SELMA SOUZA ALVES SANTOS
CARACTERIZAÇÃO E UTILIZAÇÃO DE RESÍDUO SÓLIDO: LODO DE
ETA, COMO MATÉRIA PRIMA PARA CONFECÇÃO DE ELEMENTOS
DA CONSTRUÇÃO CIVIL.
Orientadora: Profa Dra. Vânia Palmeira Campos
SALVADOR 2011
CARACTERIZAÇÃO E UTILIZAÇÃO DE RESÍDUO SÓLIDO: LODO DE
ETA, COMO MATÉRIA PRIMA PARA CONFECÇÃO DE ELEMENTOS
DA CONSTRUÇÃO CIVIL.
Dissertação apresentada ao Colegiado do Programa de Pós-Graduação em Química Analítica da Universidade Federal da Bahia, como pré-requisito obrigatório obtenção do titulo de Mestre.
Orientadora: Profª Dra. Vânia Palmeira Campos
SALVADOR 2011
Dedico este trabalho, ao meu marido Josemilson e filhos, Victor e Valber, pessoas que tanto amo, por me impulsionarem a buscar vida nova a cada dia.
À minha família, meu marido e filhos, pessoas que tanto amo, pela compreensão, paciência e cumplicidade, por terem de se privar da minha companhia pelos estudos, concedendo-me a oportunidade de realizar-me ainda mais.
À professora Vânia Campos pela oportunidade, compreensão, confiança e credibilidade dada a minha pessoa. Por ter mostrado o quanto é importante a sinergia. Por ter acolhido meu projeto de pesquisa. Pela orientação e pelo apoio técnico fundamental na realização deste trabalho.
A todos os professores pelos ensinamentos e auxílio na formação do conhecimento que resultou em uma consciência critica e determinada com relação às diversas áreas e faces que o curso de Química apresenta.
Ao laboratório CETA da UFBa, na pessoa do Sr. Emanuel Rodrigues do Nascimento, pessoa que com atenção e presteza acolheu o projeto.
Ao colega Joelson Almeida, que com a paciência e disposição colaborou no projeto. Ao gerente da OMPT- EMBASA Jorge Brito pelo apoio e por acreditar no projeto.
A EMBASA e todos responsáveis e trabalhadores técnicos e administrativos, em especial Claudemiro Bispo, Robson Barros e Paulo Cesar pela gentileza e atuação durante a realização dos trabalhos necessários a esta pesquisa.
A todos os meus amigos, em especial, Sandra Regina e Rita Pitangueira pelo apoio e força nas horas difíceis. As pessoas certas nas horas mais incertas.
Finalmente a todos que, mesmo sem nomeá-los me transmitiram as contribuições e o incentivo para êxito deste trabalho.
A estação de tratamento de água (ETA) Vieira de Mello (VM), uma das ETAs da EMBASA, situada em Salvador-Ba, com capacidade para tratar 2,5 m3 s-1 de água, entrou em operação em março de 1964 atendendo parte da demanda de água potável da cidade de Salvador. Para transformar a água bruta em água potável, a VM utiliza o processo convencional de tratamento, com adição de diversos componentes, formando resíduos a serem removidos nas etapas de decantação e filtração, principalmente nos decantadores, sendo estes resíduos chamados de lodo. A disposição final dos lodos gerados nas ETAs constitui atualmente um dos principais passivos ambientais do setor de saneamento. Há muito, o destino destes resíduos de ETA vinha sendo os cursos d’água próximos das estações, podendo causar efeitos, principalmente à fauna aquática e a saúde humana, pois o mesmo contém metais, tóxicos entre outros contaminantes. Esta prática tem sido questionada por órgãos ambientais. Atualmente, um dos grandes desafios é a busca de destinação final desses lodos, ambientalmente vantajosa e econômica e tecnicamente viável. Entre as possibilidades aponta-se incorporação do lodo em compostagem e seu uso na fabricação de tijolos. Neste estudo realizou-se a caracterização do resíduo gerado na ETA VM, após secagem em estufa sob controle de temperatura na faixa de 103-1050C. Foram encontradas concentrações de metais e semi metais nas faixas de: 6,00 - 9,57 mg L-1 Al; 2,14 – 2,89 mg L-1 As; 0,30 - 0,50 x10-3 mg L-1 Be; < 0,10 – 0,12 x10-3 mg L-1 Cd; 0,83 – 0,14 mg L-1 Cr; <2,0 – 0,11 mg L-1 Pb; 6,50 – 12,50 x 10-3 mg L-1 V. Resultados obtidos de testes de resistência de bloco (fbk =fbk,est= 7,8 Mpa) e de absorção de umidade ( ≤ 13%), além de testes de lixiviação: As < 0,035 mg L-1, Cd < 0,020 mg L-1 ,Pb < 0,20 mg L-1, Cr< 0,070 mg L-1, Al < 1,2 mg L-1, Be< 0,020 mg L-1, V<0,30 mg L-1, comprovam a adequação do lodo para uso na confecção de blocos na construção civil. Como o volume de água tratada em média é 178.710 m3 dia-1 na ETA VM, e a produção de resíduo no final do tratamento é de 42,20 g m-3 SST a produção de blocos por dia poderá ser de 15.814, considerando a composição do material nas seguintes proporções: 1,0: 3,7: 0,85: 0,28 correspondendo a cimento:areia:água:lodo. A tecnologia identificada neste trabalho para a destinação final do resíduo da ETA VM é econômica e ambientalmente adequada.
The station of treatment of water (WTS) Vieira of Mello (VM), one of the Water Treatment Stations(WTS) of the EMBASA, located in Salvador-Ba,with capacity to treat 2,5 m3 s-1 of water, has entered in operation in March of 1964 assisting part of the demand of drinking water of the city of Salvador. To transform the rude water in drinking water, the station Vieira de Mello (VM) uses the conventional process of treatment, with the addition of several components, forming residues to be removed in the stages of decantation and filtration, mainly in the decanters, being these residues called of mud.
To final disposition of the mud generated in the water treatment stations (WTS) constitutes nowadays one of the main environmental liabilities of the section of sanitation. For a long time, the destiny of these residues of the WTS (water treatment station) were being the courses of water close to the stations, where it can cause effects mainly to the aquatic fauna and the human health, because the same contains toxics metals, among others contaminating. This practice has been questioned by environmental organs. Nowadays, one of the greatest challenges is the search of final destination of these mud, environmentally advantageous and economic and technically viable. Among the possibilities is pointed the incorporation of the mud in composting, its use in the production of bricks.
In this study accomplished the characterization of the residue generated in the water treatment Station (WTS) Vieira de Mello (VM) after drying in greenhouse under temperature control in the strip of 103-105°C.There were found concentrations of metals and semi - metals in the strips of: 6.00 – 9.57 mg L-1 Al; 2.14 – 2.89 mg L-1 As; 0.30 – 0.50 x10-3 mg L-1 Be; < 0.10 – 0.12 x10-3 mg L-1 Cd; 0.83 – 0.14 mg L-1 Cr; <2.0 – 0.11 mg L-1 Pb; 6.50 – 12.5 x 10-3 mg L-1 V. Results Obtained of tests of resistance of block (fbk =fbk,est= 7.8 Mpa) and of humidity absorption (≤ 13%), besides lixiviation tests: As < 0.035 mg L-1, Cd < 0.020 mg L-1 ,Pb < 0.20 mg L-1, Cr< 0.070 mg L-1, Al < 1.2 mg L-1, Be< 0.020 mg L-1, V<0.30 mg L-1, they prove the adaptation of the mud for use in the making of blocks in the building site.
As the volume of treated water is on average of 178.710 m3 dia-1 in the water treatment station (WTS) Vieira de Mello(VM) and the production of solids, in the end of treatment is from 42.20 g m-3 SST the production of bricks by day could be about 15.814 considering the composition of the material in the following proportions: 1.0: 3.7: 0.85: 0.28 corresponding to the ciment,sand,water,mud.The technology identified in this work to the final destination of the residue of the water treatment station (WTS) Vieira de Mello (VM) is economical and environmentally appropriated.
Words Key: Residue of water treatment station (WTS). Station of Treatment water. Mud. Reuse.
