tratamento e abastecimento de Água · 2020. 1. 6. · elevação, adução, tratamento,...
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TRATAMENTO E
ABASTECIMENTO DE ÁGUA
VALDINEI MENDES DA SILVA
LUCY ANNE GUTIERREZ
JOSÉ ALMIR PEREIRA
INTRODUÇÃO
As demandas de água de uma comunidade, seja para o uso comercial, público,
industrial ou consumo doméstico, são atendidas pelos sistemas de abastecimento de
água (SAA). Desta forma, podemos dizer que um SAA tem a finalidade de produzir e
distribuir água em qualidade e quantidade suficientes para atender as necessidades de
uma população.
A implantação de sistema coletivo de abastecimento de água melhora as
condições de vida e contribui para o desenvolvimento econômico da comunidade, tendo
como atividade inicial a elaboração de projeto em que são determinadas a qualidade e a
vazão de água necessária para atender a população em diferentes horas e dias da
semana.
Para isso devem ser observadas as normas vigentes de qualidade da água, e
conhecidos o período de alcance do projeto, as previsões de crescimento populacional,
os fatores que afetam o consumo, as variações de consumo no tempo (horárias, diárias,
semanais, mensais), a estimativa de perdas de água no sistema de abastecimento, entre
outros.
O período de alcance do projeto é relacionado com a capacidade do sistema em
atender a demanda de água da população futura, a qual é determinada com a utilização
de métodos matemáticos como o aritmético, o geométrico, o da curva logística.
Entre os fatores que afetam e provocam variação no consumo de água de uma
comunidade estão:
Clima, em geral, o aumento da temperatura resulta em maior consumo de
água;
Hábitos higiênicos e padrão econômico da população abastecida;
Industrialização e população flutuante;
Medição de consumo, quando as ligações de água não são micromedidas,
o consumo de água costuma ser maior;
Quantidade e qualidade da água fornecida;
Valor da tarifa de água.
1. TIPOS DE USO DE ÁGUA NAS CIDADES
Normalmente, as companhias de saneamento classificam seus usuários em
quatro categorias de consumo (residencial, comercial, público e industrial), para
definição da estrutura tarifária dos serviços de abastecimento de água e de esgotamento
sanitário. O consumo doméstico de água ocorre nas áreas internas e externas das
habitações. Nesse grupo estão incluídos os volumes de água utilizados na preparação de
alimentos, ingestão, lavagem de roupas e utensílios, higiene pessoal, descarga de bacias
sanitárias, eventuais perdas (vazamentos em torneiras, chuveiros e outros), lavagem de
automóveis, etc.
A utilização da água em atividades comerciais é muito diversificada e depende
da atividade e do porte do empreendimento. Entre esses estão os consumos de água em
escritórios, consultórios, livrarias, salões de beleza, lojas em geral, locadoras de vídeo,
mercearias, lanchonete, açougue, oficinas, bares, restaurantes, hotéis, pensões, motéis,
hospedarias, cinemas, teatros, supermercados, postos de gasolina, lava-jato,
laboratórios, academias de ginástica, estacionamentos, hospitais, clínica, farmácias,
escolas, creches, faculdades, instituições financeira etc. No Quadro 1.1são apresentados
os consumos de água em algumas atividades comerciais.
Quadro 1.1 – Consumo de água em atividades comerciais
PRÉDIO UNIDADE CONSUMO DE ÁGUA
(L/hab.dia)
Escritório Pessoa 50
Restaurante Refeição 25
Hotel (sem cozinha e lavanderia) Pessoa 120
Lavanderia Kg/roupa seca 30
Hospital Leito 250
Cinema, teatro e templo Lugar 2
Edifício comercial Pessoa 50
Fonte: Adaptado de Tsutiya (2004)
A água em uma instalação industrial pode ser utilizada no produto (água
incorporada em alimentos, bebidas, perfumes etc.), no processo de produção (água para
geração de vapor, preparação de argamassa e outros), na higiene pessoal, na preparação
de alimentos, na limpeza geral e manutenção de áreas do estabelecimento e em usos não
rotineiros (água para incêndio). No Quadro 1.2 são relacionados valores do consumo de
água em algumas atividades industriais.
Quadro 1.2 – Consumo de água em algumas atividades industriais
ESTABELECIMENTO UNIDADE CONSUMO (L/dia)
Indústria – uso sanitário Operário 70
Matadouro – animais de grande porte Cabeça abatida 300
Matadouro – animais de pequeno porte Cabeça abatida 150
Laticínio Kg de produto 1 – 5
Curtumes Kg de couro 50 – 60
Fábrica de papel Kg de papel 100 – 400
Fonte: Adaptado de Tsutiya (2004)
A água utilizada para fins públicos é aquela destinada para irrigação de jardins
públicos, limpeza pública, albergues, penitenciárias, escolas, creches, órgão da
administração pública, unidades militares, biblioteca pública, entre outras.
2. SISTEMAS DA ABESTECIMENTO DE ÁGUA
Para a água utilizada nas áreas urbanas ser disponibilizada aos consumidores, é
importante o conhecimento das características do manancial e do consumo previsto para
a comunidade. É importante observar que o volume disponível e a qualidade da água
bruta do manancial podem variar de acordo com a sazonalidade.
De acordo com a ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS
(1992), na NBR 12211, é recomendada a utilização de mananciais com condições
sanitárias satisfatórias e que, isolados ou agrupados, apresentem vazão suficiente para
atender à demanda máxima prevista para o abastecimento de água no alcance do plano.
Normalmente nas áreas urbanas são utilizados mananciais superficiais e subterrâneos,
porém em locais com grande precipitação pluviométrica e pequena densidade
populacional pode ser também aproveitada a água de chuva.
No Quadro 1.3 são relacionadas as principais características dos mananciais de
abastecimento de água.
Quadro 1.3. Relação entre quantidade e qualidade de água em função do tipo de manancial.
