que favoreça o desenvolvimento de microorganismos patogênicos oportunistas no interior das tubulações.
• Limitar, ao mínimo incontornável, os trechos de rede de distribuição que não estejam interligados a outras tubulações, ou seja, que favoreçam a ocorrência de baixas velocidades, situação condenável por possibilitar o acúmulo de resíduos, com a conseqüente formação de “água colorida” e de biofilmes, bem como o consumo do residual de cloro livre.
• Substituir as tubulações muito antigas que sejam responsáveis pela freqüente formação de “água colorida” ou pelo comprometimento da qualidade bacteriológica da água distribuída.
Além disso, é na rede de distribuição que ocorrem as maiores perdas de água. De acordo com ABES (2013), a média de perdas no Brasil é da ordem de 40%.
As perdas podem ser reais ou aparentes. As perdas reais acontecem quando há vazamentos causados por rompimento da tubulação ou não conectados corretamente. As perdas aparentes são observadas em situações que o volume utilizado não é devidamente registrado, como no caso de ligações clandestinas.
2.6 ENSAIO DE JAR TEST
O ensaio de laboratório chamado “testes de jarros”, consiste em um ensaio experimental de todo processo de clarificação da água. Pode quantificar a dosagem de coagulante que será utilizada em uma clarificação, considerando a cor e turbidez da água bruta.
Os parâmetros de alcalinidade e pH influenciam o processo de coagulação. A cor é mais facilmente removida em pH ácido. A turbidez, ao contrário, é normalmente removida sob condições alcalinas (BRASIL, 2014).
Na avaliação dos testes, a caracterização da amostra é fundamental, pois ela praticamente estabelece a melhor condição de clarificação. Para tanto se faz necessário analisar alguns parâmetros físico-químicos, como cor, turbidez, alcalinidade e pH.
A cor natural da água bruta é removida, geralmente, com os sólidos em suspensão (turbidez) por absorção do coagulante. No ensaio mede-se a cor das águas bruta e decantada em cada um dos jarros, determinando, desta forma, em qual jarro ocorreu a melhor remoção de cor, após a aplicação dos coagulantes, Sulfato de Alumínio e PAC.
A partir dos valores de turbidez avalia-se a eficiência da remoção do material em suspensão, comparando-se a turbidez da água bruta com a decantada e com a filtrada. No ensaio, mede-se a turbidez da água bruta e consulta-se a tabela 1 com a dosagem de coagulante estimada. Em cada jarro, efetuam-se dosagens próximas. Após o ensaio, determina-se a turbidez em amostras de cada um dos jarros. O menor valor representa a maior remoção de material sólido em suspensão.
Tabela 1: Dosagem de coagulante estimada em função da turbidez. Turbidez da
água bruta
Dosagem de coagulante estimada Base Seca
Turbidez da água bruta
Dosagem de coagulante
Seca (mg/L) 1-5 8 80-110 34 5-10 10 110-150 40 10-15 13 150-250 43 15-20 14 250-350 52 20-30 17 350-500 60 30-50 25 500-800 75 50-80 30 800-1200 95
Fonte: Adaptado de Cintra (2014).
O pH tem grande influência na coagulação e deve ser ajustado com produtos alcalinizantes. Mede-se o pH da água a tratar, ajustando-o para a formação dos flocos.
Di Bernardo et al. (2011) esclarece que “não existe dosagem ótima de coagulante e tampouco pH ótimo de coagulação...Na verdade, existe um par de valores “dosagem de coagulante versus pH de coagulação” considerado apropriado.”
O coagulante reage com a alcalinidade em proporções teóricas conforme a tabela 2.
Tabela 2: Dosagem do coagulante sulfato de alumínio em ppm e consumo de alcalinidade.
Sulfato de Alumínio (ppm)
Alcalinidade Sulfato de Alumínio (ppm) Alcalinidade 1 0,45 21 9,45 2 0,9 22 9,9 3 1,35 23 10,35 4 1,8 24 10,8 5 2,25 25 11,25 6 2,7 26 11,7 7 3,15 27 12,15 8 3,6 28 12,6 9 4,05 29 13,05
10 4,5 30 13,5 11 4,95 31 13,95 12 5,4 32 14,4 13 5,85 33 14,85 14 6,3 34 15,3 15 6,75 35 15,75 16 7,2 36 16,2 17 7,65 37 16,65 18 8,1 38 17,1 19 8,55 39 17,55 20 9 40 18 Fonte: Brasil (2014).