1. INTRODUÇÃO ... 13
2. ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA VIEIRA DE MELLO ... 16
2.1. Aspecto físico da Estação de Tratamento Vieira de Mello ... 21
2.2. Produtos químicos usados na Estação de Água Vieira de Mello .... 23
2.2.1 Sulfato férrico ... 23
2.2.2. Cal hidratada ... 24
2.2.3. Ácido fluossilicico ... 24
2.2.4. Cloro Líquido usado na ETA VM ... 25
2.3. Etapas de tratamento de água da estação Vieira de Mello ... 26
2.3.1. Medida da vazão da água bruta ... 26
2.3.2. Dosagem do coagulante ... 27 2.3.3. Coagulação ... 28 2.3.4. Alcalinização ... 29 2.3.5. Floculação ... 31 2.3.6. Sedimentação ou decantação ... 32 2.3.7. Filtração ... 32 2.3.8. Desinfecção ... 33 2.3.9. Fluoretação ... 36
2.4 Parâmetros de qualidade da água controlados na ETA VM ... 37
2.4.1 Parâmetros biológicos ... 37
2.4.2 Parâmetros Físicos ... 37
2.4.3 Parâmetros Químicos ... 38
3. METODOLOGIA ... 43
3.1 Metodologia Amostral ... 43
3.1.1 Coleta das Amostras dos Decantadores e Filtros ... 43
3.1.2 Coleta do Lodo da Zona Morta ... 46
3.2 Análise Biológica, Física e Química ... 47
3.3 Análise do Lodo da Zona Morta ... 51
3.4 Análise do Elemento Construtivo ... 52
4. RESULTADO E DISCUSSÃO ... 60
4.1 Estudo Estatístico ... 65
4.1.1 Análise Multivariada dos Dados ... 65
4.1.2 Teste Q ... 68
5. CONCLUSÃO ... 81
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 83
7. ANEXOS ... 87
LISTA ABREVIATURAS
AAS - Atomic Absorption Spectrometric - Espectrometria de absorção atômica. AWWA- American Water Works Association
CETA – Centro Tecnológico de Argamassa
CETESB - Companhia de Tecnologia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo.
CETIND – Centro de Tecnologia Industrial Pedro Ribeiro CONAMA- Conselho Nacional do Meio Ambiente.
DBO- Demanda Bioquímica de Oxigênio. DQO - Demanda Química de Oxigênio. ECP- Estação de Condicionamento Prévio EEAB- Estação elevatória de Água Bruta
EMBASA- Empresa Baiana de Águas e Saneamento S.A. ETA- Estação de Tratamento de Água.
HCA- Análise por agrupamento Hierárquico NBR- Norma Brasileira
OPTQ- Departamento de Apoio Técnico de Qualidade PCA- Análise de Componente Principal
POP- Procedimento Operacional
PROSAB- Programa de Pesquisa em Saneamento Básico.
SABESP- Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo. SGI - Sistema de Gestão Integrada
RPM- Rotação por minuto.
SENAI – Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial TS- Teodoro Sampaio
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1 – Planta do Parque da Bolandeira- Boca do Rio, salvador-Ba. FIGURA 2 – Foto do Reservatório R7- Cabula, Salvador-Ba.
FIGURA 3 – Foto do Reservatório R3- Caixa D’Água, Salvador-Ba. FIGURA 4 – Foto da Barragem Joanes I - Lauro de Freitas, Bahia. FIGURA 5 – Foto da Barragem Ipitanga I - Salvador-Ba.
FIGURA 6 – Fotos das Etapas do Tratamento de água na Estação VM. (A) Canal de mistura rápida / coagulação; (B) Floculação; (C) Decantação; (D) Filtração.
FIGURA 7 – Foto da Zona morta da ETA Vieira de Mello (A) e lodo retirado (B) FIGURA 8 – Modelo e dimensões da forma usada para preparo do bloco-teste. FIGURA 9 – Detalhamento da fôrma usada para preparo do bloco-teste: (A) fôrma desencaixada e (B) fôrma encaixada.
FIGURA 10 – Fotos dos passos do procedimento para confecção dos bloco-teste: (A) mistura dos materiais constituintes dos blocos; (B) untação da fôrma com óleo; (C) colocação da argamassa na forma; (D) argamassa compactada;(E) remoção do material nivelado;(F) retirada do bloco da fôrma;(G) fôrma sem a primeira parte; (H) bloco pronto para secar.
FIGUAR 11 – Fotos do equipamento usado para o teste de resistência à compressão com os blocos confeccionados: (A) ajustamento das placas para compressão; (B)- escala em Newton, tonelada ou Kgf.
FIGURA 12 – Metais no efluente (suspensão de lodo) dos Decantador da ETA VM. FIGURA 13 – Metais no efluente (suspensão do lodo) da lavagem dos filtros da ETA VM.
FIGURA 14 - Metais nas amostras do lodo seco da ETA VM.
FIGURA 15 – Gráfico de loadings(A) e gráfico de Scores (B) para o efluente da lavagem dos filtros.
FIGURA 16 – Gráfico de loadings(A) e gráfico de Scores(B) para o efluente de lavagem dos decantadores.
QUADRO 1 – Especificação química do sulfato férrico comercial usado na ETA VM. QUADRO 2 - Especificação da cal hidratada usada na ETA VM.
QUADRO 3 – Especificação do ácido fluorsilícico usado na ETA VM. QUADRO 4 – Especificação do cloro líquido usado na ETA VM.
QUADRO 5 – Componentes do filtro usado na ETA VM e respectivas definições. QUADRO 6 – Resultado da titulação conforme ânion encontrado.
TABELA 1 – Composição do Material dos blocos- teste (Etapa 1).
TABELA 2 - Requisitos para a resistência características à compressão e absorção de umidade.
TABELA 3 - Composição do Material dos blocos-teste (Etapa 2).
TABELA 4 – Dados dos parâmetros analisados no efluente dos dez filtros da ETA VM. Ago – Nov/2010.
TABELA 5 – Dados dos parâmetros analisados no efluente dos quatros decantadores da ETA VM. Ago – Nov/2010.
TABELA 6 - Dados condensados dos parâmetros no efluente dos quadros decantadores da ETA VM.Ago-Nov/2010.
TABELA 7 – Dados condensados dos parâmetros analisados no efluente dos dez filtros da ETA VM. Ago-Nov/2010.
TABELA 8 – Dados condensados dos parâmetros analisados no lodo seco.
TABELA 9 – Medidas e Características dos blocos confeccionados na 1ª etapa do trabalho.
TABELA 10 – Características dos blocos confeccionados na 2ª etapa do trabalho (maio/2011).
TABELA 11 – Teste de absorção de umidade: Blocos confeccionados a partir dos materiais apresentados na tabela 2.
. INTRODUÇÃO
O Tratamento da água bruta gera transformações químicas, físicas e biológicas na água e os processos utilizados geram impactos ambientais. No Bairro da Boca do Rio estão situadas duas Estações de Tratamento de Água: a estação Vieira de Mello, com capacidade para tratar 2,5 m3 s-1 de água, entrou em operação em março de 1964; e a estação Teodoro Sampaio, com igual capacidade, encontra-se em operação desde início da década de 70. Atualmente, as duas estações produzem cerca 3,8 m3 s-1 de água potável, atendendo parte da demanda de água da cidade do Salvador. Os resíduos gerados na estação de tratamento de água Vieira de Mello e Teodoro Sampaio constituem um sério problema, tanto do ponto de vista qualitativo como quantitativo.
Para transformar a água bruta em água potável, estações de tratamento de água (ETAs) utilizam processos convencionais, com adição de diversos componentes formando resíduo conhecido por lodo. A ETA Vieira de Mello, foco deste estudo, lança parte dos resíduos gerados no Rio das Pedras, em Salvador, que nasce da confluência com o Rio Saboeiro, no Cabula (reserva 19º BC), atravessa a avenida paralela e deságua na praia da Boca do Rio [1]. Este rio recebe esgoto da comunidade circunvizinha e lodo das Estações de Tratamento de Água Vieira de Mello e Teodoro Sampaio, provenientes das descargas dos decantadores e uma parte da lavagem dos filtros. A outra parcela é recuperada, retornando ao processo. A partir de 27 de maio de 2011, uma parte deste resíduo é encaminhada para a estação elevatória, que capta o efluente para estação de condicionamento de esgoto do Jaguaribe, recentemente construída na Avenida Orlando Gomes.
Esta prática tem sido questionada por órgãos ambientais. Para que haja uma alternativa final adequada para aquele resíduo, é necessário primeiramente fazer um levantamento qualitativo do lodo gerado na ETA, uma vez que, hoje se considera a água integrando as preocupações do desenvolvimento sustentável, baseado nos princípios da função ecológica da propriedade, da prevenção, da precaução, do poluidor – pagador, e considerando que a Constituição Federal e a Lei n.º 6938, de 31 de agosto de 1981 [2], visam controlar o lançamento de
poluentes no meio ambiente, proibindo o lançamento em níveis nocivos ou perigosos para os seres humanos e outras formas de vida.
