As Estações de Tratamento de Água (ETA’s) têm a finalidade de transformar a água denominada bruta (sem tratamento e imprópria ao consumo humano) em água denominada potável (tratada e adequada ao consumo humano). Nesse processo, a qualidade da água do manancial abastecedor exerce influência direta no tipo de tratamento a ser adotado pelas ETA’s, a fim de que a mesma, ao final do processo, esteja dentro dos padrões de potabilidade adequados ao consumo humano, conforme legislação específica. No Brasil, a legislação que regulamenta o padrão de potabilidade de água para consumo humano é a Portaria nº2.914, de 12 de dezembro de 2011, do Ministério da Saúde. Esta Portaria “estabelece os procedimentos e responsabilidades relativos ao controle e vigilância da qualidade da água para consumo humano e seu padrão de potabilidade, e dá outras providências”. Para o caso específico do Estado do Rio Grande do Sul, torna-se importante mencionar também a Portaria nº10, de 16 de agosto de 1999, da Secretaria de Saúde do Estado do Rio Grande do Sul, a qual “Define teores de concentração do íon fluoreto nas águas para consumo humano fornecidas por Sistemas Públicos de Abastecimento”. Desta forma, a água é considerada potável e, conseqüentemente adequada ao consumo humano, quando estiver dentro dos padrões físico-químicos e microbiológicos definidos conforme as portarias supramencionadas. Adicionalmente, tem-se oDecreto nº5440, de 04 de maio de 2005, da Presidência da República. Este decreto “estabelece as definições e procedimentos sobre o controle de qualidade da água de sistemas de abastecimento e institui mecanismos e instrumentos para divulgação de informação ao consumidor sobre a qualidade da água para consumo humano”. Por meio deste Decreto, os dados relativos à qualidade da água tratada e distribuída são disponibilizados à população sob a forma de um relatório anual denominado “Relatório Anual da Qualidade da Água”.
Em I tem-se a matéria-prima ou água bruta: águas oriundas de mananciais superficiais (rios, lagos, barragens, entre outros) ou subterrâneos (lençóis freáticos), desprovidas de qualquer tipo de tratamento e consideradas impróprias para o consumo humano.
Em II tem-se o processo de natureza físico-química: conjunto de processos físicos e químicos necessários para transformar a matéria-prima (água bruta) em produto final (água tratada/potável). O processo de tratamento de água ocorre em uma Estação de Tratamento de Água (ETA), a qual é composta por um conjunto de obras civis, materiais e equipamentos destinados à produção e à distribuição canalizada de água tratada/potável.
Em III tem-se o produto final ou água tratada/potável: água apropriada para o consumo humano cujos parâmetros microbiológicos, físicos, químicos e radioativos atendam ao padrão de potabilidade de água destinada ao consumo humano, conforme legislação específica (Portaria nº2.914, de 12 de dezembro de 2011, do Ministério da Saúde), não oferecendo riscos à saúde humana.
ETAPAS DE UM SISTEMA DE TRATAMENTO DE ÁGUA
Em uma ETA do tipo físico-químico convencional completa têm-se, normalmente, as seguintes etapas principais: coagulação, floculação, decantação, filtração, desinfecção, fluoretação, reservação/distribuição.
ETAPA DENOMINADA COAGULAÇÃO/FLOCULAÇÃO
A matéria-prima (água bruta desprovida de tratamento) apresenta-se sob a forma de uma dispersão coloidal, onde a fase dispersante é líquida (água) e a fase dispersada é sólida (colóide ou impureza). A fase sólida dispersada na fase líquida confere cor e turbidez à água.
A cor é proveniente da presença de substâncias coradas dissolvidas na água, podendo-se ainda classificar em cor verdadeira e cor aparente, conforme definido a seguir.
