ESCOLA SUPERIOR DE TECNOLOGIA E GESTÃO INSTITUTO POLITÉCNICO DA GUARDA
Projecto Ambiental
R E L ATÓ R I O D E P R O J E C TO E M C O N T E X TO D E E S TÁ G I O
Curso Engenharia do Ambiente Unidade Curricular Projecto Ambiental
Ano Lectivo 2008/2009
Docente Pedro Miguel dos Santos Melo Rodrigues Alunos 7335 – André Santos
7182 – Patrícia Pereira Data 30 de Setembro de 2009
A água é um bem essencial à vida e à sobrevivência dos seres vivos mas um bem escasso que urge racionar e reaproveitar, havendo vários métodos para o seu tratamento.
Por ser essencial e existirem reservas limitadas, a água é cada vez mais estratégica. Discute-se o seu uso racional, a sua temida e aparentemente inevitável escassez e a degradação das suas reservas, pois dela depende a qualidade de vida no planeta.
i
ÍDICE DE TEXTO
Acrónimos Resumo/Abstract
CAPÍTULO I – Introdução
I.1 – Águas do Zêzere e Côa – Grupo Águas de Portugal
CAPÍTULO II – ETA da Senhora do Desterro – Seia II.1 – Sistema de tratamento
II.2 – Descrição do funcionamento II.2.1 – Adução
II.2.2 – Pré-oxidação
II.2.3 – Torre de contacto de dióxido de carbono II.2.4 – Câmara de mistura rápida
II.2.5 – Floculadores II.2.6 – Decantadores II.2.7 – Filtros de areia
II.2.8 – Reservatório de água filtrada II.2.9 – Cisterna de água tratada
II.2.10 – Reservatório elevado de água de lavagem II.2.11 – Reservatório de água suja
II.2.12 – Espessador II.2.13 – Desidratação
II.3 – Rede de abastecimento de água
CAPÍTULO III – Actividades desenvolvidas III.1 – Controlo analítico
III.1.1 – pH III.1.2 – Turvação III.1.3 – Cloro III.1.4 – Alumínio
III.1.5 – Ferro e Manganês
viii 1 3 5 5 8 8 8 10 10 11 11 12 14 14 14 15 15 16 17 18 18 19 21 24 27 28
ii
III.2 – Energia
III.3 – Gestão de stock III.4 – Rupturas
CAPITULO IV – Dimensionamento
IV.1 – Dimensionamento de um reservatório de apoio à cisterna de água tratada IV.1.1 – Cálculo do caudal médio horário
IV.1.2 – Cálculo da População IV.1.3 – Cálculo do Factor de ponta IV.1.4 – Capacidade do Reservatório
IV.1.4.1 – Capacidade de regularização dos consumos IV.1.4.2 – Capacidade total do reservatório
IV.1.5 – Forma e Materiais IV.1.6 – Dimensões
IV.2 – Produção de energia
COCLUSÕES BIBLIOGRAFIA 29 30 31 33 33 33 34 34 36 36 38 40 40 41 43 44
iii
ÍDICE DE AEXOS
AEXO I – Tabelas de registos diários AI.1 – Controlo do processo de tratamento AI.2 – Avaliação do processo de tratamento AI.3 – Controlo do stock de reagentes AI.4 – Tabela de conversão (metros – litros) AI.5 – Registo de ocorrências diárias
AI.6 – Registos da rede e dos reservatórios AI.7 – Ficha de recepção de materiais
AEXO II – Resultados diários do controlo analítico AII.1 – pH
AII.2 – Turvação AII.3 – Cloro livre AII.4 – Dióxido de cloro AII.5 – Alumínio
AII.6 – Ferro AII.7 – Manganês
AEXO III – Resultados diários do controlo do stock de reagentes AIII.1 – Stock do dióxido de carbono
AIII.2 – Stock do ácido clorídrico AIII.3 – Stock do clorito de sódio AIII.4 – Stock do hipoclorito de sódio
AEXO IV – Caudais e energia
AIV.1 – Volumes de água acumulados AIV.2 – Consumos energéticos
45 46 47 48 51 52 53 54 55 56 64 72 80 82 85 85 86 87 88 89 90 91 92 93
iv
ÍDICE DE FIGURAS
Figura I.1 – Abastecimento de água e saneamento de águas residuais em Portugal Continental
Figura II.1 – Esquema de funcionamento da ETA da Senhora do Desterro (São Romão) Figura II.2 – Adução de água bruta à ETA
Figura II.3 – Reactor do ClO2
Figura II.4 – Analisador do ClO2
Figura II.5 – Torre de contacto do CO2
Figura II.6 – Câmara de mistura rápida Figura II.7 – Floculadores
Figura II.8 – Decantadores Figura II.9 – Filtros de areia
Figura II.10 – Reservatório de água filtrada Figura II.11 – Reservatório elevado
Figura II.12 – Espessador de lamas
Figura II.13 – Rede de reservatórios abastecidos pela ETA da Senhora do Desterro
Figura III.1 – Sonda de pH Figura III.2 – Turbidímetro Figura III.3 – Espectrofotómetro Figura III.4 – Detecção da ruptura
Figura III.5 – Remoção de terras para reparação da conduta Figura III.6 – Substituição da conduta danificada
Figura III.7 – Conduta reparada
3 7 8 9 9 10 10 11 12 12 14 14 15 17 19 21 25 32 32 32 32
v
ÍDICE DE GRÁFICOS
Gráfico III.1 – Valores de pH ao longo do processo de tratamento nos meses de Maio, Junho, Julho e Agosto de 2009, respectivamente
Gráfico III.2 – Valores de pH na água tratada e respectivos limites lei
Gráfico III.3 – Valores de turvação ao longo do processo de tratamento nos meses de Maio, Junho, Julho e Agosto de 2009, respectivamente
Gráfico III.4 – Valores de turvação na água tratada e respectivos limites lei Gráfico III.5 – Eficiência dos filtros de areia
Gráfico III.6 – Valores de cloro livre após desinfecção final nos meses de Maio, Junho, Julho e Agosto de 2009, respectivamente, e respectivos limites lei
Gráfico III.7 – Concentração de alumínio na água filtrada nos meses de Julho e Agosto, e respectivo valor máximo permitido por lei
Gráfico III.8 – Concentração de ferro no mês de Julho e respectivo valor máximo permitido por lei
Gráfico III.9 – Concentração de manganês no mês de Julho e respectivo valor máximo permitido por lei
Gráfico III.10 – Energia activa consumida nos meses de Maio, Junho, Julho e Agosto Gráfico III.11 – Consumo de reagentes em Julho e Agosto de 2009, respectivamente.