Segundo Grandin, et al. (1993) [3], o lodo de ETAs é constituído de resíduos sólidos orgânicos e inorgânicos provenientes da água bruta, tais como: algas, bactérias, vírus, partículas orgânicas em suspensão, colóides, areia, argila, silte, cálcio, magnésio, ferro, manganês, etc.
De acordo com a AWWA (1995) [4], o lodo de ETAs possui uma característica mais similar aos solos do que se comparado com o lodo de esgoto, pois, em geral, o nitrogênio e o carbono orgânico no lodo de ETAs são mais estáveis, menos reativos e em concentrações mais baixas.
A utilização dos resíduos sólidos do saneamento básico como matéria-prima alternativa representa uma solução ambiental e economicamente adequada para a disposição final destes resíduos, contribuindo ainda para a sustentabilidade dos sistemas de água e esgoto [5]. Diversos produtos podem ser gerados pela utilização dos lodos de água e esgoto como matéria-prima, dentre eles adubos orgânicos, substratos, tijolos cerâmicos, concretos, óleos, combustível, etc [6]. Muitas são as finalidades que são dadas a lodos gerados em ETAs: disposição em aterro sanitário [7]; co-disposição com biossólido; disposição controlada em certos tipos de solos [8]; lançamento em rede coletora de esgoto ou diretamente nas estações de tratamento de esgotos; incineração de resíduos [6]; Tijolos fabricados em laboratório, com argila adicionada de lodo [9]; Compostagem, que é um método eficiente que usa o lodo em leiras, juntamente com restos vegetais, resíduos sólidos domésticos e biossólidos, apresentando benefícios como ajuste de umidade, fornecimento de minerais, ajuste de pH, etc. Em muitas ETAs, o lodo desaguado tem sido disposto em aterros sanitários, juntamente com os resíduos sólidos domésticos [10].
Outras aplicações para o lodo de ETAs, e sua disposição no solo promovendo melhoria estrutural, ajuste do pH, aumento de minerais [11], aumento da capacidade de retenção de água e recuperação de solos, em razão da presença de
nutrientes. Ele também é usado para o cultivo de gramas, podendo ser aplicado tanto na fase liquida como na fase sólida ou ser aplicado na preparação do solo ou fertirrigação, no crescimento da grama, o que é uma forma de provisão de ferro para o solo [11]. Alem disso, usa-se na plantação de cítricos em cultivo com solos com deficiência de ferro, onde o lodo funciona como uma provisão de ferro para o solo mesmo. É necessário um monitoramento permanente para avaliar a concentração de metais pesados no solo. O lodo de ETA também pode ser usado no controle de H2S, gás gerado no sistema de esgoto, com odor ofensivo, para cujo controle tem sido usado o cloreto férrico, que pode ser substituído por lodo de ETA, que já contém o ferro, proveniente do uso do seu sal como coagulante no tratamento de água [12].
O potencial tóxico do lodo de ETA depende principalmente do teor de metais presentes, além das características físico-químicas e das condições em que estes resíduos são dispostos [13]. Outros fatores que também influenciam a toxicidade são as reações sofridas durante o processo, forma e tempo de retenção, características do curso d’água, composição e impureza dos coagulantes e outros produtos químicos utilizados no tratamento da água (Barroso e Cordeiro, 2001) [14].
Empresas de saneamento, como por exemplo, a SABESP está desenvolvendo um projeto para utilização do lodo incorporado ao material cerâmico, para uso na construção civil [15].
A incorporação do lodo centrifugado da ETA Passaúna, localizada em Curitiba, que usa sulfato de alumínio é interessante para produção de concreto, não interferindo na sua qualidade [8]. Segundo Hoppen et al.(2003) [16], a mistura de 3% de lodo no concreto pode ser utilizada em fabricação de artefatos, estruturas pré-moldadas e construção de pavimentos em concreto. Ensaios de compressão foram efetuados com sucesso por aqueles autores.
Estudos realizados na Região Metropolitana de Campinas numa proposta de gestão de aproveitamento de resíduos de lodos de ETA, em co-disposição (mistura)
com outros compostos de reuso como o entulho, estão voltados para a fabricação de componentes para a construção civil, tipo solo-cimento (tijolos e blocos para vedação e lajotas para pátios) [6].
Esta dissertação teve como objetivo estudar a composição biológica, física e química do lodo gerado na Estação de tratamento de água Vieira de Mello e a viabilidade para a sua destinação, na confecção de blocos, a serem usados na construção civil, reduzindo a contaminação e assoreamento do ecossistema do Rio das Pedras, onde atualmente é dispensado.
A realização do estudo, além de contribuir qualitativa e quantitativamente para o setor como subsídio para estabelecer um destino adequado para o resíduo gerado na ETA Vieira de Mello, servirá como base de metodologia para ser usada por outras ETAs.
2. A ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA VIEIRA DE MELLO
A EMBASA - Empresa Baiana de Águas e Saneamento, localizada em Salvador, Bahia possui duas estações de Tratamento de água (ETA), no bairro da Boca do Rio no Parque da Bolandeira (figura 1): a Estação Vieira de Mello (VM) com capacidade para tratar 2,5 m3 s-1 de água, em operação desde março de 1964 e a Estação Teodoro Sampaio (TS), com igual capacidade, em operação desde início da década de 70. Atualmente, as duas estações produzem cerca 3,8 m3 s-1 atendendo parte da demanda de água da cidade de Salvador. A Estação Vieira de Mello abastece os reservatórios de água tratada R3 e R7 e a Teodoro Sampaio abastece além do reservatório R1, o R7 e R8.
A estação Vieira de Mello abastece os bairros de Salvador através dos reservatórios de água tratada, R7 - Cabula (figura 2) e R3 - Caixa D’água.
O reservatório R7- Cabula (figura 2) - abastece uma parte do bairro de Mata Escura, Sussuarana, Tancredo Neves, Cabula, Saboeiro (uma parte é abastecido pela ETA Teodoro Sampaio), São Gonçalo, IAPI, Pero Vaz, Curuzú, uma parte da
Figura 1 - Planta do Parque da Bolandeira-Boca do Rio, Salvador, Bahia.
Liberdade, Avenida San Martins, Alto do Pará, BR 324, Largo do Tanque, uma parte da Avenida Barros Reis (outra parte abastecida pelo reservatório R3). Os bairros de Mata Escura e Calçada são abastecidos em parte pelos reservatórios de água tratada R3 e R7, respectivamente, a outra parte é referente à contribuição da ETA Principal, uma outra estação de tratamento de água da EMBASA, localizada na BR 324 Km 599, Passagem dos Teixeiras na cidade de Candeias, Bahia.
O Reservatório R3 - Caixa d’Água (figura 3) – abastece Sete Portas, Baixa de Quintas, Bairros Reis (com outra parte abastecida pelo reservatório R7), Baixa dos Sapateiros, Santo Agostinho, Comercio, uma parte da Calçada, uma parte da Liberdade, Pau Miúdo e Caixa d’Água, sendo parte dos três últimos abastecida pelo reservatório de água tratada R7, Lapinha, Barbalho, Santo Antônio e Nazaré com uma parte abastecida pelo reservatório de água tratada R15, o qual recebe água do reservatório R7.
As duas estações recebem água bruta de dois mananciais diferentes: Joanes, através da barragem Joanes I e Ipitanga, através da barragem Ipitanga I. O primeiro tem como, principais afluentes: córrego do Cantagalo, rio Muriqueira, rio
As duas estações recebem água bruta de dois mananciais diferentes: Joanes I (figura 4), manancial rio Joanes; principais afluentes: córrego do Cantagalo, rio
Muriqueira, rio Pruam, córrego Jaíba, rio Bandeira e rio Itamboatã. Joanes I está localizada em Lauro de Freitas, Areia Branca. Ano de Construção: 1955, Vazão Média Captada: 3.300 L s-1. Tipo de Adução: Gravidade e recalque. Estação Elevatória: 03 Conjuntos motor-bomba de 400 c.v.; Adutora I: Ø 1.500 mm, concreto - 22,5 km (Gravidade); Adutora II: Ø 1.500 mm, aço - 22,5 km (Recalque);
O manancial Ipitanga tem como principal afluente o rio Caruripe. A barragem Ipitanga I (figura 5) localizado em salvador-Ba, na Estrada Velha do Aeroporto; Ano de Construção: 1935, Dimensões 190 x 15 m. Volume acumulável: 6.000.000 m³. Vazão Média Captada: 800 L s-1. Tipo de Adução: Gravidade ou recalque. Estação Elevatória: 03 Conjuntos motor-bomba de 400 cv. Adutora: Ø 900 (3,7 km) /750 mm (8,6 km) em ferro fundido. Destino: ETAs Bolandeira.