Manancial Quantidade de água Qualidade de água
Superficial
Depende de fatores como:
Área e bacia de contribuição;
Relevo da bacia;
Condições da superfície do solo;
Constituição geológica do subsolo;
Clima;
Existência de obras de controle e
utilização da água a montante do local
de captação.
Depende de fatores como:
Grau de ocupação da bacia de
contribuição;
Prática de atividades potencialmente
poluidoras na área da bacia;
Existência de pontos de lançamento de
esgoto a montante
Subterrâneo
Freático
Geralmente capaz de atender a uma
família ou a um pequeno grupo de
famílias.
Água sofre infiltração natural pelas
camadas do solo;
Grande exposição à contaminação por
organismos patogêncios, devido
principalmente à proximidade de
fossas, falta de higiene no manuseio
ou entrada de água de chuva.
Subterrâneo
Confinado
Pode atender a cidades de pequeno,
médio ou grande porte, dependendo
das características geológicas do
subsolo, entre outros fatores.
Pouca exposição à contaminação por
atividades humanas, podendo haver
presença de substâncias químicas
nocivas ao homem;
Água da chuva Depende da pluviosidade do local
Por não possuir sais dissolvidos é
insípida e pouco digestiva;
Pode sofrer contaminação nos telhados
por partículas ou por fezes de
pequenos animais
Fonte: Heller e Casseb (1995)
Na área da bacia do manancial é indispensável que sejam identificadas as
atividades potencialmente poluidoras (ocupações populacionais, indústrias, atividades
agropecuárias, etc.), bem como avaliada a qualidade da água do manancial, o que requer
coleta de amostras e realização de análises laboratoriais.
A definição do manancial deve ocorrer no estudo da concepção do sistema de
abastecimento de água, que normalmente é constituído pelas unidades de captação,
elevação, adução, tratamento, preservação e distribuição de água, conforme
representado na Figura1.1.
Figura 1.1. Unidades constituintes de um sistema de abastecimento de água.
A água do manancial pode ser retirada por gravidade ou bombeamento e
transportada em canal ou tubulação até a estação de tratamento. Após o tratamento, a
água é encaminhada para reservatórios e, então, para a rede de distribuição. Esse
sistema deve atender as demandas doméstica, comercial, pública e industrial.
Segundo a ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT),
na NBR 12211 (1992), a demanda de água deve ser obtida a partir do cálculo do
coeficiente do dia de maior consumo (k1), que consiste na relação entre o maior
consumo diário de água e o consumo médio diário no mesmo período, e nas mesmas
ligações. Também deve ser considerado o coeficiente da hora de maior consumo (k2),
que é a relação entre a máxima vazão horária e a vazão média do dia de maior consumo.
Estação Elevatória (EE)
EE
Estação de Tratamento de Água (ETA)
Elevatória
Reservatório elevado Cisterna
Adutora de água tratada
Adutora de água
bruta
Reservatório da ETA
Manancial
Captação
A melhoria progressiva das instalações sanitárias domiciliares no decorrer dos
anos e o próprio crescimento das cidades implicam em novos usos e maiores perdas de
água, ou seja, o índice de consumo por habitante cresce anualmente, sendo necessário
considerar esse incremento sempre que forem realizadas projeções de demanda de longo
alcance (AZEVEDO NETTO et al. 2002).
3. CAPTAÇÃO
De acordo com a ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS
(1992), na NBR 12213, a unidade de captação é o conjunto de estruturas e dispositivos
construídos ou montados junto a um manancial, para a retirada de água destinada ao
sistema de abastecimento.
Heller e Casseb (1995) recomendam que sejam avaliados os seguintes fatores na
seleção do ponto de captação:
Possíveis custos de desapropriação;
Distância da captação à estação de tratamento de água;
Necessidade de estações elevatórias;
Disponibilidade de energia elétrica;
Facilidade de acesso.
Segundo Pereira etal. (1987), a captação das águas superficiais é geralmente
constituída das seguintes partes:
Barragens para manutenção do nível ou regularização de vazão – São obras
executadas em um curso d’água, ocupando toda sua largura, para manter o nível
da água em cota pré-estabelecida de modo a permitir o bom funcionamento do
sistema de captação.
Órgãos de tomada d’água com dispositivos para impedir a entrada de materiais
flutuantes ou em suspensão na água. Para este fim são utilizados grades, crivos,
telas e outros. Estes dispositivos têm a finalidade de remover sólidos decantáveis
(areia), materiais flutuantes e em suspensão (folhas, galhos, plantas aquáticas),
além de peixes, répteis, moluscos e qualquer outro material que possa impedir o
bom funcionamento das unidades a jusante.
Dispositivos utilizados para controlar ou impedir a entrada de água no sistema,
possibilitando a operação e a realização de manutenções no sistema.
Normalmente, para este fim são utilizadas comportas, válvulas, registros e
adufas.
Canais e tubulações – condutos utilizados para interligação entre as unidades do
sistema.
Poços de tomada – poço destinado para instalação da tubulações de sucção das
bombas.
Na Figura 1.2 são mostradas grades para a remoção de material grosseiro e o
sistema de bombeamento utilizado na unidade de captação de água superficial.
a b
Figura 1.2. Grade utilizada para retenção do sólidos grosseiros (a), Sistema de bombeamento de água
bruta do rio Guamá Belém -PA (b).
Na captação de águas de chuvas devem ser utilizados reservatórios para
acumulação do volume captado nos telhados das edificações. Contudo, a sua utilização
segura depende do condicionamento adequado, já que a água de chuva captada pode ser
poluída/contaminada por impurezas dos telhados, como dejetos de pássaros, folhas,
partículas etc.
Para captação de água subterrânea de aqüíferos livres ou confinadossão
construídos poços, bem como são utilizadas caixas de tomada para captação de água de
fonte de encosta ou de fonte de fundo de vale.
4. ADUTORAS
As adutoras são grandes tubulações ou canais utilizados no transporte de água
entre as unidades do sistema de abastecimento de água, como da captação para as
estações de tratamento e destas para os reservatórios. Em alguns casos, são instaladas
ramificações na linha de adução, as quais são denominadas de subadutoras.
