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Relatorio do estágio em área de Saneamento Básico
1. UNIVERSIDADE DE CAXIAS DO SUL
GABRIELE ZATTA LORENZET
RELATÓRIO FINAL DE ESTÁGIO
AUDITORIAS, CONTROLE DE DADOS E ENSAIOS FÍSICO-QUÍMICOS
CAXIAS DO SUL
2020
2. GABRIELE ZATTA LORENZET
RELATÓRIO FINAL DE ESTÁGIO
AUDITORIAS, CONTROLE DE DADOS E ENSAIOS FÍSICO-QUÍMICOS
Relatório Final de Estágio em Engenharia
Química, apresentado como requisito
para aprovação da disciplina na Área do
Conhecimento de Ciências Exatas e
Engenharias da Universidade de Caxias
do Sul.
Orientadoras: Profª Mª Rejane Rech e
Profª Mª Drª Janete de Zorzi
CAXIAS DO SUL
2020
4. 2.3.5 Cloro Residual .............................................................................................34
2.3.5.1 Métodos envolvidos........................................................................................35
3 DESCRIÇÃO DAS ATIVIDADES REALIZADAS NO ESTÁGIO ..................35
3.1 OBJETIVO DAS ATIVIDADES......................................................................36
3.1.1 Objetivo Geral..............................................................................................36
3.1.2 Objetivos Específicos .................................................................................36
3.2 MÉTODOS ....................................................................................................36
3.1.1 Ensaios Realizados.....................................................................................46
3.1.1.1 Remoção de íons Mn(II).................................................................................46
3.1.1.2 Estimativa de dosagem de coagulante...........................................................46
3.2 RESULTADOS..............................................................................................47
3.4 CONCLUSÃO................................................................................................50
REFERÊNCIAS.............................................................................................51
5. 5
1 INTRODUÇÃO
1.1 SAMAE – UMA HISTÓRIA
De acordo com a Lei n° 11.445/2007 (marco legal), o saneamento básico no
Brasil é entendido como o conjunto de quatro serviços: (i) abastecimento de água;
(ii) esgotamento sanitário; (iii) limpeza urbana e manejo de resíduos sólidos; e (iv)
drenagem de águas pluviais.
Segundo dados da Fundação Getúlio Vargas (2019), 25 % da prestação de
serviço de saneamento é dada de forma direta, por meio de autarquias municipais,
empresas públicas e/ou administração pública direta. Além disso, 97 % da prestação
dos serviços de abastecimento de água e esgotamento sanitário no Brasil é
concentrada em servidores públicos. (CERI - CENTRO DE ESTUDOS EM
REGULAÇÃO E INFRAESTRUTURA, 2019)
O SAMAE – Serviço Autônomo Municipal de Água e Esgoto, localizado na
cidade de Caxias do Sul, é uma autarquia municipal de saneamento básico, ou seja,
possui autonomia administrativa para exercer suas funções que são: abastecimento
de água e esgotamento sanitário. Os princípios (valores) que regem o SAMAE são
excelência em abastecimento de água e esgotamento sanitário com qualidade,
valorização dos servidores, responsabilidade fiscal e socioambiental, ética e
transparência. (SAMAE - SERVIÇO AUTÔNOMO MUNICIPAL DE ÁGUA E
ESGOTO , 2015)
Fundado em 05 de janeiro de 1966, o SAMAE possui uma história que
culmina na sua origem, com relações entre iniciativas públicas e privadas que datam
desde 1893.
Tabela 1- Principais eventos que impulsionaram o desenvolvimento do SAMAE.
(continua)
Ano Evento
1893 Município declara as fontes hídricas de uso comum, para o serviço
público.
1913 Instala-se o serviço de recolhimento de materiais fecais, em parceria
com a iniciativa privada.
1914 Instalação de poço hidráulico para abastecimento da praça Dante
Aliguieri.
6. 6
(conclusão)
1919-1921 Instalação de um sistema de abastecimento no atual Parque Getúlio
Vargas, para rede pública, com 3 km de extensão.
1912-1924 Início do plano de instalação da represa do arroio Dal Bó.
1926-1928 Construção da São Pedro
1928 Inauguração da Estação Borges de Medeiros
1943 Construção da barragem São Paulo
1950 Amplia-se o complexo Dal Bó que abrange três represas: São Paulo,
São Pedro e São Miguel.
1963-1971 Construção da represa Maestra pelo Governo Federal.
Construção da ETA Ana Rech.
1968 Construção da Estação de Tratamento Celeste Gobbato pelo município.
Década
de 1970
Começam os projetos de tratamento de efluentes.
Construção da ETA Samuara.
1976 Instalação de 4139 metros de rede de coleta de esgoto para destino
final no arroio Marquês do Herval.
1971-1983 Adquire-se a bacia de captação do arroio Faxinal e implementa-se o
sistema de represas Faxinal. Ampliação da ETA Ana Rech.
1987-1992 Obras do sistema Faxinal são melhoradas.
1995-1996 Implementação de rede de coleta de esgoto no bairro Serrano e
construção da ETE Rivadávia Azambuja Guimarães.