Em condições normais, a Estação Vieira de Mello recebe água bruta dos dois mananciais, sendo a maior contribuição da barragem do Joanes (figura 4). O Volume da água bruta que chega a estação é tratado sua qualidade é monitorada através de análises realizada a cada duas horas.
A partir do reservatório de Alta Carga que recebe contribuição das duas estações (ETA Vieira de Mello e Teodoro Sampaio) dá-se o bombeamento para o R7 e Duna através de outra linha de adução.
As duas estações de tratamento de água, Vieira de Mello e Teodoro Sampaio, estão relacionadas, no que diz respeito à medição da água bruta, ao processo, e a distribuição da água tratada. Apesar de não estar incluída no objeto deste estudo, algumas vezes a ETA Teodoro Sampaio será mencionada. Este trabalho foi desenvolvido apenas na ETA Vieira de Mello.
2.1 - Aspectos físicos da Estação de Tratamento Vieira de Mello
A figura 6 apresenta fotos das diferentes etapas do tratamento de água na Estação Vieira de Mello.
A estação de Tratamento é constituída por canal de coagulação (figura 6A), quatro floculadores com agitação mecânica (figura 6B), quatro decantadores tipo colméia (figura 6C), dez filtros rápidos com leito de areia de granulometria variada (figura 6D). Além destes, existe o decantador, o canal de descarga dos decantadores e filtros, tanque de contato para armazenagem de água clarificada e tanque coletor das descargas dos decantadores e da água de lavagem dos filtros, conhecido como zona morta. O sistema de decantação é formado por quatro decantadores de alta
Figura 6 - Fotos das Etapas do Tratamento de água na Estação VM. (a)Canal de mistura rápida/coagulação; (b) Floculação; (c) Decantação; (d) Filtração.
A
B
taxa, constituindo de módulos tubulares tipo “colméia”, com dutos de secção graduada de 0,05 m de lado, 0,693 m de comprimento e inclinação de 60º.
Na parte inferior dos módulos tubulares as células podem funcionar como sedimentadores de fluxo vertical, a uma taxa teórica de 110 a 145 m3 m-2 dia, correspondendo a uma área do decantador de 1960 m2.
A zona de lodo, fundo do decantador, é composta por dezoito troncos de pirâmides1 por célula de decantação, cujas paredes têm inclinação de 60º para permitir melhor concentração de lodo. A sua drenagem se faz hidraulicamente através de dois dutos de lodo situados no fundo de cada decantador, que recebe as contribuições de cada tronco de pirâmide1, daí enviando-a para o sistema de drenagem geral da Estação de Tratamento (ETA) Vieira de Mello através de suas tubulações de 500 m. Cada decantador é precedido por uma bacia de floculação, cada floculador é constituído por seis tanques contendo agitadores que operam à velocidade decrescente, contendo 06 câmaras de floculação em série (7 X 7m) e respectivos agitadores tipo palheta. A profundidade média da 1ª a 4ª câmara é de 3,1 m e da 5ª e 6ª câmara é de 3,9 m, o que dá um volume por bacia de 989,8 m3 e para quatro bacias de 3959,2 m3. Cada Câmara possui um sistema de agitação com eixo vertical e palheta permitindo um escalonamento de gradiente de 80 a 10 Seg-1. Após a decantação vem a filtração.
Na estação Vieira de Mello, o sistema de filtração é formado por dez filtros rápidos, de gravidade, com fundo falso em bloco cerâmico, o que está sendo substituindo por leito filtrante, tipo tubo ramificado (espinha de peixe)2.
O Leito de areia tem granulometria de 0,8 a 1,1 mm, coeficiente de uniformidade menor que 2,0 e sistema auxiliar de lavagem superficial por meio de tubulação fixa e providas de orifício e situadas acima do topo do meio filtrante. A área filtrante total é de 589,6 m2 o que permite uma taxa teórica de filtração média de 366 m3 m-2 dia -1
. Atualmente esta taxa é de 338 m3 m-2 dia-1.
Outras características físicas da Estação de tratamento Vieira de Mello se
2
Meio poroso utilizado na filtração para separação de impurezas em suspensão na água. A granulometria do material é definida pelo tamanho efetivo, coeficiente de uniformidade e porosidade.
1
É a porção limitada por uma base e por uma de suas seções planas, para sedimentar no sentido contrário ao fluxo de água causando agregação de flocos por contato entre eles, à medida que aumenta sua concentração no fundo.
encontram na tabela 1A, no anexo.
2.2. Produtos químicos usados na Estação de Tratamento de Água Vieira de Mello
A seguir são especificados e caracterizados os produtos químicos utilizados na ETA VM, para obtenção de água potável.
2.2.1. Sulfato férrico
O Sulfato Férrico é usado como agente coagulante, recebido e dosado na forma de Fe2 (SO4)3 a 42,4%. O Quadro 1 apresenta dados da especificação deste produto. Quadro 1 - Especificação química do Sulfato Férrico comercial usado na ETA VM.
Formulação Fe2(SO4)3 Peso molecular 400 Teor mínimo Fe 3+ ( em Fe2O3 ) ≥ 16,83 % Fe2( SO4)3 42,4 ± 0,6%
Teor máximo insolúvel 0,10%
Teor de acidez livre (H2SO4) -3,0 a +2,0%
Cor Marrom escuro
Densidade aparente (25 ºC) 1,53 a 1,60 ton m-3
Forma Líquido
pH da solução < 2,0
Substância ativa ∼119 g Fe Kg-1 ≈ 2,2 mol Kg-1
Consumo médio período (ago– nov/2011) 360.972 Kg Fonte: Brito e Santos, 2004 [17].
2.2.2 Cal hidratada
A Cal Hidratada (hidróxido de cálcio) é usada como agente alcalinizante, preparada e dosada como suspensão de cal na central da ETA Vieira de Mello. Quadro 2 apresenta dados de Especificação deste produto.
Quadro 2 - Especificação da Cal hidratada usada na ETA VM
Formulação Ca( OH )2
Peso molecular 74
Teor de Ca (OH )2 ≥ 85%
Cor Branca
Forma Pó
Consumo médio período (ago– nov/2011)
215.000 Kg
Fonte: Brito e Santos, 2004 [17].
2.2.3 Ácido fluorsilícico
O Ácido Fluorsilícico usado para fluoretação da água potável, para prevenção da cárie dentária, é recebido e dosado na forma de solução. É um líquido com coloração que varia de incolor a amarelo claro, fortemente ácido, de odor irritante, corrosivo e que irrita a pele com o contato. É um ácido ligeiramente volátil e requer cuidados para que seus vapores não sejam inalados.
O ácido Fluorsilícico empregado na Estação de Tratamento Vieira de Mello é fornecido em solução de 20 a 30% a granel, em carretas tanques de volumes
variáveis de 12 a 30 m3 e sua área de estocagem fica localizada na própria ETA, é composta de dois tanques de polipropileno de 25 m3. O quadro 3 apresenta dados de especificação deste produto usado na ETA VM
Quadro 3- Especificação do ácido fluorsilícico usado na ETA VM
Formulação H2SiF6 Peso molecular 144,08 Teor mínimo F- 19,8 a 23,1% Pureza comercial H2Si F6 25 a 30 % Cor Incolor Forma Líquido
Consumo médio período (ago– nov/2011) 19.035 Kg
Fonte: Brito e Santos, 2004 [17].
2.2.4 Cloro Líquido usado na ETA VM
O cloro líquido é fornecido em cilindros especiais de 900 Kg, sob pressão, com 99% de pureza. O quadro 4 apresenta dados de especificação deste produto.
Quadro 4 - Especificação do Cloro líquido usado na ETA VM
Formulação Cl2
Peso molecular 71
Pureza 99,95 %
Umidade < 40 mg L-1
Cor / cheiro Amarelo esverdeado / cheiro acre
Forma Líquido
Consumo médio período (ago– nov/2011) 33.819 Kg
A depender da qualidade da água bruta, principalmente em termos de matéria orgânica, organismos patogênicos, odor, etc., outros compostos podem ser usados para auxiliar o tratamento de água, tais como:
• Coadjuvantes - Polímero catiônico, capaz de dar origem a partículas mais densas, tornando os “FLOCOS” mais pesados, na etapa de floculação.