Gráfico IV.1 – Diagrama de consumos (factor de ponta 2.4) Gráfico IV.2 – Diagrama de consumos
Gráfico IV.3 – Diagrama de consumos totais acumulados vs aduzidos acumulados Gráfico IV.4 – Diagrama de cherre
Gráfico IV.5 – Diagrama dos consumos totais acumulados vs aduzidos acumulados com avaria
Gráfico IV.6 – Diagrama de cherre (adução com avaria)
20 21 22 23 24 26 27 28 28 29 30 35 36 37 38 39 39
v i
ÍDICE DE TABELAS
Tabela II.1 – Lavagem dos filtros de areia da ETA
Tabela III.1 – Valores limites pretendidos no controlo analítico
Tabela IV.1 – População por concelho, censos 2001 Tabela IV.2 – Consumos horários
Tabela IV.3 – Consumos e adução acumulados
Tabela IV.4 – Consumos acumulados e adução acumulada com avaria
Tabela AII.1 – Valores diários do controlo analítico do pH (Maio 2009) – Parte 1 Tabela AII.2 – Valores diários do controlo analítico do pH (Maio 2009) – Parte 2 Tabela AII.3 – Valores diários do controlo analítico do pH (Junho 2009) – Parte 1 Tabela AII.4 – Valores diários do controlo analítico do pH (Junho 2009) – Parte 2 Tabela AII.5 – Valores diários do controlo analítico do pH (Julho 2009) – Parte 1 Tabela AII.6 – Valores diários do controlo analítico do pH (Julho 2009) – Parte 2 Tabela AII.7 – Valores diários do controlo analítico do pH (Agosto 2009) – Parte 1 Tabela AII.8 – Valores diários do controlo analítico do pH (Agosto 2009) – Parte 2 Tabela AII.9 – Valores diários do controlo analítico da turvação (Maio 2009) – Parte 1 Tabela AII.10 – Valores diários do controlo analítico da turvação (Maio 2009) – Parte 2 Tabela AII.11 – Valores diários do controlo analítico da turvação (Junho 2009) – Parte 1 Tabela AII.12 – Valores diários do controlo analítico da turvação (Junho 2009) – Parte 2 Tabela AII.13 – Valores diários do controlo analítico da turvação (Julho 2009) – Parte 1 Tabela AII.14 – Valores diários do controlo analítico da turvação (Julho 2009) – Parte 2 Tabela AII.15 – Valores diários do controlo analítico da turvação (Agosto 2009) – Parte 1 Tabela AII.16 – Valores diários do controlo analítico da turvação (Agosto 2009) – Parte 2 Tabela AII.17 – Valores diários do controlo analítico do cloro livre (Maio 2009) – Parte 1 Tabela AII.18 – Valores diários do controlo analítico do cloro livre (Maio 2009) – Parte 2 Tabela AII.19 – Valores diários do controlo analítico do cloro livre (Junho 2009) – Parte 1 Tabela AII.20 – Valores diários do controlo analítico do cloro livre (Junho 2009) – Parte 2 Tabela AII.21 – Valores diários do controlo analítico do cloro livre (Julho 2009) – Parte 1 Tabela AII.22 – Valores diários do controlo analítico do cloro livre (Julho 2009) – Parte 2 Tabela AII.23 – Valores diários do controlo analítico do cloro livre (Agosto 2009) – Parte 1
13 19 34 35 37 38 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78
v ii
Tabela AII.24 – Valores diários do controlo analítico do cloro livre (Agosto 2009) – Parte 2 Tabela AII.25 – Valores diários do controlo analítico do dióxido de cloro (Julho 2009) Tabela AII.26 – Valores diários do controlo analítico do dióxido de cloro (Agosto 2009) Tabela AII.27 – Valores diários do controlo analítico do alumínio (Julho 2009) – Parte 1 Tabela AII.28 – Valores diários do controlo analítico do alumínio (Julho 2009) – Parte 2 Tabela AII.29 – Valores diários do controlo analítico do alumínio (Agosto 2009) – Parte 1 Tabela AII.30 – Valores diários do controlo analítico do alumínio (Agosto 2009) – Parte 2 Tabela AII.31 – Valores diários do controlo analítico do ferro (Julho 2009)
Tabela AII.32 – Valores diários do controlo analítico do manganês (Julho 2009)
Tabela AIII.1 – Valores diários do controlo de stock de dióxido de carbono Tabela AIII.2 – Valores diários do controlo de stock de ácido clorídrico Tabela AIII.3 – Valores diários do controlo de stock de clorito de sódio Tabela AIII.4 – Valores diários do controlo de stock de hipoclorito de sódio
Tabela IV.1 – Leituras diárias dos totalizadores de caudais Tabela IV.2 – Leituras diárias dos totalizadores enegéticos
79 80 81 82 83 83 84 85 85 87 88 89 90 92 93
v iii ACRÓIMOS DR ETA RGSPPDADAR VML VmL VMR VmR Decreto Regulamentar
Estação de Tratamento de Água
Regulamento Geral de Sistemas Públicos e Prediais de Distribuição de Água e de Drenagem de Águas Residuais
Valor máximo permitido por lei
Valor mínimo permitido por lei
Valor máximo recomendado
RESUMO
Com o objectivo de obter aprovação na disciplina de Projecto Ambiental do curso de Engenharia do Ambiente, frequentada no Instituto Politécnico da Guarda, foi-nos proposto a realização de um projecto em contexto de estágio na Estação de Tratamento de Água da Senhora do Desterro concessionada pela empresa Águas do Zêzere e Côa do grupo Águas de Portugal.
O estágio decorreu no período de 4 de Maio a 19 de Agosto de 2009 (15 semanas), no qual tínhamos que controlar todo o processo da ETA, desde o seu correcto funcionamento até ao controlo analítico do processo de tratamento.
ABSTRACT
With the objective to achieve approval in the discipline of Environmental Project, frequented in the Polytechnic Institute of Guarda, we had a proposal to realize a project in training context in the Senhora do Desterro Water Treatment Plant (WTA).
The training period was since May 4 until 19 August (fifteen weeks), where we had to control the WTA’s process/operation, whose principal activities had been to assure its correct working and analytic control.
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CAPÍTULO I - Introdução
Na natureza a água está em permanente movimento cíclico – ciclo natural da água ou ciclo hidrológico. Por acção do calor solar, a água da superfície terrestre evapora-se; na atmosfera condensa-se formando nuvens; regressa à Terra sob a forma de chuva, neve ou granizo escoando-se para os rios e mares e, por infiltração no terreno, vai constituir reservas subterrâneas. O ciclo hidrológico é factor determinante na quantidade de água disponível para utilização pelo Homem.
O tratamento da água tem como objectivo assegurar a sua potabilidade, ou seja, proteger a saúde pública tornando-a tão agradável à vista e ao paladar quanto possível, e evitar a destruição dos materiais do sistema de abastecimento de água.
O tipo de tratamento de água indispensável em sistemas públicos é a desinfecção, que conduz à destruição dos microrganismos patogénicos (transmissores de doenças) eventualmente existentes. Este tratamento é aplicável mesmo quando a água captada não está contaminada, com o objectivo de prevenir efeitos nocivos de possíveis contaminações no sistema de transporte (adução) e utilização até ao consumidor (distribuição).
Os outros tipos de tratamento mais frequentemente necessários contemplam a correcção de acidez, a remoção de ferro e manganês, de turvação e de cheiros ou sabores. Outro tipo de tratamento relevante, embora pouco usado em Portugal pelo seu custo elevado e pelas características naturais das nossas águas, é a correcção de dureza (presença de cálcio e magnésio na água).
É ainda de referir a relevância da correcta gestão dos recursos hídricos, nomeadamente pelos impactes (ambientais e de saúde pública) negativos da descarga de águas residuais não tratadas no meio receptor e, em particular, a montante de captações de água para abastecimento público. A água de abastecimento é uma água potável distribuída aos consumidores através de uma rede de distribuição pública.
Segundo a sua origem (tipo de captação), a água pode ser subterrânea ou superficial. A água subterrânea está infiltrada no subsolo e pode ser captada de várias formas: por nascente, por galerias drenantes, por furos e poços até ao nível freático, ou por bombagem onde existe água acumulada. A água superficial é captada nos rios, canais, ribeiras, lagos, bacias de retenção e albufeiras.
2
Qualquer que seja a sua origem, raramente a água captada no meio natural pode ser distribuída sem tratamento – Estação de Tratamento de Águas (ETA).
As entidades produtoras orientam as suas escolhas preferencialmente para origens que naturalmente apresentem a melhor qualidade possível, a fim de minimizar os custos de tratamento e consequentemente o preço final da água distribuída, e o maior caudal de captação possível.
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I.1 – Águas do Zêzere e Côa – Grupo Águas de Portugal
Em Portugal, o grupo Águas de Portugal – AdP participa num conjunto de empresas que, em parceria com os municípios, prestam serviço a cerca de 70 por cento da população portuguesa.
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O Sistema Multimunicipal do Alto Zêzere e Côa foi criado a 4 de Julho de 2000, com o objectivo de satisfazer as necessidades da população da região, ao nível da quantidade e da qualidade da água e de aumentar os níveis de tratamento de águas residuais.
A sua concessão foi atribuída, por um período de 30 anos, à Águas do Zêzere e Côa, empresa do grupo Águas de Portugal, Associação de Municípios da Cova da Beira e pelos Municípios de Almeida, Belmonte, Figueira de Castelo Rodrigo, Fundão, Guarda, Manteigas, Mêda, Penamacor, Pinhel e Sabugal, os quais são, simultaneamente, accionistas e utilizadores do Sistema.
Após a aprovação por despacho Ministerial nº 181/2003, de 3 de Setembro de 2003, publicado no DR 129 219 – 2ª série, de 22 de Setembro de 2003, a área de intervenção da Águas do Zêzere e Côa, foi alargada aos Municípios do Mondego Superior Sul, nomeadamente, Aguiar da Beira, Celorico da Beira, Fornos de Algodres, Gouveia, Oliveira do Hospital e Seia.