2000 Ampliação da ETA Ana Rech.
2001 Construção da ETE Marianinha de Queiróz
2003 Construção da ETE Dal Bó
2006 Construção da ETE Vittória
2007 Construção da ETE Ana Rech e Canyon
2009-2012 Início das obras da represa Marrecas
2012 Construção de ETE Tega, Samuara e Belo.
2013 Inauguração da ETA Ildefonso
2014 Inauguração do Sistema Pinhal
2015 Inauguração do Sistema Pena Branca e Morro Alegre
2017-2018 Desativação das ETAs Ana Rech e Galópolis.
Fonte: (SAMAE, 2020, acervo digital).
7. 7
Atualmente com mais de 400 mil habitantes, Caxias do Sul requer maior
disponibilidade de água e tratamento de esgoto. Para isso, a última obra, represa
Marrecas, foi criada, suprindo a demanda de 250 mil pessoas pelos próximos anos.
O SAMAE possui seis estações de tratamento (ETA) ativas na sua rede de
tratamento, que são ligadas às seis represas da cidade. (SAMAE - SERVIÇO
AUTÔNOMO MUNICIPAL DE ÁGUA E ESGOTO , 2015)
Tabela 2- Informações sobre as ETAs: inauguração e capacidade de operação.
ETA Dados administrativos
(fonte: site do SAMAE)
Capacidade de tratamento
(fonte: site do SAMAE)
Borges de
Medeiros
Inaugurada em 1928, atua junto
ao sistema de represas
“Complexo Dal Bó”.
100 L/s;
atende 3,53% da população;
Samuara Inaugurada em 1962, atua junto
à represa Samuara.
45 L/s;
atende 1,49% da população;
Celeste
Gobbato
Inaugurada em 1964, atua junto
à represa Maestra.
300 L/s;
atende 23,1% da população;
Parque da
Estação
Inaugurada em 1981, atua junto
à represa Faxinal.
Não informado;
atende 51,9% da população;
Morro
Alegre
Inaugurada em 2014, atua junto
às represas Faxinal e Marrecas.
Não informado;
atende 17,4% da população.
Engenheiro
Ildefonso
Schroeber
Inaugurada em 2014, atua junto
à represa Maestra.
50 L/s;
atende 1,37% da população.
Fonte: adaptado de (SAMAE, 2020, acervo digital).
* 1,21% da população abastecida por poços artesianos.
1.2 USUÁRIOS E COLABOLADORES
O SAMAE é responsável, além da distribuição de água no perímetro urbano,
pelo abastecimento da zona rural do município de Caxias do Sul, onde atua no
tratamento e manutenção de poços artesianos em Vila Cristina, Criúva, Mulada,
Santa Lúcia, Fazenda Souza, Bevilácqua, Vila Oliva e Santa Justina.
Para viabilizar essa abrangência, o SAMAE conta com uma ampla rede de
colaboradores, cerca de 400 funcionários distribuídos entre equipe de operadores,
8. 8
servidores técnicos, servidores administrativos e engenheiros, além dos serviços
terceirizados de limpeza e transporte.
O organograma abaixo é uma representação simples da relação do SAMAE
com os demais setores. Empresas do setor químico fornecem produtos para o
tratamento e atividades correlacionadas. Empresas de engenharia prestam serviços
específicos conforme demanda, assim como empresas de limpeza e transporte, em
uma parceria público-privado.
Figura 1: Diagrama da relação do SAMAE com a sociedade. (fonte: o autor)
Fonte: o Autor (2020).
1.3 AVALIAÇÃO NO MERCADO
No Brasil, 92,4 % dos municípios têm acesso à rede de água e 72,7 % dos
municípios à rede de esgoto. Entretanto, o esgoto tratado é apenas de
aproximadamente 46,3 % em relação ao esgotos gerados. No RS, este índice é
entre 20 % a 40 %. Esses dados, além dos valores declarados pelas companhias
de saneamento, levam em conta a falta de informação a cerca do esgoto
produzido. Abaixo, a imagem mostra os municípios (em amarelo) que não trazem
dados relativos ao seu esgoto.(SNS – Secretaria Nacional de Saneamento, 2018)
Figura 2- Dados abastecidos no sistema SNIS da rede de água (esquerda) e do
esgoto (direita) em 2018.
9. 9
Fonte: (Secretaria Nacional de Saneamento, 2018, )
Segundo dados do SNIS, entre 1418 municípios mapeados:
Caxias do Sul possui 98,5 % da população abastecida por água
tratada, ocupando a 358ª posição (apenas 999 municípios
apresentaram valores acima de zero).
Quanto ao esgoto tratado, Caxias apresenta um resultado de 88,9 %
de tratamento e 346ª posição (1126 municípios informaram algum
dado).
Quanto às perdas de água tratada nas redes de distribuição, a cidade
apresenta perda de 35,5 %, 668ª posição nacional. Entretanto, apenas
994 municípios declararam informações e, destes, 15 apresentam
perdas negativas, o que leva Caxias para a 653ª posição. A média
brasileira de perda é 38,5 %.