• Oxidantes - Oxidante mais comumente usado para remoção da cor da água é o cloro. Ele atua como oxidante de matéria orgânica sem produzir cheiro e gosto. No entanto, seu uso excessivo é desaconselhável, podendo formar trihalometanos, compostos cancerígenos, acima de 100 µg L-1 na água a ser distribuída à população. Para evitar este problema pode-se usar também outros oxidantes como, permanganato de potássio ou peróxido de hidrogênio, para a realização de pré-oxidação.
2.3 Etapas de tratamento de água na estação Vieira de Mello
2.3.1 Medida da vazão da água bruta
O processo de tratamento da água se inicia com a medida da quantidade de água bruta que chega à ETA. Esta é usada para determinar a vazão dos produtos químicos a serem aplicados e a produção de água tratada na unidade.
As medidas são realizadas a cada duas horas, através de leituras instantâneas e totalizadas dos macros medidores.
Utilizando a equação 1, calcula-se a vazão de água bruta que abastece a ETA Vieira de Mello (VM):
QVM = Qgravidade + ( QIpitanga Total - Q TS ) + ( QJoanes Booster - Q TS ) (equação1)
QVM = Vazão total de água bruta da ETA Vieira de Mello
Qgravidade= Vazão de água bruta que chega por gravidade a ETA VM QIpitanga Total = Vazão de água bruta do rio ipitanga que chega a ETA VM Q TS= Vazão total de água bruta da ETA Teodoro Sampaio
QJoanes Booster= Vazão de água bruta do rio Joanes Booster3 que chega ETA VM
Como a captação de água bruta é dividida para as duas estações, utiliza-se os medidores da Estação TS, para se saber por diferença a vazão de água bruta da estação VM.
2.3.2 Dosagem do coagulante
Conhecendo-se a vazão de água bruta que chega à Estação de Tratamento Vieira de Mello (ETA VM), é então realizado o ensaio de floculação usando-se teste de jarro4, segundo o procedimento padrão SGI.008.032.OMP/TB [17] da ETA VM. Este é o método empregado na ETA Vieira de Mello para dosar os produtos químicos usados no tratamento da água, com o objetivo de se obter a eficiência desejada de remoção das impurezas, de forma mais econômica.
Não há controle automático nas dosagens dos produtos químicos. A dosagem do coagulante é corrigida a partir de testes de jarro realizados periodicamente e no caso da alteração da qualidade da água. Análises, realizadas a cada duas horas corrigem o pH de floculação, o cloro residual e o teor de flúor na água, além da cor e turbidez.
3
Elevação que impulsiona uma certa quantidade de água para chegar na ETA, aumentando a carga hidráulica.
4
Ensaio para a determinação da dosagem ótima do coagulante e determinação de parâmetros básicos na elaboração de projeto de uma estação de tratamento de água.
2.3.3 Coagulação
Ao chegar à ETA, a água bruta recebe a substância coagulante (sulfato férrico), para anular/desestabilizar as cargas elétricas das impurezas, e alcalinizante (cal hidratada), para modificar o pH da água bruta e favorecer as reações de coagulação. Estes produtos, principalmente os coagulantes, são lançados em reservatório que recebe a água bruta em turbulência para permitir uma mistura homogênea e rápida. O sulfato férrico, coagulante cuja característica principal é o alto teor de Fe3+ (dissociação do sulfato férrico na água- reação 1) produz floculação e decantação extremamente mais eficientes do que os coagulantes tradicionais (sulfato de alumínio). Embora não seja do escopo desta dissertação o aprofundamento na denominada química aquosa do sulfato de férrico, algumas informações se fazem necessário. A cor das águas potabilizáveis deve-se, na maioria dos casos, à existência de soluções coloidais, constituídas de grande variedade de extratos vegetais. Entre os principais citam-se os taninos, ácido húmico e humatos, originários da decomposição da lignina. O humato férrico, algumas vezes presente, produz intensa coloração.
De forma abrangente a coagulação é a mudança físico-química de partículas coloidais de uma água, caracterizada especialmente por cor e turbidez, produzindo partículas que possam ser removidas em seguidas, por um processo físico de separação. As condições de pH ácido, energia suficiente, tempo curto, cerca de 1minuto, constitui algumas das características da mistura rápida. Ocorrem dois processos quase que instantaneamente, primeiro a desestabilização por adsorção e neutralização, onde os colóides são desestabilizados através da adsorção, em sua superfície, dos produtos do ferro, de carga oposta, ou seja, as partículas presentes na água bruta adsorvem, em sua superfície formas dissociadas do sulfato férrico capazes de neutralizá-las. Os cátions Fe3+ serão adsorvidos pelos colóides presentes na água bruta. O sulfato férrico precisa ser lançado energicamente contra as partículas, para que sejam capazes de atravessar as nuvens de cargas, também
positivas, que as cercam (dupla camada). Somente após atravessarem essas nuvens é que os íons metálicos poderão ser adsorvidos pelas partículas. As cargas negativas do colóide serão neutralizadas, então os colóides poderão aproximar-se um do outro e flocular. Caso os colóides não sejam desestabilizados pelas formas dissociadas do ferro, o hidróxido de ferro poderá desestabilizá-los, mas através de outro mecanismo, baseado na saturação e arraste dos colóides (segundo processo). Onde os colóides são desestabilizados através da saturação da água em tratamento com o gel hidróxido de ferro (reação 2 e 3), e arraste dos colóides aprisionados nesse gel, denomina-se desestabilização por varredura.
Na prática, os dois processos ocorrem combinados, é importante salientar, mais uma vez, o curto período de existência das formas dissociadas do sulfato de ferro na água. Decorrido esse tempo, grande parte do ferro passará a existir como hidróxido de ferro, sólido e precipitável. Desse modo, tem-se:
Fe2(SO4)3 + 6 H2O 2 Fe3+ + 6 OH- + 3 SO42- Dissociação do sulfato férrico na água (1)
Fe2(SO4)3 + 3 Ca(HCO3)2 2Fe(OH)3 + 3CaSO4 + 6 CO2 (2) Alcalinidade natural
Fe2(SO4)3 + 3 Ca (OH)2 2 Fe(OH)3 + 3 CaSO4 (3) Alcalinidade adicionada
2.3.4 Alcalinização
A cal hidratada é o alcalinizante utilizado no tratamento de água para consumo humano, nas etapas de ajuste do pH de floculação e correção do pH da água tratada.
A dosagem de alcalinizante na ETA Vieira de Mello é feita na forma de suspensão de cal. O preparo da suspensão de cal é realizado em tanques de concreto coberto sob agitação, de modo a evitar a sedimentação do produto e propagação na atmosfera da poeira de cal, durante a dispersão do produto na água.
Cal hidratada é um material finamente dividido, resultante da hidratação da cal virgem com água suficiente para estabelecer sua afinidade química. Consiste essencialmente de hidróxido de cálcio ou de uma mistura de hidróxido de magnésio, dependendo do tipo da cal virgem usada na extinção (reação 4) .
No processo, ocorre basicamente a seguinte reação química: CaO + H2O → Ca ( OH )2 (4)
(Cal virgem)
A dosagem de cal para a correção final do pH e para promover a coagulação de espécies químicas a serem separados da água, a exemplo de anions de ácidos graxos, é feita em laboratório, através do ensaio de saturação de carbonato, o qual também elimina CO2 da água.
Quando uma água corrosiva é admitida num encanamento, processa-se um ataque ao material ferroso e sua agressividade depende principalmente de vários fatores, como a relação entre o pH e alcalinidade e relação entre o gás carbônico livre e alcalinidade. Quanto menor a alcalinidade, maior será o pH necessário, para prevenir a corrosão.
A correção de pH realizada com álcalis neutraliza o gás carbônico e cria condição de estabilidade para o carbonato de cálcio presente na água, favorecendo a sua deposição nas paredes da tubulação, onde atua como camada protetora.
O CO2 na água tem características ácidas (reação 5) e sua presença em grandes quantidades aumenta a corrosividade da água, o que favorece a dissolução da camada protetora de CaCO3, desprotegendo, portanto, a tubulação. Para evitar que isto aconteça é feita a correção do pH da água tratada, pela adição de hidróxido de cálcio, que reage com a alcalinidade (expressa em Ca(HCO3)2, reação 7) e com o dióxido de carbono naturalmente presente na água e o resultante do processo de coagulação (reação 6).