1. Cor verdadeira: devida somente às substâncias dissolvidas tendo sido separada a turbidez.
2. Cor aparente: devida à cor e turbidez, determinada sem separação do material em suspensão.
A água colorida é de aspecto desagradável (fator estético), sendo indesejável ao abastecimento público. A cor exerce influência na escolha do tipo do tratamento a que deve ser submetida a água e sua variação obriga a alterar a dosagem dos produtos químicos usados na etapa de clarificação. A cor natural provém principalmente da vegetação e de processos de degradação do ambiente.
A turbidez é proveniente da presença de substâncias visíveis (partículas) em suspensão que interferem na transparência da água. As matérias em suspensão são sílica, argila, matéria orgânica finamente dividida, plâncton e outros microorganismos. Também pode ser devida à presença de pequenas bolhas de ar. A turbidez define-se como a medida da interferência à passagem da luz, provocada pelas matérias em suspensão, ocasionando a reflexão e a absorção da luz. Depende da granulometria e da concentração das partículas. Partículas grandes, mesmo em concentrações elevadas, acusam pequena turbidez, enquanto que partículas menores acusam maior turbidez. Assim como a cor, a turbidez também está relacionada com fator estético. Águas com altos valores de turbidez podem reduzir a eficiência do tratamento e alterar o sabor e odor da água.
A turbidez exerce grande interferência na determinação da cor e deve ser removida por centrifugação da amostra a ser analisada. Não é recomendado realizar a filtração da amostra, porque o processo de filtração remove parte da cor. Caso não seja possível a remoção da turbidez para a análise da cor, registra-se o valor da cor como sendo, conforme mencionado anteriormente, “cor aparente”. Adicionalmente, o parâmetro cor é fortemente influenciado pelo valor do pH da amostra, e aumenta à medida que o pH também aumenta. Ao se determinar o valor da cor, deve-se registrar o valor do pH correspondente.
Para a remoção de cor, turbidez e carga orgânica presentes nas águas, ou seja, para a remoção de impurezas, torna-se necessário a desestabilização da dispersão coloidal. Como, de um modo geral, a maioria dos colóides dispersos em água, onde o a faixa de pH se encontra entre 5 a 10, apresentam carga negativa, deve ser adicionado à água um eletrólito que contenha uma carga de sinal contrário à carga das partículas coloidais presentes na água.
A desestabilização é a minimização e/ou eliminação das forças repulsivas que mantém as impurezas separadas. Esta desestabilização é conseguida na etapa de coagulação. Torna-se importante destacar que as etapas de coagulação e floculação são praticamente simultâneas e interdependentes e, por este motivo, podem ser consideradas uma única etapa denominada coagulação/floculação.
A etapa de coagulação é um processo unitário que consiste na formação de coágulos, através da reação do coagulante, promovendo um estado de equilíbrio eletrostaticamente instável das partículas no seio da massa líquida. Os coagulantes mais usados no processo de coagulação são os sais de metais à base de alumínio ou ferro, tais como sulfato de alumínio, cloreto férrico, sulfato férrico, sulfato ferroso e policloreto de alumínio. Também se utilizam produtos auxiliares conhecidos como polieletrólitos catiônicos, aniônicos ou não iônicos. A coagulação depende de fatores como temperatura, pH, alcalinidade, cor verdadeira, turbidez, sólidos totais dissolvidos, força iônica do meio, tamanho das partículas, entre outros parâmetros.
A etapa de floculação ocorre imediatamente após a coagulação e consiste no agrupamento das partículas eletricamente desestabilizadas (coágulos), de modo a formar outras partículas maiores denominadas flocos, suscetíveis de serem removidos por decantação (ou flotação) seguido de filtração. A floculação torna-se favorecida em condições onde se tem uma agitação moderada, aumentando o contato entre as partículas formando flocos. Esses flocos apresentam massa específica superior à massa específica da água. Assim sendo, nesta etapa tem-se a remoção de cor e turbidez, carga orgânica, organismos patogênicos passíveis de coagulação, eliminação de algumas substâncias que conferem sabor e odor, entre outros.