É importante observar que não deve ocorrer distribuição de água diretamente
das adutoras aos consumidores, pois isso reduz a vazão transportada e desequilibra
hidraulicamente o sistema de abastecimento de água.
De acordo com a natureza da água transportada, as adutoras são classificadas:
em adutora de água bruta ou de água tratada, Uma outra classificação é quanto a energia
utilizada para movimentação da água, existindo adutoras com escoamento por
gravidade, por recalque ou misto.
O escoamento da água na adutora por gravidade é tipo conduto livre, com a água
sujeita a pressão atmosférica no deslocamento de ponto mais alto para ponto mais
baixo.
Na adutora por recalque ocorre transporte da água em conduto forçado, que é
caracterizado pela água apresentar pressão maior que a da atmosfera e ocupar
totalmente a seção de escoamento. Isso ocorre em sistemas que utilizam equipamentos
para impulsionar a água.
A adutora é considerada mista quando apresenta trechos por gravidade e por
recalque. Normalmente, a interrupção do funcionamento da adutora compromete o
abastecimento de água na cidade, em proporções que podem variar com a vazão de água
transportada e com o tempo de interrupção.
No projeto da adutora devem ser consideradas a vida útil, a vazão de água e o
tempo de funcionamento diário. A vida útil da adutora é relacionada com a evolução da
demanda de água, com o custo da obra e com a flexibilidade da operação.
O tempo de funcionamento da adutora é relacionado com a variação diária da
demanda de água na comunidade, com o custo de energia elétrica e com a existência de
reservatório no sistema de abastecimento de água. É oportuno observar que a
acumulação de água em reservatório reduz o tempo de funcionamento da adutora e da
estação elevatório (bombeamento).
Por sua vez, a vazão de adução deve ser estabelecida com base na população
abastecida e no valor do consumo médio per capita de água, observando, ainda, o
coeficiente de segurança para as variações de demanda e o valor da perda de carga (de
energia) na adutora.
A perda de energia é relacionada com a redução da pressão da água e ocorre ao
longo e em pontos localizados da adutora, como mudanças de direção, mudanças de
diâmetro, órgãos acessórios, registros, válvulas, conexões etc.
5. TRATAMENTO DE ÁGUA
A escolha da tecnologia de tratamento da água depende das características da
água bruta e da qualidade desejada para a água final. No entanto, fatores como os custos
de implantação, exigências operacionais, área disponível, entre outros, devem ser
considerados quando existe a possibilidade de aplicação de mais de uma tecnologia de
tratamento.
A potabilização de qualquer tipo de água é possível tecnicamente, no entanto, os
riscos sanitários e os custos envolvidos no tratamento de águas contaminadas podem ser
muito elevados, exigindo o emprego de tecnologias cada vez mais caras e sofisticadas
(PÁDUA, 2006).
No Brasil, os procedimentos e responsabilidades relativos ao controle e
vigilância da qualidade da água para consumo humano e seu padrão de potabilidade são
estabelecidos pela Portaria 2914 do Ministério da Saúde.
Segundo Pádua (2006), o tratamento da água tem as seguintes finalidades:
Remover da água os organismos patogênicos e as substâncias químicas
orgânicas e inorgânicas que podem causar danos à saúde humana;
Atender aos parâmetros estabelecidos pela portaria 2914 (Brasil, 2004);
Deixar a água esteticamente agradável;
Produzir água quimicamente estável, para que não provoque incrustações ou
corrosão excessiva nas tubulações de distribuição.
Os principais tipos de estação de tratamento de água para abastecimento público
são convencional, filtração direta e de desferrização.
5.1. Tratamento convencional ou completo
No tratamento convencional ou completo a água passa pelas etapas de mistura
rápida, floculação, decantação, filtração, desinfecção, fluoração e se necessário correção
de pH.conforme representado na Figura1.3.
Figura 1.3. Fluxograma de tratamento da ETA Bolonha Belém-PA. Fonte: Companhia deSaneamento do
Pará - COSANPA
Mistura rápida
A mistura rápida é utilizada para dispersão de produtos químicos na água bruta,
tendo pequeno tempo de detenção (tempo de permanência da água na unidade) e
elevado gradiente de velocidade (relacionado com a agitação da massa líquida).
A dispersão do produto químico é conseguida hidraulicamente(vertedores e
medidor Parshall etc.) ou mecanicamente (turbinas, rotores de bombas centrífugas etc).
Nas ETA’s brasileiras é muito empregado o medidor hidráulico Parshall1, conforme
mostrado na Figura 1.4.
a b
Figura 1.4. Medidor Parshall da ETA Moro Redondo – Belo Horizonte – MG (a), Ajuste de pH
ETA Morro redondo – Belo Horizonte – MG (b)
Os produtos químicos reagem quimicamente com as impurezas presentes na
água, em geral de carga negativa em meio aquoso, reduzindo a força de repulsão entre
essas impurezas (coagulação) e possibilitando, assim, a sua aglutinação na unidade
seguinte (floculação).
Os principais produtos químicos coagulantes são o sulfato de alumínio, o sulfato
ferroso, o sulfato ferroso clorado, o sulfato férrico e o cloreto férrico, os quais têm
eficiência que dependem das características da água bruta e das condições operacionais.
Em algumas situações, é necessário a utilização de produtos químicos complementares,
como os auxiliares de floculação e os que alteram o valor do pH da água bruta.
1 Também utilizado para medição indireta d vazão
Comumente, são realizados ensaios em equipamento jarteste (Figura 1.5) ou em
escala piloto para determinação da(s) dosagem(ns) do(s) produto(s) químico(s). Nesses
ensaios são avaliadas a agitação da massa líquida (determinada pelo gradiente de
velocidade) e a remoção de impurezas presentes na água.