Quanto ao valor da tarifa mensal, o município apresenta a 352ª
posição entre as 550 declaradas, com valor de R$27,00/mês. Os
outros 868 municípios declararam tarifa zero.
Tabela 3- Ranking de comparação dos resultados de 1418 municípios brasileiros.
10. 10
Fonte: adaptado de Secretaria Nacional de Saneamento (2018).
O SNIS (Sistema Nacional de Informações sobre Saneamento) avalia
domicílios residenciais, comerciais e públicos, volumes produzidos e consumidos
para abastecimento de água, volumes coletados e tratados para esgotamento
sanitário, extensão de rede de água e de coleta de esgotos, quantidade de
empregados próprios, receitas e despesas com os serviços, dentre outras
informações.
Para levantamento destes dados, a Portaria nº 719, de 12 de dezembro de
2018, do Ministério de Desenvolvimento Regional institui metodologia para auditoria
e certificação de informações do SNIS, relacionada aos serviços de abastecimento
de água e esgotamento sanitário. A Secretaria disponibiliza o “Manual de Melhores
Práticas de Gestão de Informações sobre Saneamento” que auxilia a geração de
informações com maior grau de confiança e exatidão.
Para melhores resultados na área de abastecimento público pode-se trazer a
questão da fiscalização, hoje feita pela Vigilância Sanitária através do portal
Siságua. A fiscalização é parte importante do acompanhamento dos resultados do
SAMAE.
Os entraves para a confiabilidade dos dados é aspecto fundamental nos
resultados obtidos em pesquisas como a feita pelo SNIS, visto que os dados são
declarados e a metodologia de autodeclaração das informações por parte das
empresas pode possuir viés.
Valores Parâmetros Avaliados
Posição no
Ranking
(informações
declaradas
Nº de
Municípios
com
Informações
Não
Declaradas
Nº de
Municípios
com
Informações
Declaradas
Nº de
Municípios
com dados
Negativos
(erros)
% população
água tratada
98.5
% (População total atendida
com abastecimento de
água/População residente
total, segundo o IBGE)
358 419.0 999
% população
com esgoto
tratado
88.9
% (População total atendida
com esgotamento
sanitário/População residente
total, segundo o IBGE)
346 292 1126
% perdas de
água tratada
35.5
% (Volume
Consumido/volume
produzido)
668 424 994 15
Tarifa mínima
praticada para as
economias
residenciais
27.3 R$/mês (menor valor) 352 868 550
868 declararam
tarifa zero
11. 11
Segundo o FGV, os entraves para aprimoramento dos serviços de
saneamento podem ser financeiros, através do investimento e administração dos
recursos. Também se relacionam com o quadro de colaboradores, o que o FGV traz
como “arquitetura institucional fragmentada”, além de falta de competitividade por
não apresentarem concorrentes no mercado(CENTRO DE ESTUDOS EM
REGULAÇÃO E INFRAESTRUTURA, 2019).
12. 12
2 REFERENCIAL TEÓRICO
A água possui centenas de aplicações, dentre elas: abastecimento para
consumo humano, preservação do equilíbrio natural das comunidades aquáticas,
preservação dos ambientes aquáticos em unidades de conservação de proteção
integral, recreação de contato primário, tais como natação, esqui aquático e
mergulho(CONAMA, 2020).
As águas doces são classificadas de acordo com as seguintes condições e
padrões: a) não verificação de efeito tóxico crônico a organismos, de acordo com os
critérios estabelecidos pelo órgão ambiental competente, comprovado pela
realização de ensaio ecotoxicológico padronizado; b) materiais flutuantes, inclusive
espumas não naturais; c) óleos e graxas; d) substâncias que comuniquem gosto ou
odor; e) corantes provenientes de fontes antrópicas; f) resíduos sólidos objetáveis; g)
coliformes termotolerantes; h) DBO 5 dias a 20°C até 3 mg/L O2; i) OD, em qualquer
amostra, não inferior a 6 mg.L-1
O2; j) turbidez até 40 unidades nefelométrica de
turbidez (UNT); l) cor verdadeira: nível de cor natural do corpo de água em mg Pt.L-1
;
m) pH: 6,0 a 9,0(CONAMA, 2020).
A água potável deve atender aos diversos padrões de potabilidade
estabelecidos pelas portarias correspondentes. As estações de tratamento de água
devem, portanto, realizar uma série de ensaios químicos e físico-químicos para
garantir a qualidade do produto, padronizá-lo e deixá-lo de acordo com a legislação.
2.1 RECURSOS HÍDRICOS E A POTABILIDADE
O abastecimento da cidade de Caxias do Sul é feito majoritariamente por
represas. O uso e o parcelamento do solo em áreas de bacia de captação, chamada
Zona das Águas (ZA), é disciplinado pela Lei Complementar Municipal nº 246, de 6
“Para amenizar os impactos das cheias e secas, são
construídas obras de infraestrutura visando garantir a segurança
hídrica. Dentre as obras de infraestrutura hídrica, destacam-se os
reservatórios artificiais, que potencializam a disponibilidade hídrica
superficial. Além de armazenar água, os reservatórios artificiais
podem liberar parte do volume armazenado nos períodos de
estiagem, regularizando e diminuindo as flutuações sazonais das
vazões.”