A alcalinidade em hidróxido existente na água a ser tratada deve ser avaliada, pois é o íon hidroxila que irá reagir com o cátion alumínio, proveniente do sulfato de alumínio, para formar o floco de Hidróxido de Alumínio. Para cada 1 ppm de sulfato de alumínio aplicado, são necessários 0,45 ppm de alcalinidade natural ou adicionada (tabela 3). Quando a alcalinidade natural é insuficiente na água a tratar, necessita-se adicionar alcalinizante, ajustando às necessidades da reação química. Com base na análise da alcalinidade da água bruta, verifica-se se a alcalinidade natural é suficiente ou se existe a necessidade da adição de cal (BRASIL, 2014).
2.6.1. Sulfato de alumínio
O sulfato de alumínio é o coagulante mais tradicional para tratamento de água é utilizado pelo homem desde a época dos faraós e do Império Romano. Ainda hoje este é um dos principais sais utilizados pelas empresas de saneamento básico do Brasil e do mundo. “O sulfato de alumínio tem a fórmula química Al
2(SO4)3 nH2O, onde “n” representa aproximadamente 14 a 18 moléculas de água de cristalização” (Constantino; Yamamura, 2009). A grande utilização do sulfato de alumínio é devido à sua boa eficiência, ser de fácil transporte, fácil manejo e possuir baixo custo.
Atualmente, sais de alumínio são os floculantes mais usados, seguidos de sais de ferro. As partículas que conferem turbidez a água apresentam estabilidade e devido às forças eletrostáticas de repulsão entre os colóides de mesma carga, formando uma barreira de energia (potencial zeta), mantendo-as em suspensão na água (DA SILVA; MAINIER). “Esses sais reagem com a alcalinidade formando
(PAWLOWSKY, 1981 citado por SANTOS, 2011), facilitando sua remoção.
2.6.2 Policloreto de alumínio
O policloreto de alumínio, essencialmente, é um complexo polinuclear de íons de alumínio polimerizados, um tipo de polímero inorgânico de alto peso molecular (DA SILVA; TORREZÃO).
Segundo Constantino e Yamamura (2009) citados por Da Silva e Torrezão:
A relação m/3n representa a basicidade deste produto, e devido a esta característica o PAC libera durante a hidrólise, em igualdade de dosagem em íons metálicos, uma quantidade de ácido consideravelmente menor do que a liberada pelo Cloreto de Alumínio e pelos coagulantes tradicionais como o Sulfato de Alumínio, Cloreto Férrico e Sulfato Ferroso.
Furtado (2009) afirma que:
O PAC apresenta maior poder de aglutinação das partículas sólidas. Isso porque ele tem carga positiva sempre superior a três, ao contrário dos sulfatos. A outra característica importante é a alta basicidade do polímero, que diminui a necessidade de dosagem de alcalinizantes no tratamento.
Da Silva e Torrezão citam Prati, Moretti e Cardello (2005) cujos estudos demonstraram que:
o PAC atua melhor como agente coagulante por promover coagulação em qualquer faixa de pH, é mais eficiente na remoção de coloides, com gasto menor de reagentes e menos resíduos em seus estudos na elaboração de bebida composta de garapa e suco de frutas parcialmente clarificada estabilizada.
Constantino e Yamamura (2009) apud Da Silva e Torrezão, verificaram que, mesmo com a diferença de preço do PAC em relação ao sulfato de alumínio, o PAC clarifica melhor a água com menos custo, pela dosagem menor e eliminação de outros insumos como a cal.
Na figura 15 pode ser observado o poder de coagulação do sulfato de alumínio e do PAC. É sensível a diferença do tamanho dos flocos entre sulfato de
alumínio e PAC, sendo que o PAC apresenta flocos maiores, conforme gráfico da figura 8.
Figura 8: Tamanho do Floculo (TF) em função do pH, onde “o” representa o PAC e o “x” representa o sulfato de alumínio
Fonte: Constantino e Yamamura, 2009.
A ação coagulante do PAC é superior a ação do sulfato de alumínio, fazendo com que os flocos se formem em tamanhos maiores e uniformes (Figura 15).
Os flocos maiores refletem uma velocidade de sedimentação maior. O gráfico da figura 9 ilustra o tempo de decantação em minutos.