ETAPA DENOMINADA DECANTAÇÃO
A etapa denominada decantação é onde ocorre a separação (física) das partículas suspensas mais pesadas formadas durante a floculação (flocos) no meio líquido, as quais pela força da gravidade apresentam um movimento descendente, depositando-se no fundo dos tanques decantadores formando uma massa sólida denominada lodo. A decantação das partículas suspensas propicia a clarificação da água pela separação da fase sólida ao mesmo tempo em que a camada de lodo formada no fundo do decantador precisa ser removida periodicamente.
Ao contrário da decantação, onde os flocos formados nos floculadores são obrigados, sob a ação da gravidade, a se depositarem (sedimentarem) no fundo dos tanques decantadores, conforme mencionado anteriormente, existe ainda um processo denominado de flotação ou flutuação. Neste caso, as partículas formadas nos floculadores (flocos) são forçadas a flutuarem antes de serem removidas da água clarificada.
ETAPA DENOMINADA FILTRAÇÃO
A etapa de filtração consiste na remoção das partículas suspensas e coloidais e de microorganismos presentes na água que escoa através de um meio filtrante, o qual pode ser composto de uma ou de várias camadas de areia de diferentes granulometrias, carvão (antracito) ou camadas alternadas de areia e carvão. É nesta etapa que as partículas mais finas e leves, que não foram retidas nos decantadores são removidas da água. É considerado como um processo final de remoção de impurezas na ETA, portanto é um dos responsáveis pelo cumprimento dos padrões de potabilidade da água. Na filtração as impurezas são retidas num meio filtrante sendo necessária à lavagem dos filtros após certo período de tempo, geralmente, realizada com a introdução de água com alta velocidade no sentido ascensional. A água utilizada na lavagem, normalmente, retorna ao início do processo de tratamento.
Dentre todas estas etapas, a coagulação, a floculação, a decantação e a filtração são partes integrantes de um processo denominado clarificação da água. Entretanto, a água clarificada, apesar de parecer limpa e livre de impurezas, contém ainda muitos microorganismos nocivos ao ser humano, podendo tornar-se um meio de transmissão de várias doenças. Para a destruição destes microorganismos, tem-se a etapa denominada desinfecção.
ETAPA DENOMINADA DESINFECÇÃO
A desinfecção é um processo onde se tem por objetivo a remoção ou destruição (inativação) de microorganismos patogênicos presentes na água capazes de causar várias doenças. A destruição desses microorganismos é realizada mediante a destruição da estrutura celular, pela interferência no metabolismo como inativação de enzimas, pela interferência na bio-síntese e no crescimento celular, através da adição de produtos químicos denominados agentes desinfetantes.
Com relação aos vários produtos químicos agentes desinfetantes disponíveis atualmente no mercado, os mais conhecidos e utilizados são os produtos à base de cloro, tais como o cloro gasoso (Cl2(g)), o hipoclorito de sódio (NaClO(l)) solução aquosa e o hipoclorito de cálcio (Ca(ClO)2(g)) sólido. Outros agentes desinfetantes disponíveis, porém menos conhecidos e utilizados são dióxido de cloro (gás dissolvido em água – ClO2(g)), o ozônio gás (O3(g)) e a radiação ultravioleta (UV). A grande vantagem da utilização dos produtos químicos à base de cloro como agentes desinfetantes é que os mesmos, quando adicionados à água, apresentam concentrações residuais de cloro que permanecem na água até esta chegar à casa do consumidor final garantindo, desta forma, o padrão microbiológico da mesma. Isto não acontece com o ozônio e com a radiação ultravioleta, por exemplo. Outras vantagens que podem ser mencionadas é que os produtos à base de cloro são adquiridos prontos para utilização sob a forma líquida (através de soluções aquosas), sólida (através de pastilhas) e/ou gasosa (confinados em cilindros), além de apresentarem relação custo/benefício adequada.