A solução técnica do abastecimento de água, já desenvolvida ou em fase de execução, visa aumentar a fiabilidade diminuir a quantidade de origens de água utilizadas, melhorar a qualidade da água distribuída aos municípios utilizadores, controlar a quantidade da água fornecida, contribuir para a redução das perdas de água e melhorar a eficácia e a eficiência do serviço prestado.
No saneamento de águas residuais pretende-se aumentar os níveis de atendimento da população servida com tratamento, adequar as condições de descarga à qualidade da água pretendida para o meio receptor e aumentar a eficácia e a eficiência do serviço prestado.
A Águas do Zêzere e Côa é, desta forma, uma empresa que integra as actividades de abastecimento de água para consumo público e a recolha, tratamento e rejeição de efluentes urbanos, com o objectivo de promover a requalificação ambiental e o desenvolvimento da região do interior centro.
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CAPÍTULO II – ETA da Senhora do Desterro – Seia
A ETA da Senhora do Desterro é uma infra-estrutura já existente e que teve origem num projecto de execução da autoria da Hidroprojecto em 1976. O caudal nominal então considerado foi de
160 m3/h tendo-se previsto uma 2ª fase – projecção de 20 anos – que a produção passa-se para
250 m3/h. No entanto não foram realizadas as obras correspondentes à 2ª fase, pelo que o caudal
de dimensionamento da obra manteve-se nos 160 m3/h.
No âmbito de uma expansão da capacidade de produção da instalação, foi executada a nova ETA da Senhora do Desterro, tendo sido dimensionada para um caudal de 680 m3/h. Desta forma a
capacidade total da ETA será de 840 m3/h (160 m3/h + 680 m3/h). Desta forma prevê-se que no
horizonte de projecto a ETA abasteça uma população de cerca de 86 000 habitantes e que as
necessidades no ano de arranque rondem os 640 m3/h e que atinjam os 800 m3/h no horizonte de
projecto.
Os objectivos de tratamento da ETA da Senhora do Desterro são os definidos no Decreto-Lei Nº 306/2007, de 27 de Agosto. Este diploma define os valores paramétricos obrigatórios aplicáveis à água destinada ao consumo humano, assim como os parâmetros indicadores, para efeitos de controlo da água em geral, e do abastecimento das medidas correctivas e restrições de utilização.
II.1 – Sistema de tratamento
A captação de água bruta é efectuada a partir de uma represa e a adução desta à ETA é feita graviticamente.
A estação de tratamento de água inclui as operações de pré-oxidação com dióxido de cloro, recarbonatação, coagulação/floculação, decantação lamelar, filtros de areia e desinfecção final com hipoclorito de sódio antes da entrada na cisterna de água tratada.
A ETA possui ainda um sistema de controlo centralizado que permite uma melhor operação das instalações, gestão de alarmes e elaboração de relatórios de operação. A estação de tratamento está preparada para funcionar em contínuo durante os doze meses do ano, função das necessidades de produção de água tratada.
A linha de lamas é composta por um reservatório elevado de água de lavagem dos filtros, por um reservatório de água suja, um espessador e por um sistema de desidratação das lamas. As lamas procedentes do reservatório elevado e das lamas purgadas dos decantadores misturam-se no reservatório de água suja, sendo posteriormente bombeadas para o espessador de lamas para
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depois serem mecanicamente desidratadas num filtro prensa. As escorrências que resultam do espessador e da desidratação são conduzidas ao reservatório elevado de água de lavagem.
O esquema de tratamento da ETA (Figura II.1) é assim constituído pelas seguintes operações: Fase líquida
Pré-oxidação com dióxido de cloro
Equilíbrio calco-carbónico com acidificação da água seguida de remineralização Coagulação/Floculação
Decantação Filtração
Reserva de água filtrada para lavagem dos filtros Desinfecção
Recolha da água tratada na cisterna da ETA
Fase sólida
Purga de lamas dos decantadores
Recolha da água de lavagem dos filtros com reaproveitamento de cerca de 2/3 do volume e rejeição do volume final de 1/3.
Elevação da água suja para o espessador Espessamento de lamas
7
8
II.2 – Descrição do funcionamento
II.2.1 – Adução
A adução de água bruta à ETA está provida de uma válvula reguladora de caudal que limitará o mesmo ao respectivo caudal nominal. A adução comporta igualmente uma válvula de seccionamento com actuador pneumático que cortará o escoamento quando a cisterna de água tratada atinge o nível de pleno armazenamento – cota 775,05 – e que abre quando o nível da cisterna se reduz a 1/3 da sua capacidade – cota 773,35.
Para o transporte de água bruta graviticamente à ETA existem duas adutoras DN 200 e DN 400 para a adução do caudal de 680 m3/h.
A entrada de água é dotada também de medidor de caudal electromagnético com o objectivo de registar o caudal instantâneo e o volume
acumulado da água aduzida á ETA.
Na tubagem de adução de água à ETA encontra-se colocada em linha uma sonda de pH e uma de turvação, todos estes parâmetros estão a ser monitorizados em contínuo e a serem registados no sistema de supervisão, como se pode ver na figura II.2.
II.2.2 – Pré-oxidação
A pré-oxidação destina-se a eliminar na água bruta a matéria orgânica que, de outro modo, poderia colmatar os filtros ao provocar o desenvolvimento microbiológico sobre o suporte de areia.
O dióxido de cloro é um agente desinfectante potente que é produzido “in situ”. Existe uma unidade compacta para a produção do dióxido de cloro que é alimentada a partir dos reservatórios do clorito de sódio e de ácido clorídrico, sem armazenamento de dióxido de cloro.
O H aCl ClO HCl aClO2 4 4 2 2 2 5 + → + +
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O sistema de pré-oxidação por dióxido de cloro possui propriedades algicidas excepcionais, no caso de estas proliferarem no verão, sendo, também, um oxidante com grande poder descolorante e desodorizante.
Encontra-se instalado na sala de reagentes um módulo de produção e dosagem do dióxido de cloro com 1500 g.h-1 de capacidade. O reactor de dióxido de cloro (figura II.3) encontram-se num compartimento individualizado na sala de reagentes, enquanto o clorito de sódio e o ácido clorídrico, necessários à sua produção ficam localizados no exterior. A produção do dióxido de cloro é efectuada no edifício e, requer:
Armazenamento de clorito de sódio e sistema de alimentação; Armazenamento de ácido clorídrico e sistema de alimentação; Gerador de dióxido de cloro;
Tubagens de alimentação para o dióxido de cloro, bem como o equipamento de dispersão.
A dosagem do reagente realiza-se em linha, na tubagem de entrada de água na câmara de pré-oxidação.
O controlo da dosagem é efectuado automaticamente, por meio da sonda de dióxido de cloro (Figura II.4) instalada à saída da câmara de
pré-oxidação (câmara de contacto com o ClO2).
O volume da câmara correspondente a um período de retenção de 20 minutos, na qual a circulação da água se faz por passagem inferior e superior a ecrãs consecutivos.
A saída da câmara de contacto de ClO2 é dotada de parede descarregadora no sentido de manter
o nível mínimo da água naquela câmara.
Figura II.3: Reactor do ClO2.
1 0 II.2.3 – Torre de contacto de dióxido de carbono
A adição de CO2 visa o equilíbrio calco-carbónico da água bruta.
A torre (Figura II.5), com planta circular de 4 m de diâmetro, dispõe de câmara interior
concêntrica para difusão de CO2 através de uma mangueira
microporosa.
O tanque, o gasificador atmosférico, o quadro de fluidos e equipamentos de regulação estão instalados em recinto vedado por rede.
Na câmara à saída das câmaras de mistura rápida (a montante do floculador) está instalada uma sonda de pH. A injecção de CO2 é regulada para leituras naquela sonda de valores de pH entre 7 e 7,5.
II.2.4 – Câmaras de mistura rápida
Depois da acidificação, a subida do pH será obtida através do chuveiro de leite de cal introduzido na primeira câmara de mistura rápida. A segunda câmara comunica com a primeira por rasgo na base. Na segunda câmara é introduzido o coagulante, sendo usado como reagente o polihidroxiclorosulfato de alumínio.
Podem-se ver na figura acima os dois electroagitadores (amarelos) junto aos quais se dá o doseamento de cal (direita) e de coagulante (esquerda).