Figura 1.5. Equipamento de jarteste
Floculação
A floculação pode ser hidráulica ou mecanizada, tendo a finalidade de aglutinar
as partículas desestabilizadas (redução da força de repulsão) na unidade de mistura
rápida, ou seja, é empregada para a formação de flocos de tamanho e massa especifica
adequados para remoção na unidade seguinte (decantação ou flotação).
O encontro das partículas para formação dos flocos é conseguido pela redução
na agitação da massa líquida (gradiente de velocidade menor do que na unidade
anterior), as unidades de floculação podem ser hidráulicas ou mecanizadas, Nos
floculadores mecanizados são utilizados equipamentos que promovem a agitação da
massa líquida, enquanto na floculação hidráulica, a agitação da massa líquida é
conseguida, geralmente, pela constante mudança de velocidade e direção do escoamento
água.
A floculação hidráulica apresenta as seguintes vantagens: a) menor custo de
construção e manutenção, pois não necessita equipamentos eletromecânicos; b) não
consome energia elétrica e apresenta maior simplicidade operacional. No entanto, esses
floculadores apresentam a desvantagem de não permitir a alteração do gradiente de
velocidade, o que, segundo Di Bernardo et. al. (2003), pode inviabilizar a sua utilização
em ETA’s em que a qualidade da água bruta apresenta grande variação sazonal.
Por sua vez, os floculadores mecanizados alteram o gradiente de velocidade e
proporcionam agitação mais homogênea da massa líquida. No entanto, consomem
energia elétrica e necessitam de mão de obra especializada para manutenção.
A agitação da massa líquida (gradiente de velocidade) e o tempo de detenção são
parâmetros fundamentais para o bom desempenho da unidade de floculação, os quais
devem ser primeiramente determinados em sistema piloto ou em equipamento de
jarteste.
No início da floculação são numerosas e menores as partículas desestabilizadas
(coagulação), as quais vão sendo aglutinadas em flocos que aumentam de tamanho e se
tornam mais sensíveis, Portanto, é importante determinar a redução gradativamente do
gradiente de velocidade (agitação da massa líquida) nas câmaras de floculação, visando
evitar a quebra de flocos já formados.
A eficiência da unidade de floculação pode ser melhorada com a utilização de
auxiliares de floculação, como polímeros naturais e sintéticos.
Decantação / Flotação
A clarificação da água ocorre pela remoção dos flocos na unidade de decantação
ou de flotação, Quando o peso específico dos flocos é maior que o da água é utilizado
decantador para sedimentação dos flocos para o fundo (ação da gravidade), conforme
representado na Figura 1.6
Água Cagulada
Floculador DecantadorCanal de descarga de lodo
Água Clarificada
Figura 1.6. Decantador convencional
A unidade de flotação é utilizada nos casos em que os flocos apresentam baixa
decantabilidade, Nesse processo é empregado dispositivo para introduzir água
pressurizada e liberar microbolhas de ar (solução Ar+Água), as quais no movimento
ascendente, arrastam os flocos formados na unidade de floculação, sendo a água
clarificada removida no fundo e os flocos na superfície do tanque de flotação, conforme
representado na Figura 1.7.
Flotador
Água Clarificada
Água Cagulada
Floculador
Sistema de raspagem de lodo
Microbolhas Ar+Água ( )
Câmara de Saturação
Canal de coleta de lodo
Figura 1.7. Unidade de Flotação
No projeto da unidade de remoção dos flocos devem ser consideradas as
velocidades de sedimentação (VS) e de flotação (VF), as quais podem ser determinadas
em sistema piloto, equipamento de jarteste (VS) ou de flotateste (VF).
Em comparação com a sedimentação, normalmente a flotação tem área menor,
menor consumo de coagulante primário, menor tempo de detenção da massa líquida e
produção de lodo com maior teor de sólidos. Contudo, PÁDUA (2006) observa que a
flotação requer equipamento para a formação das microbolhas, o que aumenta o
consumo de energia elétrica e exige operadores mais qualificados.
O material formado pelos flocos retidos no fundo do decantador ou na superfície
dos flotadores é denominado de lodo e é potencialmente perigoso (apresenta
microrganismos, metais etc). Portanto, deve ser removido, de forma contínua ou
periódica, e condicionado/tratado antes da sua destinação final.
Filtração
Na unidade de filtração ocorre a remoção de partículas suspensas e
microrganismos ainda presentes na água. É importante ressaltar que a filtração é o
último processo de remoção de impurezas na ETA, tendo, portanto, grande influência na
qualidade da água final produzida.
A remoção de impurezas na unidade de filtração ocorre quando a massa líquida
atravessa a camada filtrante, que geralmente é constituída de areia (filtros da camada
simples) ou de areia e antracito (filtros de dupla camada).De acordo com a
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, na NBR 12216, as
características granulométricas (tamanho efetivo e coeficiente de uniformidade) e a
espessura da camada filtrante devem ser determinadas com base em ensaios realizados
em filtro-piloto. NaFigura 1.8 são mostrados sistemas piloto de filtração em areia e de
filtração em areia e antracito.
Figura1.8. Sistema piloto de filtração com areia (a) e com areia e antracito (b)
O meio filtrante de camada dupla (carvão antracitoso e areia) permite carreiras
de filtração mais longas e uso de taxas de filtração mais altas. No entanto, requer maior
atenção e tem custo de aquisição do antracito superior ao do leito formado apenas por
areia.
No projeto da unidade de filtração devem ser estabelecidas a taxa de filtração e a
carreira de filtração. A taxa de filtração é a quantidade de água que pode ser filtrada por
área de filtro em determinado tempo. Os filtros de camada dupla possibilitam que seja
filtrado maior volume de água por unidade de área de filtro, quando comparado aos
filtros de camada simples, o que implica em menor área construída.
O tempo decorrido entre duas lavagens consecutivas é denominado de carreira
de filtração, sendo determinado pelo valor da perda de carga ou pela característica do
efluente do filtro, os quais são relacionados com a quantidade de impurezas retida no
leito filtrante.