ETAPA DENOMINADA FLUORETAÇÃO
Adicionalmente à desinfecção da água, tem-se ainda a etapa denominada fluoretação, sendo uma exigência do Ministério da Saúde Brasileiro. Sabe-se que o flúor, em pequenas quantidades, é benéfico à saúde humana, principalmente em crianças, promovendo o endurecimento da matriz mineral dos dentes e esqueleto e tem se mostrado como o agente químico mais eficiente na prevenção da cárie dentária, daí sua adição nos sistemas de abastecimentos públicos de água ser uma prática muito difundida e obrigatória.
A fluoretação tem por objetivo básico a redução de incidência de cárie dentária, através da adição de produtos químicos à base de flúor à água. Alguns dos produtos químicos usados para este fim são o fluossilicato de sódio (sal sólido) e o ácido fluossilícico (solução líquida).
O PROCESSO DE TRATAMENTO DE ÁGUA DA COMUSA
A Comusa – Serviços de Água e Esgoto de Novo Hamburgo realiza o tratamento da água oriunda do Rio dos Sinos, tornando-a potável, para ser consumida pela população do município de Novo Hamburgo.
A COMUSA utiliza o tratamento de água do tipo físico-químico convencional completo, apresentando os mesmos fundamentos teóricos conforme discutidos anteriormente. No entanto, a estação de tratamento de água da COMUSA apresenta algumas particularidades importantes, tais como a utilização de coagulante orgânico à base de tanino no lugar do clássico sulfato de alumínio e dióxido de cloro como agente desinfetante principal ao invés de cloro gasoso, conforme se apresenta a seguir.
A COMUSA produz atualmente em média 1.700.000m3 de água potável por mês. É responsável pelo abastecimento público de água potável para o município de Novo Hamburgo, atendendo 98% da população urbana.
A água denominada bruta é captada no Rio dos Sinos, através da Estação de Captação, situada na Vila Integração em Novo Hamburgo, e bombeada para a ETA, situada à Avenida Coronel Travassos, 287 – Bairro Rondônia, onde é tratada com produtos químicos para torná-la potável.
A Figura 4.1, mostra vista aérea da localização do ponto onde a água bruta é captada às margens do Rio dos Sinos.
Figura 4.1 Fotografia aérea da localização do ponto de captação de água bruta às margens do Rio dos Sinos, situada na Vila Integração, município de Novo Hamburgo/RS
A Figura 4.2 apresenta uma fotografia da entrada de água bruta na ETA. Percebe-se a calha Parshall (dispositivo para medição de vazão) e tubulações para adição dos produtos químicos para promover a coagulação.
Figura 4.2 Fotografia da entrada de água bruta na ETA. Percebe-se a calha Parshall (dispositivo para medição de vazão) e tubulações para adição dos produtos químicos coagulantes.
COAGULAÇÃO/FLOCULAÇÃO
Na etapa denominada coagulação/floculação, são adicionados os produtos químicos responsáveis pela remoção de cor, turbidez e significativa carga orgânica presentes na água bruta. Após a adição desses produtos, na entrada de água bruta da ETA, acontece a mistura dos mesmos com a água e a mesma é conduzida, por meio de canaletas, aos tanques floculadores para a formação dos flocos. A COMUSA apresenta dois tanques floculadores.
A Figura 4.3 apresenta uma fotografia de um dos floculadores da ETA da COMUSA.
Figura 4.3 Fotografia de um dos floculadores da ETA da COMUSA, responsáveis pela formação dos flocos.
Para tanto, a COMUSA utiliza um agente coagulante/floculante orgânico, vegetal, à base de tanino, extraído da casca da árvore Acácia Negra, como agente coagulante/floculante principal e um agente clarificante à base de poliaminas como agente coagulante/floculante auxiliar. A adição desses produtos à água, sob a forma de uma solução líquida, faz com que as impurezas, que conferem cor e turbidez à água, se aglutinem através da formação de flocos nos tanques floculadores, sendo facilmente removidos na etapa de decantação.