Figura II.5: Torre de contacto do CO2.
1 1 II.2.5 – Floculador
Após a mistura rápida segue-se a floculação, este órgão possui um sistema de agitação que promove uma mistura lenta, favorecendo assim a formação de flocos de maior dimensão, que são mais facilmente decantados.
O tempo de retenção da água no floculador foi fixado em 20 minutos. Esse período de tempo é conseguido com câmaras de 3,5m x 3,5m e 3 metros de altura útil dispostos da seguinte maneira: duas séries de câmaras em paralelo, sendo cada série constituída por 3 células em série como se pode ver na figura II.7. A
separação entre células é efectuada por ecrãs com furação na base (3 furos), nos
quais é garantida uma
velocidade máxima de 25 cm/s.
II.2.6 – Decantadores
Este tipo de órgão permite um regime laminar na zona onde se processa a sedimentação evitando assim, a formação de curtos circuitos que poderiam arrastar os flocos de pequenas dimensões e de fracas densidades.
O decantador (Figura II.8) recebe a água vinda do pré-tratamento, onde esta depois de clarificada é recolhida num canal de carga que alimenta os filtros de areia. As lamas sedimentadas são descarregadas por abertura de uma válvula de cunha pneumática e conduzidas directamente ao espessador.
A separação dos flocos da água é feita num decantador lamelar (existem duas linhas) e são constituídos por um órgão de lamelas com escoamento ascendente (entrada da água pela parte inferior e saída pela superior).
A base dos decantadores é formada por 8 tremonhas nas quais se depositarão as lamas sedimentadas. A extracção das lamas é efectuada hidraulicamente através de condutas de drenagem, uma para cada tremonha. A saída de cada uma dessas condutas é ligada a um colector longitudinal. Todas as saídas têm intercaladas uma válvula de seccionamento. A saída do colector longitudinal dispõe de uma válvula de seccionamento de DN 150 com actuador
1 2
pneumático, cujo comando permite a extracção de lamas. As condições de menor perturbação do funcionamento do decantador seriam a extracção contínua de lamas. A impossibilidade prática desse procedimento, aconselha a diminuir os intervalos entre descargas. Uma vez que a lavagem dos filtros implica o arranque dessa operação a cada 3 horas (lavagem de 8 unidades em 24 h), usar-se-á essa periocidade para a extracção das lamas do decantador, sendo estas encaminhadas para o reservatório elevado de água de lavagem.
II.2.7 – Filtros de areia
A água decantada é descarregada sobre filtros de areia, atravessa a camada filtrante, sendo posteriormente enviada para os reservatórios a jusante.
A filtração é constituída por uma bateria de 8 filtros (4 filtros + 4 filtros, ou seja, duas linhas) fechados horizontais. As válvulas à entrada e saída de cada filtro e as três válvulas do circuito de lavagem são todas munidas de actuadores pneumáticos para a operação automática do funcionamento normal dos filtros e da lavagem sequencial a ar e água.
Figura II.9: Filtros de areia Figura II.8: Decantadores
1 3
Na entrada e na saída de cada filtro estão também instalados 2 transmissores de pressão para avaliação da perda de carga, informação importante se, eventualmente, vier a ser atingida uma situação de colmatação.
Todas as oito unidades de filtração são iguais, quer nas suas dimensões, quer na granulometria e nas espessuras das camadas de suporte e de filtração, quer ainda no circuito hidráulico a montante e a jusante. Isto é, todas as oito unidades estão nas mesmas condições de funcionamento, têm a mesma capacidade de filtração bem como as mesmas exigências em termos de lavagem.
Admite-se que a lavagem diária de cada unidade é efectuada isoladamente. Isto significa que, em operação de filtração, estarão sempre em funcionamento, no mínimo, sete unidades e que, por outro lado, as capacidades do reservatório elevado que recebe as águas de lavagem e do reservatório não terão que receber volumes exagerados.
As águas de lavagem dos filtros existentes serão recolhidas por uma caleira de saída comum aos oito filtros, a partir da qual estas serão elevadas ao reservatório elevado.
No final de cada ciclo de filtração procede-se a uma operação de lavagem realizada em duas etapas, a primeira, uma lavagem com ar e a segunda, uma lavagem com água, com as seguintes características:
Lavagem dos Filtros de areia da ETA
Lavagem com ar
Caudal de ar para lavagem de um filtro Pressão de ar de lavagem
Tempo de lavagem com ar Lavagem com água
Caudal de água para lavagem de um filtro Tempo de lavagem com água
Intervalo de tempo estimado entre lavagens
530 m3/h 0,6 bar 10 min 273 m3/h 10 min 20 horas
1
4
As águas para as lavagens são impulsionadas a partir do reservatório de água filtrada conforme se pode observar no diagrama linear de toda a ETA (Figura II.1).
II.2.8 – Reservatório de água filtrada
As águas filtradas são conduzidas ao reservatório de água filtrada, dedicados à reserva de água para a lavagem dos filtros. No reservatório estão instaladas 2 bombas submersíveis de eixo horizontal, para elevação da água de lavagem.
A câmara de válvulas das bombas de elevação de água de lavagem, os dois sopradores (um reserva do outro) para a descompressão da areia dos filtros, os dois compressores (um reserva do outro) e o reservatório de ar comprimido para o funcionamento dos actuadores pneumáticos estão localizados em sala anexa ao reservatório de água filtrada.
II.2.9 – Cisterna de água tratada
O hipoclorito de sódio (para proceder à desinfecção) é adicionado na conduta que conduz a água filtrada para a cisterna de água tratada. Para tal existem duas bombas doseadoras (uma reserva da
outra) que aspiram o reagente de duas cubas com a capacidade unitária de 1 m3.
Na conduta de saída desta cisterna encontra-se instalado um analisador de pH e de cloro residual.
II.2.10 – Reservatório elevado de água de lavagem
A concentração de lamas nos filtros é da ordem de 10 vezes inferior à que se poderá registar no decantador. Nestes termos, grande parte da água de lavagem dos filtros poderá ser recuperada para voltar a entrar no início da linha de tratamento. Este reservatório é constituído por uma cuba de secção constante sobre uma cuba em tronco de pirâmide. A cuba superior tem uma válvula de descarga à cota de 782,00 (topo da
FiguraII.10: Reservatório da água filtrada
1
5
base maior da pirâmide) e na base menor da pirâmide dispõe de uma segunda válvula de descarga. Ambas as válvulas são comandadas por actuador pneumático.
Por operação física de decantação, o volume de água na secção quadrangular constante terá uma qualidade aceitável para a sua recuperação; ao contrário na secção inferior a qualidade da água receberá maior concentração de lamas por efeito de decantação nos níveis superiores.
Por regulação automática, a válvula à cota 782,00 abrirá 15 minutos após a conclusão da lavagem de cada filtro. A descarga da água para montante das câmaras de mistura rápida à cota 781,30 (escoamento gravítico) é efectuada através de um skimmer que, por regulação, escoará todo o volume de água a recuperar.
Quando a descida da água atinge a cota de 782,50, um detector de nível fará fechar a válvula superior e abrir a válvula inferior do reservatório. Esta operação permite a descarga do volume de água a rejeitar para o reservatório de água suja.
II.2.11 – Reservatório de água suja
A lama recolhida das purgas do decantador lamelar e do reservatório elevado são encaminhadas
para o reservatório de água suja o qual tem uma capacidade de 30 m3. Este será dotado de duas
bombas submersíveis (uma reserva da outra) para a elevação da água suja para o espessador.
II.2.12 – Espessador
No espessador dar-se-á a sedimentação das lamas, que ficarão acumuladas no fundo, que serão posteriormente aspiradas por uma bomba de cavidade progressiva para o filtro prensa. Pelo topo sairá o sobrenadante que será encaminhado para a rede de esgotos e águas residuais.
1 6 II.2.13 – Desidratação
A desidratação de lamas será efectuada num filtro prensa, prevendo-se o seu funcionamento durante 5 dias por semana, 8 horas por dia e realizando 3 ciclos por dia, com a duração de 2,5 horas cada ciclo. Assim, foi prevista a injecção de polielectrólito para ajudar à desidratação com uma dosagem de 3 kg de polímero para 1 tonelada de matéria seca.
As lamas desidratadas em cada ciclo são descarregadas para um contentor de lamas e posteriormente depositadas em aterro.