(ANA - AGÊNCIA NACIONAL DE ÁGUAS, 2018)
13. 13
de dezembro de 2005. Em seu artigo 6º, parágrafo 1º, a LC 246/2005 esclarece que
a Zona das Águas (ZA) é composta pelas bacias hidrográficas que têm por função a
captação e acumulação de água para o abastecimento público do município de
Caxias do Sul.
A NBR 12.216/1992 classifica essas águas como “águas superficiais
provenientes de bacias não protegidas” e traz a necessidade do tratamento dessas
águas com coagulação, seguida ou não de decantação, filtração em filtros rápidos,
desinfecção e correção do pH. Outras formas de abastecimento são poços ou águas
subterrâneas, mais comuns em localidades no interior, como citado anteriormente.
O tratamento de água dos mananciais tornou-se indispensável devido à
contaminação de fontes hídricas naturais. Em razão de ocupações irregulares na
área da bacia de captação, ocorre lançamento de esgotos in natura de modo
clandestino, a represa Maestra está eutrofizada, o que ocasiona o intenso
desenvolvimento de algas, havendo diversos eventos de floração ao longo do ano.
Em boa parte do ano, a represa encontra-se estratificada com a camada superficial
apresentando características bem distintas da camada inferior.
A água próxima à lâmina d’água apresenta biomassa oriunda de algas que
produzem oxigênio, em decorrência das altas concentrações de oxigênio dissolvido.
Nesta região, os compostos encontram-se na forma oxidada e os metais na forma
particulada, sendo estes facilmente removidos no processo convencional de
tratamento. No que se refere à biomassa de algas, o processo convencional
apresenta certa dificuldade, devido à flotação e a predominância de flocos leves, o
que acarreta uma maior frequência na lavagem de filtros.
A água nas camadas inferiores da represa apresenta matéria orgânica
predominantemente solúvel, baixas concentrações de oxigênio e diversos
compostos na forma reduzida, inclusive: metais, sulfetos e nitrogênio amoniacal.
14. 14
2.2 TRATAMENTO DA ÁGUA: OPERAÇÕES
Um sistema de abastecimento é um conjunto de processos para fornecer
água a uma comunidade, em que a água é retirada da natureza, tratada e
transportada até os consumidores. Este conjunto de operações seguem normas de
diferentes áreas técnicas.
Para elaboração do projeto da Estação de Tratamento de Água devem ser
observadas muitas condições. A NBR nº 12216/92 descreve os requisitos para o
tratamento de ciclo completo ou tratamento convencional para abastecimento
público. Para sua aplicação, pressupõem-se conhecidos outros assuntos tratados
nas normas NBR nº 12211 e NBR nº 12213, como, por exemplo, capacidade
nominal da estação; definição das etapas de construção; localização e definição da
área necessária para sua implantação; levantamento das características do terreno,
entre outros.
Tabela 4 - Normas técnicas para sistemas de abastecimento de água: nome e
descrição.
(continua)
NBR 15784/ 17 -
Produtos químicos
utilizados no tratamento
de água para consumo
humano
Estabelece os requisitos para o controle de qualidade dos
produtos químicos utilizados em sistemas de tratamento
de água para consumo humano e os limites das
impurezas nas dosagens máximas de uso indicadas pelo
fornecedor do produto, de forma a não causar prejuízo à
saúde humana.
NBR 12805/93 –
Extintor de cal
Fixa condições para encomenda, fabricação e aceitação
de extintores de cal do tipo de carregamento manual,
utilizados em estações de tratamento de água com
dosagem de cal por via úmida.
NBR nº 15007/17 –
Produtos à base de orto
e polifosfatos para
aplicação em
saneamento básico
Estabelece a especificação técnica, amostragem e
metodologia de ensaios dos produtos à base de orto e
polifosfatos para utilização no tratamento de água para
consumo humano, além de requisitos toxicológicos e de
desempenho.
15. 15
(conclusão)
NBR nº 11833
(ABNT/EB 2132) de
08/1991 – Hipoclorito
de sódio
Fixa as condições exigíveis para o fornecimento de
hipoclorito de sódio utilizado, entre outros fins, como
agente desinfetante no tratamento de água para
abastecimento público.
NBR nº 11834
(ABNT/EB 2133) de
08/1991 – Carvão
ativado pulverizado –
Especificação
Fixa as condições exigíveis para o fornecimento de carvão
ativado pulverizado, utilizado na adsorção de impurezas
no tratamento de água para abastecimento público.
Fonte: o Autor (2020).
17. 17
2.2.1 Captação
A captação de água é especificada de acordo com a vazão necessária ao
projeto. A água bruta é captada nas represas através de um sistema de adução. As
adutoras podem transportar água por gravidade em conduto livre, em que a água
escoa sempre em declive sob o efeito da pressão atmosférica. Outra forma de
adução é por recalque, quando o local da captação estiver em um nível inferior, que
não possibilite a adução por gravidade, sendo necessário forçar o escoamento pelo
emprego de equipamentos como, por exemplo, um conjunto moto-bomba e
acessórios. A vazão bombeada chega ao tratamento e é medida através da calha
Parshall ou de macromedidores.