Fonte: Hidroall citada por Constantino e Yamamura, 2009.
O consumo de alcalinidade e pH dos coagulantes PAC e sulfato de alumínio também é diferenciado e pode ser visualizado na figura 10 do gráfico.
Figura 10: pH e alcalinidade depois da adição de PAC e Sulfato de Alumínio
Fonte: Hidroall citada por Constantino e Yamamura, 2009.
A figura 10 demonstra que o coagulante PAC consome pouco ou nenhum alcalis para correção de pH, isso porque o pH da água permanece praticamente sem alteração, mesmo na possível situação de superdosagem de PAC.
Além disso, o PAC pode alcançar eficiência em uma faixa de pH maior que a do sulfato de alumínio, conforme figura 11.
Figura 11: Turbidez residual (TR) em função do pH
Fonte: Hidroall citada por Constantino e Yamamura, 2009.
O PAC trabalha em uma faixa mais ampla de pH, se comparado com o sulfato de alumínio ou outros floculantes, sendo geralmente eficaz em uma faixa de pH compreendida entre 6 e 9, como demonstrado na figura 11.
2.5 CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA EM ESTUDO
Conhecida popularmente como ETA Cubatão ou ETA Morro dos Quadros, a Estação de Tratamento de Água José Pedro Horstmann, está localizada na Rua Ivo João da Silva, s/n, bairro Aríriu, no município de Palhoça em Santa Catarina.
A ETA Morro dos Quadros é a maior estação de tratamento de água que a CASAN possui, com capacidade de 2.000 L/s, possibilita o abastecimento de cerca de 700 mil usuários nos municípios de Florianópolis, São José, Biguaçu, Palhoça e Santo Amaro da Imperatriz. (CASAN, 2013).
Com relação à distribuição, o sistema de abastecimento de água é integrado entre os municípios atendidos como observado na figura 12 onde o sistema existente é representado pela linha em azul escuro.
Fonte: Adaptado de Brasil, 2010.
O manancial que abastece a estação é o Rio Cubatão do Sul (principal rio da bacia) e seu afluente, Rio Vargem do Braço, também chamado Pilões, localizados na Bacia Hidrográfica do Rio Cubatão do Sul distante a aproximadamente 20 km do município de Florianópolis, no Estado de Santa Catarina, entre os paralelos 27°35'46 "e 27°52'50" S e as longitudes 48°38'24 "e 49°02'24" W (SÉRGIO; FRANCO; GARBOSSA, 2013).
O Rio Cubatão do Sul é o principal rio da bacia e é originado da confluência dos rios do Cedro e Bugres, com extensão total de 62 km. A rede de drenagem possui sentido Leste, sendo seus principais afluentes os rios do Salto, dos Bugres, das Águas Claras, Forquilhas, Ribeirão Vermelho, Rio Matias e Rio Vargem do Braço (SÉRGIO; FRANCO; GARBOSSA, 2013).
Apesar da vazão do Rio Cubatão ser maior que de seu afluente Vargem do Braço, a qualidade da água é inferior, isso devido à localização de ambos.
De acordo com Sérgio; Franco; Garbossa (2013), o rio Vargem do Braço está dentro do Parque Estadual Serra do Tabuleiro onde a ocupação e uso do solo da bacia apresenta grande preservação em relação à área total como é possível observar na figura 13, com mais de 77% de áreas com Florestas em estágio inicial, médio ou avançado, segundo o Programa de Proteção da Mata Atlântica. A
agricultura responde por menos de 2%, enquanto Pastagens e Campos Naturais chegam a 20% da área.
Figura 13: Captação do rio Vargem do Braço.
Fonte: Autora, 2015.
Os municípios de Águas Mornas, Santo Amaro da Imperatriz e São Pedro de Alcântara, localizados a montante do ponto de captação de água do Rio Cubatão do Sul integrantes da BHRCS, desenvolvem principalmente atividades agrícola e pecuária. “Os municípios também geram despejos domésticos, bem como desenvolvem atividades extrativistas de areia e argila da calha e das margens do Rio Cubatão do Sul” (SÉRGIO; FRANCO; GARBOSSA, 2013). Na figura 14 pode-se observar o canal que interliga o rio Cubatão as bombas de recalque.
Fonte: Autora, 2015.