1
7
II.3 – Rede de abastecimento de água
Como já foi referido anteriormente, a ETA da Senhora do Desterro abastece os concelhos de Seia, Gouveia e Oliveira do Hospital, o que implica uma vasta rede de reservatórios, como mostra a figura seguinte.
Os reservatórios são todos abastecidos graviticamente, à excepção dos reservatórios de Moimenta e da Cerca, os quais possuem a montante estações elevatórias.
Diâmetro das condutas:
350 mm 250 mm 2 00 mm 150 mm 125 mm 110 mm 100 mm 75 mm 63 mm
ETA – Estação de Tratamento de Água; B – Senhora do Desterro; C – São Romão; D – Raposeira; E – Santa Ana; F – Vodra; G – São Martinho; H – Lajes; I – Pinhanços; J – Lagarinhos; K – Moimenta; L- São Julião; M – Cerca; F – Vila chã, Aldeia de São Miguel, Santa Comba; O – Tourais; P – Paranhos; Q – Vila Verde; R – Vila Cova; S – Carraguzela; T – Torroselo; U – Sandomil; V – Folhadosa; W – Póvoa das Quartas; X – Cabeço de Cinde.
Figura II.13: Rede de reservatórios abastecidos pela ETA da Senhora do Desterro Reservatório de célula circular
1 8
CAPITULO III – Actividades desenvolvidas
Durante o estágio/projecto desenvolvido foram realizadas diversas actividades diárias, as quais serviam para assegurar o bom funcionamento da ETA. Dessas actividades constam o controlo analítico efectuado à água em diversas fases do seu tratamento, o controlo do stock dos reagentes, o controlo do processo de tratamento, a visita (quando possível) à rede de reservatórios para controlo da concentração de cloro livre e semanalmente, visita às captações da serra para limpeza e manutenção das mesmas.
III.1 – Controlo analítico
Após a captação é efectuado o tratamento de toda a água destinada a abastecimento público, como explicado no capítulo II.
A água captada apresenta, na generalidade, características de potabilidade, no entanto para além da decantação e da filtração, são adicionados á água alguns reagentes (como por exemplo, dióxido de carbono, dióxido de cloro, cal e hipoclorito de sódio) para assegurar que a qualidade da água se mantém até chegar ao consumidor. Existem ainda pontos de recloração (adição de hipoclorito de sódio) em alguns reservatórios, nos quais não é assegurado o teor de cloro livre. Para controlo interno da qualidade da água é realizado um elevado número de análises em laboratório interno, bem como em laboratório externo.
O laboratório interno da concessionária permite uma maior rapidez de resultados e incide, principalmente, no controlo de parâmetros como o pH, a turvação e o teor de cloro livre, tanto na ETA como na rede de reservatórios.
O laboratório externo, devidamente acreditado, permite cumprir o estabelecido no Decreto-Lei nº 306/07 de 27 de Agosto, relativamente a parâmetros físico-químicos e microbiológicos.
O controlo analítico na ETA da Senhora do Desterro é efectuado quatro vezes por dia, em amostras de água colhidas nas várias etapas de tratamento (Água Bruta, Câmara de Mistura, Água Decantada, Água Filtrada e Água Tratada), as quais devem obedecer aos valores limite referidos na tabela III.1.
1 9 Etapas do Tratamento pH (Escala de Sorensen) Turvação (NTU) Dióxido de Cloro (mg/l ClO2) Alumínio (mg/l Al) Cloro Livre (mg/l Cl2) Câmara de Contacto 0.3 - 0.5 Câmara de Mistura 6.6 - 7.3 0.2 - 0.4 Água Decantada 6.7 - 7.3 < 0.80 0.2 - 0.3 < 0.050 Água Filtrada 6.7 - 7.3 < 0.60 0.1 - 0.2 < 0.050 Água Tratada 6.7 - 7.3 < 0.60 < 0.10 < 0.050 0.6 - 1.0
Tabela III.1: Valores Limite pretendidos no Controlo Analítico
III.1.1 – pH
O termo pH é usado de forma universal para designar a condição de uma solução no que se refere à sua acidez ou alcalinidade.
Na área de tratamento e distribuição de água de consumo o controlo de pH é fundamental em diversos processos como por exemplo na coagulação química, desinfecção, amaciamento e controlo de corrosão.
Para a sua medição utiliza-se um processo electroquímico através do equipamento da HACH LANGE, modelo HQD associado a um eléctrodo (Figura III.1).
Os resultados obtidos nas análises efectuadas ao pH durante As quinze semanas de estágio/projecto, são apresentados no gráfico III.1.
2 0 Gráfico III.1: Valores de pH ao longo do processo de tratamento nos meses de Maio, Junho, Julho e Agosto de
2009, respectivamente. 5,50 6,00 6,50 7,00 7,50 8,00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 p H Dias
Água bruta Câmara de mistura Água decantada Água filtrada Água tratada
6,00 6,50 7,00 7,50 8,00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 p H Dias
Água bruta Câmara de mistura Água decantada Água filtrada Água tratada
6,00 6,50 7,00 7,50 8,00 8,50 9,00 9,50 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 p H Dias
Água bruta Câmara de mistura Água decantada Água filtrada Água tratada
5,5 6 6,5 7 7,5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 p H Dias
2 1 Gráfico III.2: Valores de pH da Água Tratada e respectivos limites lei.
Como se pode observar pelos gráficos apresentados o pH à entrada da ETA apresenta valores baixos, tendo tendência a subir ao longo do processo de tratamento. No entanto os valores de pH na água tratada ao longo dos quatros meses estiveram sempre dentro dos limites mínimo e máximo permitidos por lei, à excepção de dois ou três dias no mês de Agosto, em que este esteve abaixo do VmL, devido do doseamento da cal não estar no seu perfeito funcionamento.
IV.1.2 – Turvação
O termo turvação é aplicado às águas que contêm matéria em suspensão e que interfere com a passagem de um feixe de luz ou em que o campo visual na massa de água é restrito. A turvação é causada pela presença de partículas em suspensão, de dimensões variáveis, ou em dispersão coloidal.
Muito deste material é de origem natural e inorgânica tal como a erosão de argilas, silte, rochas e óxidos metálicos provenientes do solo. As fibras vegetais e microrganismos podem também contribuir para a turvação.
Na medição da turvação foi utilizado o turbidímetro portátil da HACH LANGE, modelo 2100P com emissão de feixe de luz branca (Figura IV.2), o qual
mede a quantidade de luz dispersa na direcção perpendicular à da emissão da luz. As unidades deste tipo de aparelho são NTU (Nephelometric Turbidity Units). O termo nefelométrico designa a técnica óptica de medir a luz dispersa num ângulo de noventa graus (90º) com a direcção de emissão do feixe refractado. 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 p H Dias
Maio Junho Julho Agosto VmL VML
2 2
Os gráficos seguintes mostram os valores de turvação ao longo do processo de tratamento, resultantes das análises efectuadas á água em diversas fases desse tratamento, ao longo dos meses de Maio, Junho, Julho e Agosto.
Gráfico III.3: Valores de turvação ao longo do processo de tratamento nos meses de Maio, Junho, Julho e Agosto de 2009, respectivamente. 0,00 0,50 1,00 1,50 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 T u rv a çã o ( F T U ) Dias
Água Bruta Água Decantada Água Filtrada Água Tratada
0 2 4 6 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 T u ra v a çã o ( F T U ) Dias
Água Bruta Água Decantada Água Fltrada Água Tratada
0 0,5 1 1,5 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 T u rv a çã o ( F T U ) Dias
Água Bruta Água Decantada Água Filtrada Água Tratada
0 2 4 6 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 T u rv a çã o ( F T U ) Dias
2 3 Gráfico III.4: Valores de turvação na Água Tratada e respectivos limites lei.
Como já foi referido anteriormente, a água que chega à ETA para tratamento, não apresenta normalmente, valores de turvação elevados. Por sua vez, a água decantada apresenta uma turvação superior à água bruta devido à adição de leito de cal, a qual tem tendência a descer novamente com a filtração.
No entanto os valores obtidos de turvação não respeitam o valor limite pretendido pela administração, mas normalmente respeita o valor máximo permitido pela lei.
No mês de Junho obtiveram-se valores de turvação na água tratada superiores ao VML, devido a aguaceiros fortes que ocorreram nesse período, os quais provocam o arrastamento de partículas ao longo do percurso que a água faz até chegar à ETA.