DECANTAÇÃO
Terminada a etapa de floculação, a água é conduzida para os tanques decantadores. Nos tanques decantadores, os flocos já formados são removidos depositando-se no fundo dos decantadores sob a ação da gravidade. Isto ocorre porque os flocos são mais pesados do que a água. O resultado é uma fase líquida sobrenadante (água clarificada) e uma fase sólida decantada (lodo). Esta água clarificada é então conduzida para os filtros de areia com o objetivo de remover os flocos mais finos e leves que não são retidos nos decantadores.
A Figura 4.4 apresenta uma fotografia de um dos decantadores da ETA da COMUSA. A COMUSA possui três tanques decantadores.
Figura 4.4 Fotografia de um dos decantadores da ETA da COMUSA, responsáveis pela separação das fases líquida (água clarificada sobrenadante) e sólida (flocos sedimentados ao fundo).
A Figura 4.5 apresenta uma fotografia dos vertedores de saída de um dos decantadores da ETA da COMUSA.
Figura 4.5 Fotografia dos vertedores de saída de um dos decantadores da ETA da COMUSA.
FILTRAÇÃO
A água clarificada oriunda dos decantadores é conduzida para os filtros de areia com o objetivo de remover os flocos mais finos e leves que não foram retidos nos decantadores. Desta forma, a água clarificada contendo ainda partículas residuais (flocos finos e leves que não foram retidos nos decantadores) é obrigada a atravessar um meio poroso (leito de areia). Este meio poroso constituído de areia com granulometria específica, tem por objetivo remover essas partículas residuais.
A Figura 4.6 apresenta uma fotografia de um dos filtros de areia da ETA da COMUSA. No total, a COMUSA possui oito filtros de areia revestidos internamente com fibra.
Figura 4.6 Fotografia de um dos filtros de areia da ETA da COMUSA.
Após a etapa de filtração, a água está clarificada e livre de impurezas. No entanto, apesar de parecer limpa a água ainda apresenta microorganismos que podem causar várias doenças.
DESINFECÇÃO
Por conseguinte, na etapa de desinfecção são adicionados à água clarificada produtos químicos à base de dióxido de cloro e cloro para promover a destruição de microorganismos patogênicos. A COMUSA utiliza uma solução de dióxido de cloro como agente desinfetante primário ou principal e uma solução de hipoclorito de sódio como agente desinfetante secundário ou auxiliar.
A Figura 4.7 apresenta uma fotografia dos dois sistemas de geração de dióxido de cloro da ETA da COMUSA.
Figura 4.7 Fotografia dos dois sistemas geradores de dióxido de cloro da ETA da COMUSA.
FLUORETAÇÃO
Subseqüente à etapa de desinfecção, tem-se a etapa denominada fluoretação da água, responsável pela aplicação de produtos químicos à base de flúor na água com o intuito de prevenir a incidência de cárie dentária, sendo uma determinação do Mininstério da Saúde Brasileiro. A COMUSA utiliza o produto químico denominado ácido fluossilícico.
Finalizado todo este processo de tratamento de natureza físico-química, a água se apresenta em conformidade com as exigências da Portaria nº 2.914, de 12 de dezembro de 2011, do Ministério da Saúde e da Portaria nº 10, de 16 de agosto de 1999, da Secretaria de Saúde do Estado do Rio Grande do Sul. Assim sendo, está em condições de ser consumida pela população de Novo Hamburgo.
A COMUSA realiza as análises de controle de qualidade de água em cada etapa unitária do processo, na saída da ETA e na rede de distribuição de água potável. Para tanto, a COMUSA apresenta cem pontos de controle de qualidade de água estrategicamente distribuídos pelo município de Novo Hamburgo.
As metodologias analíticas utilizadas nos Laboratórios Central e Operacional da COMUSA para a determinação dos parâmetros físico-químicos e microbiológicos atendem às especificações das normas nacionais, bem como a edição mais recente da publicação Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, de autoria das instituições American Public Health Association (APHA), American Water Works Association (AWWA) e Water Environment Federation (WEF), ou das normas publicadas pelaInternational Standartization Organization (ISO).
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