No interior das represas há estruturas em concreto chamadas de torre de
captação. Nas torres de captação há diversas comportas, as quais são abertas de
acordo com nível da água, sendo operadas em períodos de estiagem. Nos períodos
de chuvas abundantes, a água excedente é extravasada através do vertedouro da
represa.
A água bruta é aduzida as Estações de Tratamento de Água através de
bombeamento (ETA Parque da Imprensa, ETA Morro Alegre, ETA Celeste Gobbato
e ETA Borges de Medeiros) ou através da ação da gravidade (ETA Samuara e ETA
Engº Ildefonso José Schroeber). Adutoras de água bruta podem estender-se por
diversos quilômetros e podem apresentar diâmetro de até um metro.
2.2.2 Calha Parshall
A calha Parshall é a unidade de tratamento pela qual a água bruta chega à
estação, possuindo a função de misturar hidraulicamente alguns insumos do
processo, tais como: coagulante, substâncias adsorventes, oxidantes, alcalinizastes
e auxiliares de coagulação. A calha ainda tem a função de determinar a vazão de
água que será tratada a partir da leitura da elevação do nível d’água, em uma escala
ou régua.
De acordo com a norma NBR nº 9826/2009, o medidor Parshall, também
conhecido por Calha Parshall, é um medidor de vazão para canais abertos. A calha
possui na entrada um trecho convergente que se estreita, seguido de um declive de
18. 18
seção constante (F), e na saída um trecho divergente em aclive (G’). Este formato
permite a turbulência do fluido.
Figura 4- Desenho técnico da calha Parshall
Fonte: Google (2020).
Na Calha são dosados os agentes oxidantes que visam eliminar matéria
orgânica, como os microorganismos. Na calha também é dosado carvão ativado,
produzido a partir da pirólise do carvão. Ele tem a função de captar impurezas, como
moléculas orgânicas grandes e gases tóxicos, retirar o gosto e o odor da água. Os
sais de metais (Sulfato de ferro ou alumínio) também são adicionados na calha para
coagular matéria orgânica, o que inicia o processo de floculação. A coagulação
ocorre por uma interação entre os óxidos e o hidróxido formado com o íon alumínio
Al+3
, gerando uma rede de complexos metálicos (coloides).
2.2.2.1 Mecanismos Envolvidos
A altura da lâmina de água na parte mais estreita da calha (h) pode ser
relacionada com a vazão (Q) através da equação:
ℎ = 𝑘𝑄𝑛
(1)
onde k e n estão relacionados aos ao modelo de calha (número).
19. 19
Segundo a NBR 12.216 (1992), a dispersão de coagulantes metálicos
hidrolisáveis deve ser feita a gradientes de velocidade (G) compreendidos entre 700
s-1
e 1100 s-1
, em um tempo de mistura não superior a 5 segundos. Além disso, a
aplicação dos coagulantes deve seguir uma distância de até 20 cm do corpo d’água
e ser feita em perpendicular à superfície de escoamento.
2.2.3 Floculação
“Floculadores são unidades utilizadas para promover a agregação de
partículas formadas na mistura rápida.”ABNT- NBR nº 12216 (1992) Esta etapa
envolve contato direto das partículas, o que é facilitado através de agitação da
solução.
Os sistemas de agitação se classificam em hidráulicos ou mecânicos. Os
sistemas hidráulicos utilizam barreiras físicas para desviar o fluxo de água,
causando uma agitação por cisalhamento. Agitadores hidráulicos são os anteparos
distribuídos para gerar regiões com distintos graus de agitação (mensurados através
dos gradientes de velocidade). Em quase todas as ETAs, com exceção da ETA
Ildefonso, se utiliza sistema hidráulico com chicanas.
Cada unidade de floculação possui características diferentes, sendo
destinada a aplicações em diferentes cenários. O sistema hidráulico tem menor
custo de implementação, operação e manutenção por utilizar o escoamento da água
para promover gradientes de velocidade devido ao atrito com as paredes e
contração do fluxo nas passagens, devido às chicanas.
O sistema mecanizado possui pás horizontais ou verticais e ação de rotores
que causam uma agitação forçada. Este modelo traz benefícios como ajuste de
acordo com a vazão do processo e menores perdas de cargas. Em contrapartida,
possui uma operação de maior custo energético e manutenções complexas. Pás
giratórias são indicadas para sistemas de floculação de câmaras com capacidade de
até 250 m3
(CAMPOS; DI BERNARDO; VIEIRA, 2005).
figura 5- Configuração dos floculadores da ETA Parque da Imprensa.
20. 20
Fonte: VIANNA (2010)
2.2.3.1 Mecanismos Envolvidos
Os sais de metais atuam na matéria orgânica através da complexação dos
íons metálicos no retículo de óxidos. No caso da adição de Al2(SO4)3, o alumínio
forma um coloide pela formação de hidróxido de alumínio, que possui interação
entre cargas negativas de coloides (contamines da água) e sítio positivos do
polihidróxido de alumínio.“Quando o alumínio é adicionado na água e hidrolisa, há a
formação de um grande número de espécies monoméricas, e possíveis espécies
poliméricas. A maior parte desses produtos encontra-se em equilíbrio com o
precipitado sólido de hidróxido de alumínio [Al (OH)3]. Estas espécies hidrolisadas
21. 21
podem ainda incluir compostos de alumínio polinucleares.” (CAMPOS; DI
BERNARDO; VIEIRA, 2005).