No mês de Agosto houve dias em que a turvação à entrada da ETA era elevada. Deste modo, resolveram adicionar coagulante à água, para baixar a turvação. No entanto, como não foram assegurados os valores de pH ideais para esta prática, o mesmo não actuou, logo, não houve precipitação, o que levou a um aumento da turvação.
Uma vez que não é prática corrente, a adição de coagulante à água, a etapa do tratamento que mais influência tem na diminuição da turvação da água é a filtração.
O gráfico III.5 mostra a eficiência dos filtros de areia nos meses de Maio, Junho, Julho e Agosto.
0,00 0,50 1,00 1,50 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 T u rv a çã o ( F T U ) Dias
2
4
Gráfico III.5: Eficiência dos filtros de areia.
Ao longo dos meses de estágio o volume de água aduzido à ETA foi aumentando, uma vez que os consumos aumentam nos meses de Verão. Deste modo, os valores da eficiência (Gráfico III.5) em Maio e Junho são mais constantes do que em Julho e Agosto, devido ao facto de que a partir de certos caudais, os filtros deixam de funcionar como se desejaria, uma vez que a sua capacidade de filtração é limitada e estes entram em colmatação, o que compromete a sua eficiência.
IV.1.3 – Cloro
O principal objectivo da prática de desinfecção das águas de consumo é prevenir o aparecimento de doenças de origem hídrica. O cloro (ou derivados) é o desinfectante mais utilizado no tratamento da água para garantir a qualidade microbiológica da mesma ao longo de todo o seu percurso, desde as Estações de Tratamento, passando pela Rede de Distribuição até às torneiras dos Clientes.
O cloro é adicionado à água em doses baixas mas suficientes para garantir os valores de cloro residual, adequados à manutenção da qualidade microbiológica da mesma, de acordo com o recomendado pelo Decreto-Lei nº 306/2007 de 27 de Agosto (0,2 a 0,6 mg/L de cloro residual). No entanto, como a concentração de cloro livre vai diminuindo ao longo do percurso da água nas condutas, e uma vez que tem que ser assegurada a concentração mínima (0,2 mg/l Cl) até chegar
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 2 7 2 8 2 9 3 0 3 1 E fi ci ên ci a ( %) Dias
2
5
ao consumidor, estipulou-se que a concentração de cloro livre à saída do tratamento deve estar compreendida entre 0,6 e 1 mg/l de Cloro.
Deste modo, conhecer o teor de cloro livre que permanece após a cloração da água permite garantir a qualidade microbiológica, ou seja, se a água está em condições para o consumo humano.
Ocasionalmente o cheiro e o sabor do cloro podem ser sentidos, aconselhando-se nestes casos a deixar repousar a água por alguns minutos até que desapareça o cheiro e o sabor.
A determinação do teor de cloro na água tratada é efectuada através do método do DPD – Colorímetro. Este método consiste em adicionar uma saqueta de DPD (N,N-dietil-p-fenileno-diamina) a 10 ml de amostra de água a analisar, o qual ao reagir com o cloro livre forma um complexo de coloração róseo-avermalhada. Coloca-se então o frasco contendo a amostra com DPD no fotómetro (Figura III.3) o qual nos dará a concentração de cloro livre na água em mg/L.
Para conhecer a concentração de cloro livre na água após
desinfecção final são efectuadas análises à entrada e à saída da cisterna da água tratada, e ainda através de uma sonda colocada na cisterna. Os gráficos seguintes mostram os resultados obtidos nos meses de Maio, Junho, Julho e Agosto, e os valores entre os quais essa concentração se deve encontrar. São ainda apresentadas em anexo as tabelas de resultados mensais obtidos.
0,20 0,60 1,00 1,40 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 C lo ro l iv re ( m g /l C l) Dias
Entrada da cisterna Saída da cisterna VmR VMR
2 6
Gráfico III.6: Valores de cloro livre após desinfecção final nos meses de Maio, Junho, Julho e Agosto de 2009, e respectivos limites lei.
Os valores da concentração de cloro livre presente na água tratada variam da entrada, para a saída da cisterna, uma vez que este tem tendência a concentrar-se no fundo da cisterna.
No entanto, não é fácil assegurar uma concentração constante de cloro livre na água.
O doseamento de hipoclorito de sódio é feito a partir de uma bilha que se encontra ao ar livre e exposta ao sol. Como se sabe, o hipoclorito de sódio volatiliza-se com facilidade quando exposto a temperaturas elevadas, o que faz com que as suas características sejam alteradas, logo, não actua tão eficazmente como se tivesse em recipiente vedado e à protecção da luz solar. Assim sendo, à medida que a volume de hipoclorito de sódio no recipiente desce, a frequência da bomba doseadora tem que ser aumentada.
0,20 0,60 1,00 1,40 1,80 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 C lo ro l iv re ( m g /l C l) Dias
Entrada da cisterna Saída da cisterna VmR VMR
0,20 0,60 1,00 1,40 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 C lo ro l iv re ( m g /l C l) Dias
Entrada da cisterna Saída da cisterna VmR VMR
0,20 0,60 1,00 1,40 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 C lo ro l iv re ( m g /l C l) Dias
2
7
Quando se dá a troca de bilha de hipoclorito de sódio, mesmo sendo a frequência da bomba reduzida de imediato, faz com que existam picos na concentração de cloro livre.
Todo este procedimento faz com que não se consiga obter uma concentração de cloro livre constante na água e que todo o processo se torne mais dispendioso.
IV.1.4 – Alumínio
O alumínio esta presente naturalmente nas águas com baixas concentrações e é um elemento que faz parte da dieta humana. No entanto numa ETA em que se adicione coagulante à água, normalmente compostos de alumínio, é muito importante monitoriza-lo já que se trata de um elemento que além de estar regulamentado é tóxico (Decreto-Lei nº 306/2007, de 27 de Agosto) metal, não sendo um metal pesado, no entanto, a partir de determinadas concentrações a sua toxicidade também aumenta.
No caso da ETA da Senhora do Desterro, a adição de coagulante não é uma prática corrente, uma vez que a turvação da água à entrada do tratamento não é muito elevada. No entanto a monitorização da concentração de alumínio na água após filtração é feita diariamente recorrendo a um analisador de alumínio colocado na cisterna da água filtrada.
GráficoIII.7: Concentração de alumínio na água filtrada nos meses de Julho e Agosto, e respectivo valor máximo permitido por lei.
Como foi referido anteriormente, no mês de Agosto houve adição de coagulante à água. Uma vez que este na reagiu como devia, não se deu a sua precipitação, e a sua concentração na água filtrada aumentou, fazendo com que existisse um pico no dia 17 de Agosto. Nos restantes dias a concentração de alumínio quase não se sentiu.
0 0,1 0,2 0,3 0,4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 m g /l A l Dias Julho Agosto VML
2 8 IV.1.5 – Ferro e manganês
Estes elementos existem naturalmente na água a baixas concentrações, sob a forma mineral, não constituindo portanto um perigo para a saúde pública. É natural que o Ferro tenha concentrações mais elevadas que o Manganês, já que o Ferro é um dos elementos mais abundantes existentes no solo. O Ferro é um elemento nutritivo essencial, no entanto a sua presença em elevadas concentrações é indesejada uma vez que criam muitos problemas domésticos nomeadamente constituindo dificuldades para a lavagem de roupa e de louças sanitárias podendo causar-lhes manchas de cor vermelho acastanhada. Outro problema é o facto de se verificar um crescimento das bactérias capazes de oxidar o Ferro nos sistemas de distribuição de água.
A análise destes dois elementos foi realizada utilizando um espectofotómetro UV-Visível HACH LANGE (modelo DR 2800), segundo o método TPTZ e PAN, para o Ferro e Manganês, respectivamente.
Os valores destes dois elementos encontram-se dentro dos limites permitidos por lei, logo não apresentam qualquer problema.
Gráfico III.8: Concentração de ferro no mês de Julho e respectivo valor máximo permitido por lei.