A água utilizada na lavagem dos filtros é um resíduo do tratamento de água,
devendo ser tratada antes da sua destinação final.Após a filtração, a água é encaminhada
para e etapa de desinfecção, fluoretação e caso necessário correção de pH.
Desinfecção fluoretação e Correção de pH
Na desinfecção ocorre a inativação de microrganismos ainda presentes na massa
líquida, com a finalidade de garantir a qualidade microbiológica da água na saída da
ETA. Essa inativação pode ser obtida com a utilização de agentes físicos (radiação
ultra-violeta) ou produtos químicos (compostos de cloro, ozônio etc). Na Figura 1.9 são
mostrados cilindros que armazenam cloro utilizado na desinfecção de água de
abastecimento.
Figura 1.9. Cilindros de cloro gasoso da ETA Bolonha Belém-PA
Os fatores relacionados com a eficiência da desinfecção são as características do
desinfetante, a dosagem e o tempo de contato do desinfetante, as características dos
microrganismos, a homogeneidade da dispersão do desinfetante na massa líquida e as
características da água, como o pH, compostos inorgânicos, presença de matéria
orgânica e turbidez (DANIEL, 2001). Após o processo de desinfecção, a água deve ter
residual mínimo do agente desinfetante, para garantir a qualidade microbiológica da
água entre a ETA e o consumidor final.
PÁDUA, (2006) observa que a portaria no 635/75 do Ministério da Saúde
recomenda a fluoretação da água de abastecimento. Para isso é adicionado flúor na água
na forma de ácido fluorsilícico, fluorsilicato de sódio, fluoreto de sódio ou fluoreto de
cálcio, para agir preventivamente contra a decomposição dos esmaltes dos dentes.
Em algumas situações, é necessária a correção do pH da água tratada,
especialmente em águas corrosivas ou incrustantes, que podem causar danos nas
adutoras, tubulação de distribuição, bombas e outros. As incrustações geralmente estão
relacionadas com águas de pH elevado, enquanto as águas com baixo pH são corrosivas.
Na Figura 1.10 émostrada tubulação com processo de corrosão.
Figura 1.10. Tubulação que sofreu processo de corrosão
5.2 Filtração direta
Em algumas situações a água coagulada e floculada é encaminhada diretamente
para a unidade de filtração, ou seja, não existe unidade para sedimentação ou flotação.
As impurezas são removidas diretamente na unidade de filtração. Nessa configuração de
ETA a água ainda passa pelas etapas de desinfecção, correção de pH (se for o caso) e
fluoretação, descritas anteriormente.
Segundo Di Bernardo (2003), a filtração direta apresenta as seguintes vantagens
em relação ao tratamento convencional:
Menor número de unidades envolvidas;
Menor consumo de produtos químicos no processo de tratamento;
Menor geração de lodo (resíduo do tratamento de água).
No entanto, esse mesmo autor comenta que nem todas as águas tratadas por
meio de ETA’s de ciclo convencional podem ser potabilizadas com a utilização da
filtração direta, ou seja, existem limites de aplicabilidade da filtração direta em relação à
qualidade da água bruta.
Assim, a utilização da filtração direta é indicada para águas brutas que
apresentem cor e turbidez relativamente baixas e que não apresentem variações bruscas
de qualidade durante as estações do ano.
5.3. Estação de desferrização
As estações de desferrização são utilizadas normalmente para tratamento de
águas subterrâneas, as quais apresentam boas características físicas, químicas e
biológicas, porém com elevadas concentrações de ferro.
Dependendo das concentrações, o ferro presente na água quando oxidado,
confere a água coloração amarelada, podendo causar manchas em roupas e aparelhos
sanitários, sabor desagradável, interferência em processos industriais e outros
inconvenientes. Para as águas destinadas ao consumo humano, a portaria 2914 do MS
estabelece limite máximo de 0,3 mg/l de ferro.
A remoção de ferro pode ser realizada pela transformação do ferro solúvel na
água em insolúvel, com posterior remoção por decantação e /ou por filtração da massa
líquida. Após a remoção de ferro, a água deve passar pelas etapas de desinfecção,
correção de pH (se for o caso) e fluoretação, descritas anteriormente.
A transformação FeO2 em FeO3 pode ser realizada pelos seguintes métodos:
Aeração – consiste na exposição da massa líquida ao ar atmosférico, para
introdução de oxigênio responsável pela oxidação do ferro presente na água.
Segundo a ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, na NBR
12216, esse sistema tem a finalidade de introduzir ar na água para a remoção de
compostos voláteis e oxidáveis e gases indesejáveis. Na Figura 1.11 é mostrado
aerador tipo bandeja.
Figura 1.11. Aerador tipo bandeja da ETA de desferrização da UFPA Belém -PA
Utilização de oxidantes químicos – oxidação do ferro com a utilização de cloro,
ozônio, permanganato de potássio e outros. Segundo Pádua (2006), o tempo de
oxidante químico, sua dosagem e o tempo de contato devem ser estabelecidos
em laboratório, em função da qualidade da água bruta, sendo necessário avaliar
os subprodutos gerados;
Controle do pH da água – a precipitação do ferro também pode ser realizada
com a modificação do pH da água, pois a solubilidade do ferro, assim como de
outros metais, apresenta valores deferentes em função do pH da massa líquida.
5.4. Tratamento e classificação das águas
A seleção da tecnologia utilizada no tratamento da água depende,
principalmente, das características da água bruta e da qualidade da água final desejada,
sendo sempre recomenda a realização de ensaios em laboratório ou em sistema piloto.
A resolução do Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA) nº 357, 17
de março de 2005, que dispõe sobre qualificação das águas doces, salobras e salinas em
função dos usos preponderantes atuais e futuros, indica a classificação do corpo d’água
e o tipo de tratamento necessário para águas destinadas ao abastecimento para consumo
humano, conforme apresentado no Quadro 1.4.