Os parâmetros envolvidos neste sistema hidráulico de floculação são:
𝐺𝑓 = √
𝑔ℎ
𝑣 𝑇𝑑
(2)
onde Gf = gradiente de velocidade(s-1
); g = aceleração da gravidade (9,81 m.s-2
); h =
soma das perdas de carga na entrada e ao longo do compartimento (m); v =
viscosidade cinemática (m2
s-1
); Td = período de detenção no compartimento(s).
A ABNT- NBR nº 12216 (1992) traz a necessidade de se aplicar períodos de
detenção (Td) e gradientes de velocidade (Gf) de acordo com os ensaios feitos em
laboratório. Caso não haja a possibilidade de serem feitos, pode-se utilizar para
floculadores hidráulicos de 20 min < Td < 30 min e um Gs máximo de 70 s-1
para o
primeiro compartimento e mínimo de 10 s-1
no último. A velocidade longitudinal (de
escoamento) da água entre 10 cm.s-1
e 30 cm.s-1
.
Com o aumento do tamanho dos flocos, as forças de cisalhamento podem
causar sua ruptura. A ruptura ocorre devido à erosão superficial de partículas
ocasionada pelo arraste da água em alta velocidade e devido à tensão atuante na
partícula, causando sua deformação, seguido de ruptura. Segundo (CAMPOS; DI
BERNARDO; VIEIRA, 2005) um dos maiores problemas que os engenheiros
enfrentam nos projetos de dimensionamento de estações de tratamento de água é a
determinação do tempo de floculação (Td) em unidades de mistura completa de
escoamento contínuo com câmaras em série.
Esse grupo estudou os parâmetros velocidade de agitação (Gf) e tempo de
retenção (Td) com base na equação (3) que relaciona o número de câmaras de
floculação necessárias (m), turbidez na entrada (n1
0
) e saída (n1
m
) da unidade,
coeficiente de agregação (KA) e coeficiente de ruptura (KB) (CAMPOS; DI
BERNARDO; VIEIRA, 2005)
𝑛1
𝑚
𝑛1
0 =
1+𝐾𝐵𝐺𝑓
2𝑇𝑑
𝑚
∑ (1+𝐾𝐴𝐺𝑓
𝑇𝑑
𝑚
)𝑖
𝑚−1
𝑖=0
(1+𝐾𝐴𝐺𝑓
𝑇𝑑
𝑚
)𝑚
(3)
22. 22
Dentro deste modelo, a velocidade de sedimentação no decantador é entre 1
e 5 cm.min-1
que relaciona-se com um gradiente de velocidade (Gf) entre 20 e 60 s-1
,
o que resultaria, segundo CAMPOS; DI BERNARDO; VIEIRA, (2005) em um tempo
de residência (Td) entre 15 e 30 minutos para um número de câmaras de floculação
entre 1 e 5, com 3,68x10-5
< KA < 1,83x10-4
s-1
e 1,83x10-7
< KB < 2,30x10-7
s-1
.
Segundo MORUZZI E CONCEIÇÃO DE OLIVEIRA (2013) a eficiência para esses
resultados é entre 50–90 % com água bruta (pH = 7,7 ± 0,2; turbidez = 27 ± 1 NTU;
cor aparente = 210 ± 10 Hu; cor verdadeira = 20 ± 5 Hu; alcalinidade = 23 ± 1 mg
CaCO3 L-1
;condutividade = 46,0 ± 0,5 S.cm-1
; dureza = 13 ± 1 mg CaCO3 L-1
). Ainda
segundo esses pesquisadores, apesar de ser possível relacionar os parâmetros
envolvidos na floculação nos ensaios de jartest, eles não são escalonáveis para
sistemas maiores. Além da dimensão, a qualidade da água bruta, tipo de coagulante
e mecanismo de coagulação interfere nos resultados.
Após a formação dos flocos causados pela coagulação, estes tendem a
afundar, por apresentar maior massa específica do que a solução aquosa onde se
encontra.
2.2.4 Decantação
Segundo ABNT- NBR nº 12216 (1992) os decantadores são as unidades
responsáveis pela remoção de partículas presentes na água, através de ação da
gravidade. Eles podem ser convencionas, ou de baixa taxa, e de elementos
tubulares, ou de alta taxa. As maiores ETAs (Celeste, Morro Alegre e Parque da
Imprensa) operam com decantação convencional, com dois blocos, de acordo com
as normas ABNT.
2.2.4.1 Mecanismos Envolvidos
A taxa de decantação é determinada em função da velocidade de
sedimentação das partículas segundo a equação (4) ABNT- NBR nº 12216 (1992)
𝑄
𝐴
= 𝑓 𝑉𝑠 (4)
onde Q = vazão que passa pela unidade (m3
s-1
); A = área superficial útil da zona de
decantação (m2
); f = fator de área adimensional (f =1 para decantador convencional);
Vs = velocidade de sedimentação (ms-1
). No caso de sedimentador tubular o fator
respeita outra equação. A Vs é ajustada conforme a vazão (Q) da estação.