Gráfico III.9: Concentração de manganês no mês de Julho e respectivo valor máximo permitido por lei. 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 m g /l F e Dias
Água bruta VML Água tratada
0 0,02 0,04 0,06 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 m g /l M n Dias Água Tratada VML
2 9
III.2 – Energia
Os sistemas de abastecimento de água são, na maioria dos casos, sistemas de grande consumo energético. Trata-se de uma parte significativa dos encargos de exploração de uma entidade gestora responsável por um sistema de abastecimento. Estes encargos dependem da taxa de potência e dos custos unitários associados ao tarifário contratado, bem como do modo de exploração do sistema.
No caso da ETA da Senhora do Desterro temos um sistema de abastecimento na sua maioria por acção gravítica, só com recurso a bombagem para o reservatório da Senhora do Desterro e com estações elevatórias em Moimenta da Serra e São Julião. Deste modo apenas uma pequena porção da quantidade de água fornecida é que acrescenta encargos de energia.
Os elementos da facturação são portanto a energia activa (super vazio, vazio normal, ponta e cheias), a potência contratada, a potência em horas de ponta e a energia reactiva (fornecida vazio e consumida fora de vazio).
Uma vez que uma das actividades realizadas durante o estágio/projecto foi a leitura diária dos totalizadores energéticos da ETA, é apresentado de seguida um gráfico onde se pode observar a variação dos consumos de energia activa ao longo dos meses de Maio, Junho, Julho e Agosto.
Gráfico III.10: Energia activa consumida nos meses de Maio, Junho, Julho e Agosto. -50 50 150 250 350 450 550 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 k W. h Dias
3 0
III.3 – Gestão de stock
O controlo de stocks era efectuado diariamente, à mesma hora sensivelmente. Os stocks de Ácido Clorídrico e de Clorito de Sódio não eram muito exactos uma vez que se baseavam na leitura de uma altura numa fita métrica para se correlacionar essa altura com os litros correspondentes através de uma tabela de conversão (em anexo). No entanto esta tabela só nos dava valores de 5 em 5 centímetros o que muitas vezes nos deu valores errados destes stocks devido a arredondamentos, o que se pode verificar nos valores do gráfico. Como o reactor não funcionou muitos dias em Julho e Agosto são poucos os valores que dispomos para apresentar. Quanto ao Dióxido de Carbono apresenta valores mais constantes apenas variando consoante os caudais aduzidos para tratamento na ETA. Durante Agosto não se adicionou porque a cal estava com problemas no doseamento.
No caso do Hipoclorito de Sódio podemos verificar pelo gráfico, que os volumes consumidos pelo tratamento não são nada constantes, uma vez que a frequência da bomba doseadora era alterada constantemente, tendo que ser aumentada a frequência à medida que o nível deste reagente descia no recipiente, daí haver picos máximos e mínimos de consumo deste reagente, mínimos quando se abria um recipiente e os máximos eram atingidos quando o recipiente chegasse ao fim.
Gráfico III.11: Consumo de reagentes em Julho e Agosto de 2009, respectivamente.
0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 1 2 6 7 8 9 1 3 1 4 1 5 1 6 2 0 2 1 2 2 2 7 L it ro s Julho Á c id o C lo ríd r ic o C lo rito d e S ó d io D ió x id o d e C a r b o n o H ip o c lo rito d e S ó d io 0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 3 4 5 6 1 0 1 1 1 2 1 3 1 7 1 8 L it ro s Agosto Á c id o c lo ríd ric o C lo r ito d e S ó d io D ió x id o d e C a rb o n o H ip o c lo rito d e S ó d io
3 1
III.4 – Roturas
A degradação das condutas e elementos acessórios é uma realidade, aliás todos estes materiais possuem tempo de vida. Não se podem anular as reacções físico-químicas da água no seu seio nem desta com a interface das condutas, mas podemos controlar estes acontecimentos.
O desgaste provocado pela água nas tubagens origina roturas, que provocam perdas físicas e económicas às entidades responsáveis pelo abastecimento. Elevados níveis de pressão, problemas de corrosão e incorrectos assentamentos das tubagens são algumas das causas para que isto suceda! Só quando a água aparece à superfície é que se sabe que existe uma rotura não havendo ainda um controlo dos níveis de pressão para se detectarem as roturas. Estas roturas enquanto não forem detectadas provocam um abaixamento dos níveis de pressão e contaminação da água tratada. Além disso, implicam elevados encargos para as entidades gestoras com a sua reparação e ainda a interrupção da conduta de abastecimento que acarreta vários problemas para os consumidores. É extremamente importante que as entidades gestoras optem por uma monitorização exaustiva de todo o seu sistema de abastecimento uma vez que é um investimento que tem retorno, através da detecção de anomalias, como por exemplo a ocorrência de fugas. A água está a tornar se cada vez mais um bem escasso, e exemplo disso são muitas povoações do nosso país que durante o verão chegam a ver as suas fontes de água esgotadas!
Como não é possível obter água de boa qualidade e em quantidade suficiente para abastecimento sem custos inerentes ao seu tratamento deve ser efectuada uma gestão eficaz do bem “água” pelas Entidades Gestoras. Estas devem ter os seus sistemas monitorizados de modo a prever os períodos de crescimento de consumo para permitir que a água produzida seja utilizada a cem por cento e não desperdiçada em parte.
No caso de ocorrência de uma rotura o procedimento a seguir é o seguinte: 1. Fecho imediato da válvula a montante da rotura.
2. Abertura da descarga de fundo a jusante da rotura para esvaziamento da conduta.
3. Remoção da camada de terra por cima da tubagem e substituição do troço onde se encontra a rotura por um novo utilizando duas juntas tubo-tubo.
4. Cobre-se cuidadosamente a tubagem e segue-se a abertura lenta da válvula a montante da rotura.
5. Fecho da descarga de fundo, ao fim de algum tempo, de modo a que se remova toda a água contaminada e o ar que entrou na conduta.
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As imagens seguintes mostram uma ruptura que ocorreu em Sampaio – Gouveia no mês de Julho.
FiguraIII.4: Detecção da rotura
FiguraIII.5: Remoção de terras para reparação da conduta
FiguraIII.6: Substituição da conduta danificada
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CAPITULO IV – Dimensionamento
IV.1 – Dimensionamento de um reservatório de apoio à cisterna de água tratada
No âmbito do nosso projecto decidimos fazer o dimensionamento de um reservatório de apoio à
cisterna existente na ETA, uma vez que a sua capacidade é bastante reduzida (1000 m3) para os
caudais de água tratada e para o volume de água a abastecer uma vasta rede de reservatórios espalhados pelos conselhos de Seia, Gouveia e Oliveira do Hospital.
O valor do caudal médio horário (Qmh) utilizado para este dimensionamento é baseado num valor
médio das leituras efectuadas diariamente do volume acumulado de água aduzida e de água lançada na rede no mês de Julho, presentes na tabela AIV.1 (em anexo).
IV.1.1 – Cálculo do caudal médio horário
Uma vez conhecidos os volumes de água (acumulados) à entrada da ETA durante o mês de Julho, pode-se fazer uma média do caudal de água que entra na ETA diariamente.
29 1 30 D D md V V Q = − onde,
Qmd – Caudal médio diário
Qmh – Caudal médio horário
VD1 – Volume acumulado na adução no dia 1
VD30 – Volume acumulado na adução no dia 30
dia m Qmd 13122,55 / 29 3963592 4344146 3 = − = h m Qmh 546,77 / 24 55 , 13122 3 = =
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4
IV.1.2 – Cálculo da População
Para efectuarmos a cálculo da população abastecida pela ETA necessitamos em primeiro lugar de saber qual a população de cada um dos concelhos abastecidos pela ETA da Senhora do Desterro: Seia, Gouveia e Oliveira do Hospital. A tabela seguinte dá-nos essa informação sendo esta baseada nos censos de 2001.
Conselho Densidade Populacional (hab./Km2) Área (Km2) População (hab.) Seia 64,6 435,28 28 000 Gouveia 57,5 290,7 – 300,6 16 122 Oliveira do Hospital 94,3 234,55 22 112
Tabela IV.1: População por concelho, censos de 2001
De acordo com a tabela VI.1 o três concelhos juntos perfazem uma população de 66234 habitantes. Uma vez que não dispomos de dados mais recentes, apontamos para uma população de 70000 habitantes em 2009.
IV.1.3 – Cálculo do Factor de ponta
Relativamente a esta matéria, o Regulamento Geral dos Sistemas Públicos e Prediais de Distribuição de Água e de Drenagem de Águas Residuais (RGSPPDADAR) fornece a seguinte expressão para o cálculo do factor de ponta, a utilizar em redes de distribuição de água:
P fp =2.0+ 70
Em que P é a população a servir.