Quadro 1.4. Tipo de tratamento de acordo com a classe da água
Classificação da água Tipo de Tratamento
Classe especial Desinfecção (remoção ou inativação de organismos
potencialmente patogênicos)
Classe 1 Tratamento simplificado (clarificação por meio de filtração,
desinfecção e correção de pH quando necessário)
Classe 2
Tratamento convencional (clarificação com utilização de
coagulação e floculação, seguida de desinfecção e correção de
pH)
Classe 3
Tratamento convencional ou avançado (técnicas de remoção
e/ou inativação de constituintes refratários aos processos
convencionais de tratamento, os quais podem conferir à água
características, tais como: cor, odor, sabor, atividade tóxica ou
patogênica)
Fonte: Conselho Nacional do Meio Ambiente (2005)
Em função da origem da água e de alguns parâmetros físicos, químicos e
biológicos,A ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, na NBR
12216/1992, apresenta a seguinte classificação das águas a serem utilizadas para
abastecimento público
Tipo A - Águas subterrâneas ou superficiais, provenientes de bacias
sanitariamente protegidas, com características básicas definidas no Quadro 1.5 e
as demais atendendo aos padrões de potabilidade;
Tipo B – águas subterrâneas ou superficiais, provenientes de bacias não
protegidas, com características básicas definidas na Quadro 1.5 e que possam
enquadrar-se nos padrões de potabilidade, mediante processo de tratamento que
não exija coagulação;
Tipo C – águas superficiais provenientes de bacias não protegidas, com
características básicas definidas na Quadro 1.5, e que exija coagulação para
enquadrar-se nos padrões de potabilidade;
Tipo D – águas superficiais provenientes de bacias não protegidas, sujeitas a
fontes de poluição, com características básicas definidas na Quadro 1.5, e que
exijam processos especiais de tratamento para que possam enquadrar-se nos
padrões de potabilidade.
Quadro1.5 - Características básicas
TIPO A B C D
DBO 5 dias (mg/L)
Média Até 1,5 1,5 – 2,5 2,5 – 4,0 > 4,0
Máxima, em
qualquer amostra 1 – 3 3 - 4 4 - 6 > 6
Coliformes (NMP/100ml) -
Média mensal em
qualquer mês 50 – 100 100 - 5000 5000 - 20000 > 20000
Máximo
> 100 cm menos
de 5% das
amostras
> 5000 cm
menos de 20%
das amostras
> 20000 cm
menos de 5%
das amostras
-
pH 5 – 9 5 - 9 5 - 9 3,8 – 10,3
Cloretos < 50 50 – 250 250 – 600 > 600
Fluoretos < 1,5 1,5 – 3,0 > 3,0 -
Fonte: ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (12216)
Em função da classificação da água, a ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE
NORMAS TÉCNICAS, na NBR 12216/1992, estabelece os seguintes tratamentos
mínimos:
Tipo A – desinfeção e correção de pH
Tipo B – desinfecção e correção de pH e, além disso:
o Decantação simples, para águas contendo sólidos sedimentáveis, quando,
por meio desse processo, suas características se enquadrem nos padrões
de potabilidade ou;
o Filtração, precedida ou não de decantação, para águas de turbidez
natural, medida na entrada do filtro, sempre inferior a 40 unidades
Nefelométricas de turbidez (UNT) e cor sempre inferior20 unidades,
referidas aos padrões de platina;
Tipo C – coagulação, seguida ou não de decantação, filtração em filtros rápidos,
desinfecção e correção do pH;
Tipo D – Tratamento mínimo do tipo C e tratamento complementar apropriado a
cada caso.
6. RESERVATÓRIO E ELEVATÓRIA
Na unidade de reservação ocorre o armazenamento de água em períodos
determinados. A capacidade de reservação deve ser suficiente para compensar as
variações horárias e diárias de consumo, manter a distribuição de água durante a
paralisação de unidades instaladas a montante e dispor de volume de água para combate
de eventual incêndio.
De acordo com a ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS
(1004), na NBR 12217, o reservatório de distribuição é um elemento do sistema de
abastecimento de água destinado a regularizar as variações entre as vazões de adução e
de distribuição e condicionar as pressões na rede de distribuição.
Os reservatórios podem ser construídos em concreto armado, concreto
protendido, aço, fibra de vidro, PVC etc. De acordo com a ASSOCIAÇÃO
BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (1004), o material da estrutura do
reservatório deve ser escolhido após estudos técnico e econômico que considere as
condições de fundação, a disponibilidade do material na região e a agressividade da
água a armazenar e do ar atmosférico.
A estrutura do reservatório pode ser construída toda em cota inferior a do
terreno (enterrado), toda acima da superfície do terreno (elevado) ou apenas com parte
abaixo da superfície do terreno (apoiado ou semi-enterrado).
No sistema de abastecimento de água pode ser utilizado apenas o reservatório
inferior (apoiado, enterrado ou semi-enterrado), com o bombeamento de água sendo
realizado diretamente na rede de distribuição.
Contudo, a maioria dos sistemas apresenta reservatório inferior, estação
elevatória (bombeamento) e reservatório superior, para que a maior parte da água
demandada seja armazenada no reservatório inferior e, então, bombeada para o
reservatório superior, que tem a finalidade de estabilizar a pressão narede de
distribuição de água. Na Figura 1.12 são mostrados conjuntos motor e bomba da estação
elevatória e o reservatório superior (elevado).
Figura 1.12. Reservatório elevado (a) e conjuntos motor e bomba do 3º setor de distribuição de
água da COSANPA (b).
Tsutiya (2004) observa que o volume do reservatório superior é menor do que o
do reservatório inferior, sendo, comumente adotado valores de 10 e 20% do valor total
da capacidade de reservação.
A ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, na NBR
12217/1994, recomenda que o fundo do reservatório enterrado ou apoiado esteja acima
do nível de água máximo do lençol freático e da cota de inundação máxima.
Em relação ao ponto de instalação no sistema, os reservatórios podem ser
localizados antes (montante), no meio ou depois (jusante) da rede de distribuição. Na
Figura 1.13 são mostrados reservatório de montante e de jusante.