23. 23
O cálculo da velocidade longitudinal (Vo) para decantadores convencionais é
dada por 𝑉𝑜 =
𝑅𝑒
8
1/2
para fluxo laminar com nº de Re < 2000. Caso não se conheça
Re e se a vazão for menor que 10000 m3
dia-1
, Vo = 0,5 cm.s-1
. Para evitar o arraste
nos tanques, o gradiente de velocidade (Gf) da entrada deve ser inferior a 20 s-1
.
Para auxiliar na limpeza, se possível os canais devem ter aclividade.
A entrada da água nos decantadores deve ser feita por dispositivo hidráulico
que distribua uniformemente a vazão em toda a seção transversal, garantindo
uniformidade na velocidade longitudinal (Vo) quanto à intensidade e sentido. Para
isso, pode- se instalar telas ou fazer abertura de uma fenda que assegure a
uniformidade do escoamento.
A coleta da água decantada deve ser coletada por tubos perfurados
submersos ou vertedouros não afogados que garantam uma carga hidráulica e uma
vazão uniforme na saída do decantador. A vazão de saída do decantador (q) deve
ser calculada pela equação (5) ABNT- NBR nº 12216 (1992)
𝑞 = 0,018. 𝐻. 𝑉𝑠 (5)
onde q = vazão, em L. s-1
m-1
; H = profundidade do decantador (m); VS = velocidade
de sedimentação (m3
m-2
dia-1
); ou caso não seja possível o cálculo, q≤ 1,8 L.s-1
m-1
.
2.2.5 Descargas Hidráulicas
As ETAs de SAMAE possuem descargas hidráulicas, ou seja, não há
dispositivo mecânico auxiliando na remoção do lodo. O lodo é removido dos
decantadores hidraulicamente, sendo descartados para as ETEs ou tratados
diretamente nas ETAs.
Nas ETAs Morro Alegre e Parque da Imprensa, o lodo é tratado no local,
sendo direcionado para as UTRs (Unidades de Tratamento de Resíduo). Nestas
unidades, os lodos são adensados, ou seja, é adicionado polieletrólito não iônico
para o aumento de velocidade de sedimentação. A água clarificada dos
adensadores, juntamente com a água de lavagem de filtros, é transferida para um
tanque pulmão onde é escoado de volta ao processo, juntamente com a água bruta
na calha Parshall. O lodo adensado é direcionado para uma centrífuga. A pasta
sólida (com teor de sólidos na faixa entre 20 % a 30 %) é acondicionada em
24. 24
contêineres e destinada a aterros sanitários. O líquido resultante da centrifugação é
descartado na rede cloacal para posterior tratamento em ETEs.
2.2.5.1 Mecanismos Envolvidos
A ABNT- NBR nº 12216 (1992) traz a necessidade de se dimensionar os
decantadores tradicionais para suportarem até 60 dias de funcionamento. Outra
exigência é uma descarga de fundo que esvazie o tanque em no máximo 6 h
localizada preferencialmente onde há maior acúmulo de lodo e com declividade
mínima e 50° (formato de cone invertido). A lavagem deve ser feita por jateamento e
a carga hidráulica de descarga deve ser de mínimo 1,5 m.
A carga hidráulica (h) em um ponto corresponde à carga piezométrica,
expressa em altura de coluna d’água segundo a equação (6).
U = ρ. h (6)
onde U = pressão (Nm-2
); ρ = peso específico da água (kg.m2
s2
) e h = altura da
carga d’água (mca).
2.2.6 Filtração
Os filtros das ETAs possuem composição de diferentes dimensões de pedras,
areias e antracito, uma das formas granuladas do carvão mineral. Nesta unidade,
partículas muito pequenas dos flocos coagulados, além de alguns organismos
microbiológicos nocivos (como oocistos de protozoários) não capturados, ficam
retidos.
É importante saber que, a partir dessa parte, praticamente todos os resíduos
orgânicos e inorgânicos tóxicos foram eliminados, no entanto, a água não é
considerada potável pois pode conter diversos gêneros de microorganismos
patogênicos, o que torna indispensável a etapa de desinfecção.
2.2.6.1 Mecanismos Envolvidos
Para a ETA Parque da Imprensa a vazão filtrada é 1 m3
s-1
. Os seus filtros têm
camada dupla com taxa declinante variável (VIANNA, 2011). A água é filtrada em
unidades de escoamento descendente contendo um leito filtrante simétrico.
figura 6- Representação de unidade filtrante da ETA Parque da Imprensa.
25. 25
Fonte: VIANNA, (2011)
A água filtrada é coletada por tubulações perfuradas com orifícios de 100 mm
de diâmetro (VIANNA, 2011). Esse mesmo mecanismo perfurado é utilizado para o
sistema de lavagem. Nele, água tratada é injetada em contracorrente nos filtros.