4 . 2 26 . 2 70000 70 0 . 2 + = ≈ = p f
O livro de Hidráulica Urbana (Sousa, Joaquim José de Oliveira; Marques, José Alfeu Almeida de Sá, 2006, Sistemas de Abastecimento de Água, Imprensa da Universidade de Coimbra) apresenta-nos quatro diagramas hipotéticos (para factores de ponta iguais a 4.0, 3.0, 2.4 e 2.0) referentes ao dia de maior consumo, ou seja, o volume de água correspondente a estes
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diagramas, equivale à área compreendida pelos mesmos, é igual ao consumo do dia de maior consumo do ano.
Para a elaboração do diagrama de consumos do aglomerado populacional em estudo, utilizámos
um diagrama hipotético com fp =2.4, referente ao dia de maior consumo, uma vez que é o valor
que mais se aproxima do valor obtido para o factor de ponta.
Gráfico IV.1: Diagrama de consumos (factor de ponta 2.4), Hidráulica Urbana (Sousa, Joaquim José de Oliveira; Marques, José Alfeu Almeida de Sá, 2006, Sistemas de Abastecimento de Água, Imprensa da Universidade de
Coimbra).
Considerando A = 546,77 m3/h, obtemos o seguinte diagrama de consumos (Gráfico IV.2)
TabelaIV.2: Consumos horários 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 H o ra s
A - Caudal médio horário
0.4 A 2.0 A 2.2 A 2.4 A 2.0 A 1.7 A 2.2 A 1.5 A 1.0 A 0.5 A Horas Consumos (m3/h) [0 – 6[ 218,71 [6 – 8[ 1 093,54 [8 – 10[ 1 202,89 [10 – 12[ 1 312,25 [12 – 14[ 1 093,54 [14 – 18[ 929,51 [18 – 21[ 1 202,89 [21 – 22[ 820,16 [22 – 23[ 546,77 [23 – 24[ 273,39
3 6 Gráfico IV.2: Diagrama de consumos.
IV.1.4 – Capacidade do Reservatório
O RGSPPDADAR obriga a que a capacidade dos reservatórios de distribuição de água deve ser, pelo menos, a capacidade resultante da soma do volume necessário para fazer face à mais importante das seguintes condições extraordinárias:
• Avaria na alimentação; • Combate a incêndios.
Assim, a capacidade total de um reservatório resulta da soma da capacidade de regularização dos consumos, com a maior capacidade de avaria ou de combate a incêndios.
No entanto, uma vez que na ETA não existem consumos de água para combate a incêndios, para calcularmos a capacidade total do reservatório consideraremos uma avaria na adução.
Segundo o RGSPPDADAR deve-se considerar que a localização e reparação de uma avaria demora no mínimo de 5 a 8 horas.
Para este dimensionamento, consideramos uma avaria na adução de 5 horas. A avaria ocorre no período das 10 às 15 horas, pois são as horas de maior consumo, logo as mais desfavoráveis.
IV.1.4.1 – Capacidade de regularização dos consumos
Considerando que o consumo se faz segundo o diagrama acima apresentado, e a adução se faz em 24 horas, isto é, adução contínua durante 24 horas do dia, com um caudal constante de 500
m3/h (valor obtido através de uma média das leituras diárias dos totalizadores de caudais; Anexo
0,00 200,00 400,00 600,00 800,00 1000,00 1200,00 1400,00 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Horas
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IV, Tabela AIV.1), podem traçar-se as curvas de consumos acumulados e de aduções acumuladas. Horas Consumo Horário Consumo Acumulado (CA) Adução Horária Adução Acumulada (AA) CA – AA 0 0 0 500 0 0 1 218,71 218,71 500 500 -281,29 2 218,71 437,42 500 1000 -562,58 3 218,71 656,13 500 1500 -843,87 4 218,71 874,84 500 2000 -1125,16 5 218,71 1093,55 500 2500 -1406,45 6 218,71 1312,26 500 3000 -1687,74 7 1093,54 2405,80 500 3500 -1094,20 8 1093,54 3499,34 500 4000 -500,66 9 1202,89 4702,23 500 4500 202,23 10 1202,89 5905,12 500 5000 905,12 11 1312,25 7217,37 500 5500 1717,37 12 1312,25 8529,62 500 6000 2529,62 13 1093,54 9623,16 500 6500 3123,16 14 1093,54 10716,70 500 7000 3716,00 15 929,51 11646,21 500 7500 4146,21 16 929,51 12575,72 500 8000 4575,72 17 929,51 13505,23 500 8500 5005,23 18 929,51 14434,74 500 9000 5434,74 19 1202,89 15637,63 500 9500 6137,63 20 1202,89 16840,52 500 10000 6840,52 21 1202,89 18043,41 500 10500 7543,41 22 820,16 18863,57 500 11000 7863,57 23 546,77 19410,34 500 11500 7910,34 24 273,39 19683,73 500 12000 7683,73
TabelaIV.3: Consumos e adução acumulados
GráficoIV.3: Diagrama dos consumos totais acumulados vs. aduzidos acumulados.
A partir destas duas curvas pode traçar-se uma outra, a que chamaremos “Diagrama de Cherre”, que representa as diferenças entre os volumes acumulados aduzidos e consumidos.
0 2 5 0 0 5 0 0 0 7 5 0 0 1 0 0 0 0 1 2 5 0 0 1 5 0 0 0 1 7 5 0 0 2 0 0 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 V o lu m e (m 3) H o ra s
3 8 GráficoIV.4: Diagrama de Cherre
A diferença entre os extremos das ordenadas desta curva representa a capacidade teórica (capaciade de regularização) do reservatório, a qual, neste caso de consumos e adução é de 9598,08 m3.
IV.1.4.2 – Capacidade total do reservatório
Para o cálculo da capacidade total do reservatório a dimensionar, serão traçadas as curvas de consumos acumulados e aduções acumuladas com avaria, e a partir destas, um diagrama representativo das diferenças entre os caudais consumidos e aduzidos com avaria.
Horas Consumo Acumulado (CA) Adução horária com Avaria (AA) Adução Acumulada com Avaria (AA) CA – AAA 0 0 500 0 0 1 218,71 500 500 -281,29 2 437,42 500 1000 -562,58 3 656,13 500 1500 -843,87 4 874,84 500 2000 -1125,16 5 1093,55 500 2500 -1406,45 6 1312,26 500 3000 -1687,74 7 2405,80 500 3500 -1094,20 8 3499,34 500 4000 -500,66 9 4702,23 500 4500 202,23 10 5905,12 500 5000 905,12 11 7217,37 0 5500 1717,37 12 8529,62 0 5500 3029,62 13 9623,16 0 5500 4123,16 14 10716,70 0 5500 5216,76 -2 0 0 0 -1 0 0 0 0 1 0 0 0 2 0 0 0 3 0 0 0 4 0 0 0 5 0 0 0 6 0 0 0 7 0 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 V o lu m e (m 3) Horas
3 9 15 11646,21 0 5500 6146,21 16 12575,72 500 5500 7075.72 17 13505,23 500 6000 7505,23 18 14434,74 500 6500 7934,74 19 15637,63 500 7000 8637,63 20 16840,52 500 7500 9340,52 21 18043,41 500 8000 10043,41 22 18863,57 500 8500 10363,57 23 19410,34 500 9000 10410,34 24 19683,73 500 9500 10183,73 Tabela IV.4: Consumos acumulados e adução acumulada com avaria.
Gráfico IV.5: Diagrama dos consumos totais acumulados vs aduzidos acumulados com avaria.
GráficoIV.6: Diagrama de cherre (adução com avaria)
A diferença entre os extremos das ordenadas desta curva representa a capacidade total do reservatório, a qual é de 12098,08 m3. 0 2500 5000 7500 10000 12500 15000 17500 20000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 V o lu m e (m 3 ) Horas
Consumo Acumulado Adução acumulada com avaria
-3 0 0 0 -2 0 0 0 -1 0 0 0 0 1 0 0 0 2 0 0 0 3 0 0 0 4 0 0 0 5 0 0 0 6 0 0 0 7 0 0 0 8 0 0 0 9 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 2 0 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 V o lu m e (m 3) Horas Diagrama de Cherre