Reserv
ató
rio NA
Montante
Jusante
Reserv
ató
rio
Figura 1.13. Reservatórios de montante e de jusante
De acordo com a ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, na
NBR 12217/1994, o volume necessário para atender às variações de consumo deve ser
avaliado a partir de dados de consumo diário e do regime previsto de alimentação do
reservatório, aplicando-se o fator 1,2 ao volume calculado, para levar em conta
incertezas dos dados utilizados.
O estudo da variação horária do consumo de água na comunidade é uma das
maneiras para determinar o volume do reservatório. Para isso são realizados estudos
(volume consumido)x(hora), conforme representado na Figura 1.14.
Figura 1.14. Representação de Curva de Variação horária de consumo de água.
Na curva de variação horária de consumo é possível verificar os horários de
consumo mínimo, médio e máximo. Os valores menores do que o suprimento médio
horário corresponde aos períodos em que o reservatório está enchendo, enquanto os
acima são referentes aos períodos de esvaziamento do reservatório.
Essa variação do consumo de água faz com a unidade de reservação tenha como
principais finalidades:
A1
A2
A3
Consumomédio
m3
h
1. Regularizar a vazão, acumulando e fornecendo água nas horas em que a
demanda é menor e maior do que o consumo, respectivamente;
2. Propiciar segurança ao sistema, garantindo o abastecimento de água nos
momentos de paralisação de energia elétrica ou manutenção de unidades
anteriores. Além disso, disponibilizar água para combate a incêndios;
3. Reduzir custos operacionais, programando a rotina dos conjuntos motor e bomba
para reduzir os desgastes nesses equipamentos e para que o bombeamento ocorra
em horários diferentes do período em que é maior o custo da energia elétrica.
7. REDE DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA
A rede de distribuição é o conjunto de tubulações, conexões, registros e peças
especiais, destinados a disponibilizar a água potável nos pontos de consumo do sistema
(residências, prédios públicos, indústrias, etc.), o que precisa ocorrer com continuidade
e segurança, para que a água seja distribuída na quantidade e na qualidade requerida
pelos consumidores.
As redes são formadas por condutos principais e condutos secundários. Os
condutos principais são os de maior diâmetro e têm a finalidade de abastecer os
condutos secundários que estão mais próximos do ponto de consumo e apresentam
diâmetro menor.
A disposição dos condutos principais e secundários depende de vários fatores,
como: características físicas, topografia, traçado do arruamento e da forma de ocupação
da cidade.
Quanto a disposição dos condutos principal e secundário e ao sentido do
escoamento, as redes podem ser classificadas em ramificada, malhada com anel e
malhada sem anel.
Na rede ramificada ocorre distribuição da vazão do conduto principal (tronco)
para derivações que distribuem as vazões aos coletores secundários. Logo, o sentido do
escoamento é direcionado do ponto de abastecimento (normalmente da unidade de
reservação) até a ponta da rede (extremidades mortas ou pontas secas).
Os pontos de ramificação e de mudanças de diâmetro recebem a denominação
de nós, sendo o conduto entre dois nós denominado de trecho de rede.
As redes malhadas com anel são constituídas por condutos troncos que formam
anéis ou malhas. Essa configuração em anel possibilita a reversibilidade no sentido das
vazões em função da demanda. Nessa disposição é possível abastecer qualquer ponto do
sistema por mais de um caminho, o que resulta em grande flexibilidade no
abastecimento e na manutenção da rede, porém essa configuração é mais dispendiosa
devido às conexões e acessórios requeridos. Na Figura 1.15 são representadas a rede
ramificada e a rede malhada.
a b
Figura 1.15. Rede ramificada (a) Rede malhadas com anel (b)
Para o funcionamento da rede de distribuição de água, a Associação Brasileira
de Normas Técnica, na NBR 12218/1994, recomenda os limites das pressões estática
máxima e dinâmica mínima de 500 kPa (50 mca) e 100 KPa (10 mca), respectivamente.
Também recomenda que esses valores limites de pressões (estática e dinâmica) sejam
observados em áreas delimitadas, ou seja, a rede deve ser subdividida em zonas de
pressão.
Assim, a medição e o registro das pressões são importantes para garantir o
controle operacional da rede de distribuição de água na área atendida, que deve ser
isolada hidraulicamente de outras áreas (setorização).
A setorização melhora o controle ao possibilitar a adequação e/ou redução de
pressão quando necessário, bem como proporciona maior confiabilidade na análise dos
valores macromedidos (volume de água que entra no setor) e micromedidos (volume de
água consumida no setor), bem como precisão nas ações relativas ao controle de perdas.
Além disso, a vazão de água transportada e distribuída deve atender as variações
na demanda de água, razão para nos projetos serem adotadoscoeficientes de reforço do
dia de maior consumo (K1) e da hora de maior consumo (K2), conforme mostrado na
Equação 1.
Eq1:
.
Onde:
Q= Vazão de distribuição
K1= Coeficiente relativo ao dia de maior consumo
K2=Coeficiente relativo a hora de maior consumo
q= Cota per capita
P= População
8. PERDAS DE ÁGUA EM SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA
Atualmente, no Brasil, a identificação e redução das perdas de água nos sistemas
de abastecimento de água tem sido uma meta de muitas das companhias de
saneamento.
O conhecimento dos volumes de água distribuído, consumido e perdido na
entrada, nas etapas e na saída do sistema de abastecimento de água é denominado de
balanço hídrico, e é fundamental para a determinação do consumo e das perdas.
86400
K2.q.P K1.Q
K2.q.P/86400
Para determinação do balanço hídrico é importante a limitação da área do
sistema de abastecimento de água e a utilização de equipamentos para a medição dos
volumes de água. Segundo Tsutiya (2004), o balanço hídrico permite representar e
quantificar todos os possíveis usos da água no sistema de abastecimento, desde a
captação até a distribuição aos consumidores. No Quadro 1.6são relacionadas
informações necessárias para o balanço hídrico.