2H2CO3 + Ca(OH)2 Ca(HCO3)2 + 2H2O (6) Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 2 CaCO3 + 2H2O (7)
Através da constante de solubilidade (Ks) do CaCO3 formado na reação 7, pode ser determinado o pH chamado de pH de saturação, isto é, o pH que a água apresenta quando não possui condição de dissolver o CaCO3.
Quando uma água ataca o ferro dizemos que ocorre o fenômeno da corrosão, o que determina a solubilização do metal, primeiramente na superfície e depois em profundidade. A corrosão do ferro, a grosso modo, pode ser explicada da seguinte forma: o metal, quando na natureza, geralmente é encontrado na forma de maior número de oxidação e o homem através de tratamento químico promove a sua redução (reação 8). Assim há uma tendência natural deste metal voltar à forma original, (reação 9).
Fe 3+ Fe0 , na siderurgia (8)
Fe0 Fe 3+ , em processos de corrosão (9)
No caso específico de tratamento de água, deve-se evitar a corrosão nas tubulações de ferro tanto pela vida útil das tubulações, quanto para evitar a passagem do metal para a água a ser consumida pela população. Por isso toda a água de abastecimento deve estar no pH de saturação, evitando-se assim problemas de corrosão e suas conseqüências nas tubulações que conduzem a água para população.
2.3.5 Floculação
É a união das partículas coaguladas e do material em suspensão na água formando partículas maiores e mais densas denominadas “flocos”.
O tempo e intensidade de agitação na floculação podem ser determinados pelo teste de jarro, em diferentes velocidades e tempo. Uma boa floculação é um grande
requisito para uma boa decantação, resultando na redução do trabalho dos filtros pela diminuição do volume de flocos efluentes do decantador. A boa floculação é efetivada a pH entre 7,5 e 8,5, estabelecido experimentalmente, na ETA VM.
2.3.6 Sedimentação ou decantação
É a etapa de separação dos sólidos ou partículas, já na forma de flocos, suspensos na água. Isso acontece nos decantadores onde são separados os flocos mais densos do que a água, por deposição para o fundo do decantador.
2.3.7.Filtração
A filtração da água consiste em fazê-la passar através de um material poroso capaz de reter ou remover alguma de suas impurezas.
Nos filtros da Estação de Tratamento de água (ETA) Vieira de Mello são usados areia e / ou antracito como materiais filtrantes. Com a passagem de água através de um leito filtrante verifica-se: a) remoção de materiais em suspensão e substâncias coloidais; b) alteração de características da água, principalmente, cor e turbidez; c) redução de bactérias e algas presentes.
Durante a filtração ocorre a ação mecânica de coar, a sedimentação de partículas sobre os grãos de areia e a floculação de partículas que estavam em formação pelo contato entre elas. O quadro 5 apresenta os componentes do filtro usado na ETA VM e suas respectivas definições.
Quadros 5 – Componentes do filtro usado na ETA VM e respectivas definições. Componentes Definição
Areia e Antracitro
Materiais formadores da camada filtrante, cuja granulometria é especificada em função da vazão.
Cascalho
Camada de sustentação da areia, composta de cascalho previamente selecionado de acordo com o diâmetro, de modo a evitar a passagem do material filtrante para os bocais distribuidores.
Fundo Falso
Laje onde são instalados os bocais (Difusores) uniformemente distribuídos, atualmente fabricada na forma de blocos perfurados de material plástico resistente, pré-moldados, montados no fundo do filtro.
Difusores
Bocais distribuídos a intervalos iguais por toda a laje que constitui o fundo falso, cuja função é recolher a água filtrada e distribuir uniformemente a água de lavagem.
Canaletas
Calhas cuja função é distribuir a água que vem dos decantadores para os filtros e recolher a água de lavagem dos mesmos, encaminhando-a para a descarga (esgoto).
Fonte: (Brito e Santos, 2004 [17].
2.3.8. Desinfecção
A desinfecção constitui uma medida que deve ser tomada em todos os sistemas de abastecimento, quer em caráter corretivo ou caráter preventivo, com objetivo de eliminar microorganismos patogênicos, causadores de enfermidades infecciosas no
homem, tais como febre tifóide, desinteria amebiana, cólera, etc. Esta operação pode ser efetuada mediante aplicação de cloro, ozônio, luz ultravioleta, etc. A operação usada geralmente é a cloração, por aplicação de cloro.
Mecanismo de Cloração
A cloração consiste na adição de cloro na água com a finalidade de desinfetar as águas, controlar odores e sabores e prevenir o crescimento de algas e microorganismos.
A função mais importante da cloração é a desinfecção, pois na água se encontram milhões de microorganismos responsáveis pela difusão de enfermidades originadas pela água.
Dois fatores extremamente importantes afetam o êxito da cloração, pois a destruição ou mortalidade de microorganismos está diretamente relacionada com os mesmos: o tempo de contato do cloro com a água e a quantidade de cloro usado. Por exemplo, para eliminar certo número de bactérias em 15 minutos é necessário mais cloro do que no tempo de 30 mim. Em outras palavras, à medida que o tempo de contato aumenta, necessita-se menos cloro para se lograr o mesmo efeito.
Outros fatores que também são importantes na cloração são: temperatura, pH e o tipo de cloro usado.
A temperatura afeta a ação desinfetante do cloro. Geralmente, quanto mais alta a temperatura, mais rápida é a desinfecção. O pH da água também afeta a ação desinfetante do cloro. À medida que o pH aumenta a partir de 7,0 até um valor em torno de 10,7 , se necessita tempos de contato maiores.
O cloro gasoso, dissolvido na água pura reage com ela formando ácido hipocloroso e ácido clorídrico (reação 10). O primeiro, por sua vez dissocia em íon hipoclorito e
íon hidrogênio (reação 11), reação que depende do pH da água, pois quanto maior o pH, maior é a formação de hipoclorito.
Cl2 + H2O HOCl + HCl (10) HOCl OCl- + H+ (11)
O somatório da concentração de cloro molecular, ácido hipocloroso e íon hipoclorito em solução recebem o nome de “cloro residual livre”.
A baixo valor de pH, o equilíbrio tende para o ácido hipocloroso (HOCl), sendo muito baixa a concentração do íon hipoclorito (OCl-). Esta situação é mais favorável e recomendada para formação do ácido hipocloroso, que possui um maior potencial germicida. Ao se elevar o pH, o equilíbrio tende para a formação do íon hipoclorito (OCl-) diminuindo então a concentração do ácido hipocloroso em solução.
Na prática, observa-se que a temperatura normalmente entre 20 e 30 ºC e pH da água por exemplo em sete, a desinfecção é mais favorável, uma vez que 75% do cloro é hidrolisado em ácido hipocloroso (HOCl). Em pH oito, na mesma situação, a percentagem do ácido hipocloroso é somente 25%. Portanto, o pH da água a tratar favorece a concentração do ácido hipocloroso em solução, favorecendo o objetivo do processo: maximizar e manter a eficiência da desinfecção. A Portaria 518 do Ministério da Saúde [18] recomenda que a cloração seja realizada em pH inferior a 8,0 e tempo de contato de 30 minutos.
O cloro é aplicado na ETA Vieira de Mello em teor 2,0 a 3,0 mg L-1 e após a desinfecção deve permanecer um mínimo de cloro residual de 0,5 mg L-1, sendo obrigatório a manutenção de, no mínimo 0,2 mg L-1 em qualquer ponto da rede de distribuição.
2.3.9 Fluoretação
A aplicação do flúor nas águas de abastecimento para prevenir a cárie dentária, foi iniciada em 1945, nos Estados Unidos da América do Norte. No Brasil o inicio deste procedimento foi introduzido pela Lei Federal nº 6050 de 24 de maio de 1974 [19], que dispõe sobre a fluoretação das águas em sistemas de abastecimento quando existir estação de tratamento, regulamentada pelo decreto nº 76.872 /75 [20].
A idéia de adicionar à água potável substâncias que poderão estar presentes tanto nela, quanto nos alimentos, com propósito de assegurar o adequado desempenho fisiológico do corpo humano, constitui uma nova finalidade do tratamento de água. Sabe-se que muitos elementos químicos contidas nos alimentos (os essenciais), são necessários à saúde. São exemplos disso o iodo, ferro, entre outros. Depois de exaustivas polêmicas, o flúor também foi acrescido a essa lista de elementos essenciais, conforme lei a lei Federal n° 6050 [19].