Devido ao desnível existente entre o ponto de captação e a estação de tratamento, a água captada do rio Vargem do Braço, é transportada por gravidade (figura 15), o que permite a segurança de manter o abastecimento independente do emprego de energia.
Figura 15: Tubulação de água por gravidade captação rio Vargem do Braço.
Enquanto a água do rio Cubatão é bombeada até a ETA, a adução é realizada através de 3 bombas de recalque sendo uma reserva (SANTA CATARINA, 2015), como é possível observar na figura 16.
Figura 16: Bombas de recalque da água do rio Cubatão.
Fonte: Autora, 2015.
Ao chegar à estação de tratamento as águas são misturadas. Na figura 12 é possível observar o volume de água que chega à estação de Pilões é maior que o volume captado do rio Cubatão.
Figura 17: Chegada de água bruta de Pilões (à esquerda) e Cubatão (à direita) na ETA Morro dos Quadros.
As águas são misturadas logo que chegam à estação. Com características físicas distintas, a mistura resulta em uma maior variação dos parâmetros de controle.
CASAN (2013) discorre que o tratamento é composto por coagulação com sulfato de alumínio, filtração direta por meio de filtros ascendentes, correção de pH através da adição de óxido de cálcio (CaO), desinfecção através de cloro gasoso (Cl2), e fluoretação através de fluorssilicato de sódio (NaSiF6).
Como referenciado anteriormente, estações de tratamento de água tipo filtração direta de fluxo ascendente, são chamadas de Filtro Russo.
Horstmann (2014) explana mais detalhadamente o que ocorre com a água bruta após a chegada na ETA Cubatão:
A água após a captação passa por um gradeamento onde ficam retidos o material particulado com maior granulometria (papel, folhas de árvores, plásticos, etc.) e a mistura das águas provenientes do Rio do Vargem do Braço e Cubatão do Sul. A partir disso ela é direcionada para um tanque onde recebe o coagulante, na situação seria o sulfato de alumínio (Al2(SO4)3). Após o recebimento do coagulante ela é encaminhada e
distribuída em 12 (doze) filtros russos onde ocorre a retenção dos flocos formados e aí direcionada para um tanque de contato, para o recebimento da cal hidratada (Ca(OH)2) com o intuito de elevar o pH para um valor
próximo a 7, do gás cloro (Cl2) para a desinfecção e do ácido fluossilícico.
Posteriormente ela é encaminhada para um reservatório e assim distribuída por meio de redes até as residências da Grande Florianópolis.
O esquema da figura 18 representa de forma simplificada o processo de tratamento na estação.
Figura 18: Esquema de tratamento com filtração rápida ascendente.
A retirada de mata ciliar, o despejo de esgoto doméstico, a extração mineral e a agricultura são os principais responsáveis pela degradação do Rio Cubatão do Sul, ocasionando assoreamento do rio e mudanças na qualidade e na quantidade de suas águas (PARIZOTTO, 2009 apud HORSTMANN, 2014).
A principal mudança percebida desde a implantação da estação foi o aumento da turbidez nas águas do rio Cubatão do Sul. Esse parâmetro acaba acelerando a colmatação dos filtros, ou seja, o preenchimento dos poros dificultando a passagem da água. Com isso o intervalo de lavagem dos filtros que deveria ocorrer entre 24 e 48 horas acaba diminuindo, aumentando a quantidade de água (água tratada) utilizada para lavagem dos filtros e diminuindo o tempo de operação do filtro, e em consequência diminui a vazão e a qualidade da água distribuída a população (HORSTMANN, 2014).
A Companhia Catarinense de Água e Saneamento (CASAN), responsável pelo abastecimento de água da maioria dos municípios, fechou o ano de 2013 com 33,71% de índice de perdas na distribuição (BRASIL, 2013).
Com o intuito de melhorias no sistema a ampliação e melhoria na Estação de Tratamento de Água (ETA) José Pedro Horstmann, no Morro dos Quadros, em Palhoça. A construção do conjunto floco - decantador e tratamento de efluentes vão reduzir os picos de alteração da qualidade de água, principalmente referente ao parâmetro turbidez, quando ocorrem tempestades nas áreas de captação de água (SANTA CATARINA, 2015).
Dessa forma, o tratamento passará a ser de ciclo completo de acordo com a figura 19.
Figura 19: Esquema de tratamento com ciclo completo.