Quadro 1.6. Balanço hídrico
Fonte: Alegre et al. (2000) apudTsutiya (2004).
Em sistemas de abastecimento os volumes de água que geram faturamento são
micromedidos ou estimados, sendo faturados pela empresa de saneamento. Também
existem volumes de água que não geram receita, pois são utilizados em operações
inerentes à prestação do serviço e em situações especiais, como a lavagem de rede,
limpeza de reservatórios, consumo de água nos processos de tratamento e os usos
especiais (corpos de bombeiros e os suprimentos sociais).
As perdas em sistemas de abastecimento de água são classificadas em perdas
reais e perdas aparentes. As primeiras correspondem aos volumes não consumidos em
decorrência de vazamentos ou de consumo excessivo de água em procedimentos
operacionais, enquanto as outras são relacionadas aos volumes de água não computados
pela empresa, como o uso em ligações clandestinas.
As perdas reais ocorrem entre a captação de água bruta e o cavalete do
consumidor e podem ser classificadas em perdas operacionais e de vazamentos. As
perdas operacionais estão relacionadas ao processo produtivo (ex: limpeza de filtros e
decantadores) ou aos procedimentos operacionais (ex: limpeza de rede ou reservatório)
e ocorrem toda vez que são utilizados volumes superiores ao necessário para o correto
procedimento operacional. Já as perdas por vazamentos são decorrentes de rupturas nas
tubulações, conexões e peças especiais; trinca e/ou problemas de impermeabilidade nas
estruturas das ETA’s e reservatórios, entre outros.
No Quadro 1.7 são apresentados os principais tipos de perdas reais por unidade
do sistema de abastecimento e suas principais causas.
Quadro 1.7. Origem das perdas reais e principais causas por unidade do sistema de abastecimento.
Unidade Origem das Perdas Causa
Adução
Vazamento nas
tubulações
Limpeza de poços de
sucção
Descarga
Pressão;
Características e movimento do solo;
Baixa qualidade de instalações e de
materiais;
Falhas na concepção de projeto;
Falhas na construção e manutenção;
Tráfego de veículos;
Idade das adutoras.
Tratamento
Lavagem de filtros e
decantadores
Descarga de lodo
Vazamentos nas
estruturas, comportas e
válvulas.
Mão de obra não qualificada;
Equipamentos inadequados;
Deficiência de projeto;
Rachaduras e/ou problemas de
impermeabilidade nas estruturas da ETA;
Problemas de vedação em comportas e
válvulas;
Deficiência de projeto.
Reservação Vazamentos nas
estruturas
Rachaduras e/ou permeabilidade das paredes
do reservatório;
Extravasamentos
Limpeza
Extravasamento devido à operação
deficiente;
Mão de obra não qualificada;
Meios de comunicação ineficientes ou
inadequados.
Distribuição
Descargas
Vazamento nas redes e
ramais
Ligações clandestinas;
Ligações não hidrometradas;
Hidrômetros parados ou que submedem;
Ligações inativas reabertas.
Fonte: Adaptado de BRASIL (2004).
A redução das perdas reais permite a diminuição dos custos operacionais, devido
à redução do consumo de energia elétrica, produtos químicos e outros. Já as perdas
aparentes correspondem aos volumes consumidos e não registrados, ou seja, não
faturados, decorrentes de ligações clandestinas, fraudes, submedição e outros. A
redução das perdas aparentes permite o aumento de receita e ampliação da oferta de
água.
No Quadro 1.8 são apresentados os principais tipos de perdas aparentes e suas
causas.
Quadro 1.8 - Origem e causas das perdas aparentes e suas principais causas.
Origem das Perdas Causa
Desvio fraudulento
Desperdício de
usuários
Falta de manutenção corretiva e preventiva de hidrômetros
Superdimensionamento de hidrômetros
Ligações clandestinas
Ligações inativas reabertas
Ligações não hidrometradas
Hidrômetros parados
Hidrômetros que submedem
Dessa forma, as perdas em sistema de saneamento provocam, principalmente,
aumento dos custos operacionais, causam redução no faturamento e na arrecadação e
aumento do custo final da água tratada.
Assim, a realização de ações voltadas para a redução das perdas é fundamental
para a redução do desperdício de recursos materiais, produtos químicos, energia elétrica
e outros, bem como, para a utilização racional dos recursos hídricos.
.9. CONSIDERAÇÕES FINAIS
A água deve ser disponibilizada em qualidade adequada e em quantidade
suficiente para que o homem atenda todas suas necessidades, pois é essencial à proteção
da saúde pública e ao desenvolvimento econômico e social das comunidades.
Do ponto de vista da potabilização, somente pequena parcela da água existente
no planeta é facilmente utilizável para consumo humano. Contudo, a degradação da
qualidade dessa água obriga a utilização de corpos d’água cada vez mais distantes e/ou
que empreguem tecnologias sofisticadas.
Nesse sentido, é grande o desafio do poder público de implantar o sistema de
abastecimento de água potável em áreas urbanas, principalmente pelo aumento da
população ocorrer, na maioria das vezes, de forma desordenada, com impacto direto na
degradação dos mananciais e no aumento do consumo de água.
Na tentativa de reduzir os custos da produção, tratamento e distribuição de água,
são realizados estudos de alternativas de concepção do sistema de abastecimento de
água, nos quais são analisados os tipos de manancial disponível (superficial ou
subterrâneo), os custos de implantação e operação de cada unidade do sistema, os
impactos econômicos, sociais e ambientais na área atendida e o período de alcance em
função doincremento populacional.
Portanto, é fundamental que o Sistema de Abastecimento de Água seja
planejado de acordo com as diretrizes e recomendações do Plano Diretor do Município,
que as etapas de projeto e de construção sejam realizadas de forma rápida, segura
tecnicamente e com custo adequado e, principalmente, que a água potável seja utilizada
adequadamente, não devendo ser perdida nas unidades do sistema e nem desperdiçada
pelos consumidores.
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