É evidente que toda e qualquer ingestão de substâncias, tanto na alimentação diária como na cura de algumas deficiências orgânicas, se dá sob um controle da quantidade pré-estabelecida. Sendo assim sabemos que a aplicação do flúor na água deve ser feita de tal forma que a mesma venha conter entre 0,6 a 0,8 mg L-1 ,conforme a portaria n° 635/BSB [21] e as normas climatológica [22], que determina a média da temperatura da cidade de Salvador, onde conforme a temperatura se estabelece a concentração de flúor na água, pois quanto mais quente a temperatura, maior ingestão de água, maior concentração de flúor ingerida, o que pode provocar a fluorose dentária (excesso de flúor). O máximo de flúor na água é de 1,5 mg L-1, segundo a portaria 518/04 do Ministério da Saúde [18].
Provavelmente a ação do flúor sobre os dentes acontece pela redução da solubilidade da parte mineralizada do dente, tornando-se mais resistente às bactérias; a ação do fluoreto na cavidade oral, favorece a inibição de processo enzimático, que dissolve as substâncias orgânicas, proteínas e o material
calcificante do dente inibindo o desenvolvimento de lactobacilos ácidophillue, e tornando o meio impróprio.
2.4 Parâmetros de qualidade da água controlados na ETA VM
2.4.1 Parâmetros biológicos
Na análise de Coliformes são consideradas as bactérias do grupo coliformes que são os principais indicadores de contaminação fecal. O grupo Coliforme é formado por um número de bactérias que inclui os gêneros Klebsiella, Escherichia, Serratia, Erwenia e Enterobactéria. Todas as bactérias Coliformes são gran-negativas manchadas, de hastes não esporuladas que estão associadas com as fezes de animais de sangue quente e com o solo.
A determinação da concentração dos Coliformes assume importância como parâmetro indicador da possibilidade da existência de microorganismos patogênicos, responsáveis pela transmissão de doenças de veiculação hídrica, tais como febre tifóide, febre paratifóide, desinteria bacilar e cólera.
Ecoli, segundo a portaria 518/2004 MS [18] são bactérias que resistem à temperatura de 44,5 ± 0,2°C em 24 horas, onde o principal membro é o Ecoli (Escherichia coli) existente no intestino humano como simples simbiontes, e que, sendo identificadas, configura contaminação recente.
2.4.2 Parâmetros Físicos
Os Sólidos sedimentáveis representam a matéria em suspensão que sedimenta num período de uma hora. Esta análise indica a quantidade de lodo que poderá ser removido por sedimentação nos decantadores.
A turbidez de uma amostra é o grau de atenuação de intensidade que um feixe de luz sofre ao atravessá-la devido à presença de sólidos em suspensão, tais como partículas inorgânicas (areia, silte, argila) e de detritos orgânicos, algas e bactérias, plâncton em geral, etc. Esta redução se dá por absorção e espalhamento, uma vez que as partículas que provocam turbidez nas águas são maiores que o comprimento de onda da luz branca, que corresponde a uma estreita faixa do espectro de radiação cujo o comprimento de onda se situa a 400-700 nm [23].
A importância da análise de cor é decorrente da presença de matéria orgânica, combinação de carbono, hidrogênio e oxigênio, algumas vêzes com o nitrogênio, originada da decomposição de plantas e animais, constituindo as chamadas substâncias húmicas.
Condutividade é uma das propriedades da água que expressa a capacidade que a água possui de conduzir corrente elétrica devido aos minerais nela presente. Sua determinação permite estimar, a quantidade de sólidos dissolvidos totais presentes na água [6].
2.4.3 Parâmetros Químicos
O pH (Potencial Hidrogeniônico) é importante por influir em diversos equilíbrios químicos que ocorrem naturalmente ou em processos unitários de tratamento de águas. O pH é um parâmetro importante em muitos estudos no campo do saneamento ambiental. A influência do pH sobre os ecossistemas aquáticos naturais dá-se diretamente devido a seus efeitos sobre a fisiologia das diversas espécies. Também o efeito indireto é muito importante, podendo, determinadas condições de pH contribuírem para a precipitação de elementos químicos tóxicos como metais pesados; outras condições podem exercer efeitos sobre a solubilidade de compostos e nutrientes. Como já foi visto, a desinfecção pelo cloro é outro processo dependente do pH. Em meio ácido, a dissociação do ácido hipocloroso
formando hipoclorito é menor, sendo este o processo mais eficiente. A própria distribuição da água final é afetada pelo pH. Sabe-se que as águas ácidas são corrosivas, enquanto que as alcalinas são incrustantes.
Alcalinidade é a capacidade que a água tem de neutralizar ácido forte, ou melhor, resistência que a água oferece à mudança de pH.
A análise de DQO (Demanda Química de oxigênio), que é a quantidade de oxigênio necessária para oxidação da matéria orgânica através de um agente químico, apresenta valores normalmente mais altos que os da DBO5,20 (Demanda Bioquímica de oxigênio), sendo o teste , para a primeira, realizado num prazo menor. O aumento da concentração de DQO num corpo d'água se deve principalmente a despejos de origem industrial. Sabe-se que o poder de oxidação do dicromato de potássio é maior do que o que resulta pela a ação de microrganismos, exceto raríssimos casos como hidrocarbonetos aromáticos e piridina. Observa-se que este parâmetro é importante no controle da eficiência do tratamento de águas residuais e na avaliação da qualidade das fontes de abastecimento.
A Dureza da água resulta da presença, principalmente, de sais alcalino terrosos (cálcio e magnésio) ou de outros metais, em menor intensidade. Estes sais em ordem decrescente de abundancia na água, são bicarbonatos, sulfatos, cloretos e nitratos. Causam sabor desagradável e efeitos laxativos. Reduzem a formação da espuma do sabão, aumentando o seu consumo. A dureza provoca incrustações nas tubulações e caldeiras [6].
O cálcio é encontrado em abundância na natureza, como CaCO3 e pode ser gerado pela eletrólise de haletos fundidos. O processo mais conveninente para se produzir pequenas quantidades deste metal é a redução de seus óxidos por metais redutores disponiveis. Aparece na água devido ao seu contato com rochas que contem esse elemento e ao escoamento superficial em áreas agrícolas e à descarga de águas residuais [24].
O magnésio nunca é encontrado na natureza sob forma metálica, por ser redutor ativo e reagir prontamente com diversos não metais. É muito abundante na natureza na forma de minerais rochosos como dolomita. Juntamente com o cálcio, na forma de sais, proporciona dureza a água [24].
O alumínio pode estar presente nos corpos de água como conseqüência da lixiviação de rochas ou como resultado de atividades industriais. As concentrações desse metal normalmente são baixas; porém valores superiores a 0,2 mg L-1 podem gerar gosto desagradável à água. Quando o residual de alumínio é alto e encontra-se dissolvido, pode haver formação de precipitado (encontra-se houver correção final de pH antes da reservação), causando a formação de incrustações nas paredes internas das tubulações da rede de distribuição [6].
O ferro solúvel está associado a bicarbonatos e cloretos; a presença de ferro não costuma causar problemas ao ser humano, porém, quando oxidado, traz sérios inconvenientes, com formação de precipitado [6]. O ferro, apesar de não se constituir em uma espécie tóxica, traz diversos problemas para o abastecimento público de água. Confere cor e sabor à água, provocando manchas em roupas e utensílios sanitários com formação de precipitado e favorecendo o crescimento da bactéria chrenotrix .Também traz o problema do desenvolvimento de depósitos em canalizações e de ferro-bactérias, provocando a contaminação biológica da água na própria rede de distribuição. Por estes motivos, o ferro constitui-se em padrão de potabilidade, tendo sido estabelecida a concentração limite de 0,3 mg L-1 pela Portaria 518/2004 do Ministério da Saúde [18]. É também padrão de emissão de esgotos e de classificação das águas naturais. No tratamento de águas para abastecimento, deve-se destacar a influência da presença de ferro na etapa de coagulação e floculação. As águas que contêm ferro caracterizam-se por apresentar cor elevada e turbidez baixa. Os flocos formados geralmente são pequenos, ditos "pontuais", com velocidades de sedimentação muito baixa.
O teor de manganês acarreta problemas semelhantes aos do ferro, porem é mais difícil de ser removido, pois a formação de precipitado (MnO2) ocorre em valores de
pH relativamente altos (superiores a 8). O manganês desenvolve coloração negra na água, podendo-se se apresentar nos estados de oxidação Mn2+ (forma mais solúvel) e Mn4+ (forma menos solúvel). A concentração de manganês mais baixa que 0,05 mg L-1 geralmente é aceitável em mananciais, devido ao fato de não ocorrerem, nesta faixa de concentração, manifestações de manchas negras ou depósitos de seu óxido nos sistemas de abastecimento de água. Raramente atinge concentrações de 1,0 mg L-1 em águas superficiais naturais e, normalmente, está presente em quantidades de 0,2 mg L-1 ou menos [25].
A ocorrência de cloretos pode ser natural (conforme a geologia ou de forma antrópica), pelo escoamento superficial de áreas cultivadas ou lançamentos de águas residuais domésticos e indústrias. O cloreto aumenta a condutividade elétrica da água e a capacidade de corrosão dos metais nas tubulações do sistema de distribuição. Tem-se observado, em casos especiais, em humanos a dificuldade de metabolizar o cloreto de sódio no organismo e de risco de hipertensão [6].
Cobre nas águas naturais não supera 20 µg L-1, porem, seu valor na água de consumo pode variar de 0,005 mg L-1 a 30 mg L-1 devido a corrosão no interior das tubulações. Efeitos organolépticos ocorrem quando o cobre dissolvido esta presente na água com concentração superior a 1,0 mg L-1 [6].
O níquel apresenta reatividade elevada, é um redutor um pouco mais fraco que o cobalto, resiste apreciavelmente à corrosão, pois recobre-se de uma fina camada protetora de óxido e reage somente com muita lentidão com agentes oxidantes [24]. Zinco é encontrado na água em forma de sais ou complexos orgânicos, sua concentração é mais alta em fontes de águas subterrâneas. Em função do pH do meio, concentração de dióxido de carbono e de alguns sais, seu valor pode atingir 24 mg L-1. Como é bastante utilizado em galvanoplastias na forma metálica e de sais tais como cloreto, sulfato, cianeto, etc. ocorrem envenenamentos massivos pela água de consumo humano. Confere sabor a água e certa opalescência á águas alcalinas [6].
Arsênio é encontrado como traços, em águas naturais principalmente através da dissolução de minerais, atividades relacionadas com a mineração e em descargas de águas industriais. Apresenta-se em forma oxidada e reduzida, dependendo do pH. Em concentrações em torno de 1,2 mg L-1 e acima, os indivíduos apresentam sintomas como dor abdominal e muscular, vômito, diarreia, fraqueza, entre outros sintomas [6].
Berílio, não é encontrado na natureza sob a forma metálica, por ser redutor ativo e reagir prontamente com diversos não metais. A fonte mais comum do berílio é o mineral de mesmo nome, Be2Al2(SiO3)6. É encontrado também em cerca de 30 minerais. Fumos ou vapores de berílio podem ser prejudiciais à saúde, causando doença respiratória aguda ou crônica. Sais solúveis de berílio podem produzir uma dermatite quando em contato com a pele [24].
Cádmio surge nos corpos de água pelo lançamento de águas residuais industriais e pelo escoamento de áreas cultivadas. Estudos com animais de laboratório indicaram a ocorrência de osteoporose pela ingestão de 10 mg L -1 Cd na água de consumo, além de efeitos danosos ao fígado, rim e sistema imunológico. Em humanos, a dosagem letal varia de 350 a 3500 mg, sendo o rim o órgão mais danificado [6].
Cromo é largamente empregado nas industriais, especialmente em galvanoplastia, onde a cromação é um dos revestimentos de peças mais comuns. Pode ocorrer como contaminante de águas sujeitas a lançamentos de efluentes de curtumes e de circulação de águas de refrigeração utilizadas em controle de corrosão. A forma hexavalente é mais tóxica do que a trivalente [25].
Chumbo aparece nas águas pela contaminação por descargas industriais ou contribuição atmosférica. Metal tóxico, bioacumulativo, provoca danos à saúde, tais como distúrbios mentais, tremor muscular, dor abdominal e danos aos rins até uma contaminação crônica conhecida como Saturnismo, que apresenta vários sintomas, alguns como, hipertensão, disfunção visual, retardo no crescimento de crianças e encefalopatia [6].
O vanádio está presente em cerca de 65 minerais diferentes, reage prontamente com oxigênio, carbono e nitrogênio a temperaturas elevadas, sendo de dificil preparação por meio de processos convencionais de redução. A contaminação por vanádio por humanos está quase sempre associada a processos industriais [24].
3. METODOLOGIA
Analisando os aspectos físicos, produtos químicos e etapas do tratamento da água, aplicou-se uma metodologia, para se obter dados qualitativos para posterior confecção dos blocos do resíduo (lodo) gerado na Estação de Tratamento de água Vieira de Mello, apresentada no fluxograma 1, o qual apresenta a metodologia geral utilizada desde a amostragem dos efluentes até os teste dos blocos.
3.1 Metodologia Amostral
3.1.1 Coleta das Amostras dos Decantadores e Filtros
Para o estudo qualitativo, foram realizadas, na própria ETA VM, coletas de amostras, conforme a ocorrência da descarga dos decantadores e da lavagem dos filtros no período de 12/08/2010 a 17/11/2010.
Os decantadores são descarregados com frequência bastante variável na ETA. A necessidade de descarga é definida pelo supervisor e/ou operador em função do escape de flocos. Diariamente, pelo menos quatro decantadores são descarregados para lavagem ou jateamento.
Os filtros são lavados a cada 12 horas, conforme roteiro pré-determinado. Em média, são lavados cerca de 10 filtros a cada 24 horas.
Fluxograma 1, para a obtenção das informações qualitativas e quantitativas do resíduo estudado e do produto final proposto.
Efluente da lavagem do decantador Efluente da lavagem do filtro Homogeneização Zona morta
Retirada do lodo úmido
Secagem em estufa 103-105 0C, por 3 dias Preparação de solução 8 g L-1 do lodo Pesagem de 450 g do lodo Composição da argamassa Lodo Seco Coleta do efluente no inicio, meio e fim
de cada lavagem
Análises: física, química
e biológica Coleta do efluente
no inicio, meio e fim de cada lavagem Homogeneização Análises: física, química e biológica Retirada de amostra Retirada de amostra Determinação de Metais e semi-metal Ensaio de lixiviação
Confecção dos Blocos Homogeneização
Teste de Resistência compressão
Teste de Absorção de umidade
As descargas dos decantadores e parcela da água de lavagem dos filtros não recuperada, mais o resíduo da solução de cal, são lançados na zona morta (reservatório onde se concentra o resíduo sólido, o lodo gerado da água de jateamento e/ou descarga dos decantadores e lavagem dos filtros). A referida parcela da água de lavagem dos filtros existe na estação de tratamento de água Vieira de Mello, pelo fato da água de lavagem dos filtros proporcionar uma formação de flocos maiores e mais densos, com consequente redução de coagulante e alcalinizante. Essa água retorna para a etapa de coagulação e segue todas as etapas do tratamento convencional, bem como uma pré-desinfecção, por causa dos microorganismos patogênicos presentes na água de recirculação.
Parte do lodo produzido na ETA VM, o resíduo sólido, classificado assim pela ABNT NBR 10004/2004 [26], fica concentrado na zona morta, e outra parte segue para a Estação Elevatória do Saboeiro, no Parque da Bolandeira, Boca do Rio. Esta é responsável por enviar todos os esgotos coletados nas bacias de esgotamento atendidas pelo sistema ECP (Estação de Condicionamento Prévio), situada na colina da comunidade do Bate Facho, na Avenida Jorge amado, para o sistema de Disposição Oceânica Jaguaribe, na Boca do Rio.
Foram realizadas coletas na ETA VM em três momentos: no início, meio e fim de cada lavagem do decantador e do filtro, separadamente. As amostras compostas foram homogeneizadas em balde de 100 L e daí retirada uma sub-amostra que era encaminhada para o laboratório Central da EMBASA-OPTQ, para determinação de pH, condutividade, turbidez, cor, DQO, alcalinidade, dureza, sólidos sedimentáveis, ecoli, coliformes totais, e análise de metais, como manganês, magnésio, níquel, zinco, cálcio, cloreto, cobalto, cobre, cromo, ferro, conforme mostram as tabelas 4 e 5, no anexo, com os resultados obtidos. Estes parâmetros foram escolhidos de modo a obter informações que possibilitem um direcionamento na sua aplicabilidade de modo a preservar o meio ambiente, conhecer a matriz de estudo destes dois processo (decantação e filtração) bem como investigar o grau de discordâncias com o Conselho Nacional do Meio Ambiente – CONAMA, Resolução n.º 357/05 [27].