Antes de se injetar água, sopradores paralelos à tubulação de água injetam ar para
auxiliar na diminuição de tensão da torta (matéria acumulada nos filtros). Parte da
água tratada é destinada para a lavagem dos filtros que é feito a cada 24h, e segue
para o início do tratamento, junto com a água do fundo dos floculadores e
decantadores.
figura 7- Planta e seção dos filtros da ETA Parque da Imprensa.
Fonte: VIANNA (2011)
26. 26
2.2.7 Cloração / Fluoretação
A cloração é a adição de gás cloro à água. Na maioria das ETAs é utilizado
ácido hipocloroso (HClO). Por ser um forte agente oxidante, ele se liga às paredes
celulares, proteínas, enzimas e ácidos nucleicos dos microrganismos, destruindo-os.
Se não os matar, torna inviável a replicação dos mesmos. Na ETA Parque da
Imprensa, ETA Morro Alegre, ETA Borges de Medeiros e ETA Samuara se dosa o
cloro gás, na ETA Engº Ildefosno José Schroeber dosa-se hipoclorito de sódio
gerado in loco por eletrólise. Em todas as ETAs encontram-se disponíveis solução
de hipoclorito de sódio (12%) como sistema auxiliar de desinfecção.
A última etapa é a fluoretação. Esta é a inclusão de certos compostos que
tenham o íon fluoreto, neste caso, usa-se o ácido fluorsilíssico (H2SiF6). Para
produzir os efeitos preventivos esperados em relação à cárie dentária com
efetividade e segurança, é necessária uma concentração ótima de fluoretos na água
– no Brasil varia entre 0,6 e 1,7 partes por milhão (ppm) (MINISTÉRIO DA SAÚDE,
1975).
2.2.8 Carvão ativo
O carvão ativo é utilizado como adsorvente no tratamento de água. Um
adsorvente é um material capaz de fixar em sua superfície outras substâncias que
produzem gosto, odor e matéria orgânica dissolvida. As propriedades de superfície e
físicas como filtrabilidade e densidade influenciam na taxa e na capacidade de
adsorção. Para a finalidade de tratar água, utiliza-se o carvão em pó. Além da
dimensão do grão, a origem do carvão traz características, podendo ter carácter
ácido ou básico, o que influencia na oxidação da sua superfície (PUC, 2020).
O fenômeno da adsorção pode ser dividido em químico ou físico. A adsorção
física ocorre por forças intermoleculares de Van der Waals e forças secundárias. Já
a quimisorção envolve transferência eletrônica, ou seja, ligações químicas.
A equação (7) de Langmuir pode ser utilizada para relacionar a adsorção de
íons em solução. Ela se baseia em três hipóteses 1) a superfície de adsorção é
homogênea, independente da extensão da cobertura da superfície; 2) a adsorção
ocorre sem interação com as moléculas vizinhas adsorvidas no solvente; 3) a
adsorção é máxima quando se forma uma camada de soluto que cobre totalmente a
superfície do adsorvente.
27. 27
𝑞𝑒 =
𝑞𝑚á𝑥.𝑏.𝐶𝑒
1+𝑏.𝐶𝑒
(7)
Onde qe= massa de adsorvato (material adsorvido) por unidade de massa do
adsorvente (mg.g-1
); Ce= concentração no equilíbrio do adsorvato em solução depois
da adsorção (mg.L-1
). qmáx = constante empírica que indica a capacidade de
adsorção na monocamada (mg.g-1
); b= constante relacionada à energia livre de
adsorção, constante de equilíbrio de adsorção.
2.2.9 Quelação
Os polifosfatos (fosfatos condensados) e ortofosfatos são adicionados ao
tratamento para desincrustação e proteção das tubulações, quelação e fosfatização
de íons indesejáveis como os íons metálicos.
2.3 ANÁLISES DE QUALIDADE
As águas naturais apresentam impurezas que podem conter determinadas
substâncias prejudiciais à saúde humana. Para analisar a qualidade da água,
observam-se suas características físicas e químicas. As características físicas são
turbidez e cor. Entre as análises químicas encontram-se a medição de pH, dureza e
presença de metais como ferro e manganês.
2.3.1 Turbidez
A turbidez de águas naturais ocorre devido a partículas de diversos tamanhos
que ficam suspensas no leito hídrico. Estas partículas causam dispersão e absorção
da luz, provocando a aparência turva e agregando coloração à água. Uma das
principais causas da presença dessas partículas é a decomposição de matérias
orgânicas como vegetação e animais (AMERICAN PUBLIC HEALTH
ASSOCIATION, 2017, p. 129)
A turbidez é uma relação entre expressões óticas, resultado da comparação
entre as leituras de um espectro de luz que atravessa alguma solução contendo
partículas e seu padrão ou de referência, ambas nas mesmas condições de pressão
e temperatura. As partículas podem, além de absorver, espalhar (refratar) e refletir,
transmitir luz sem perda de direção ou intensidade de feixe. Isso caracteriza um
material transparente. Quando a amostra possui partículas suspensas o feixe de luz
28. 28
incidido sofre outras interações, espalhando-se (light-scattering). Esse espalhamento
é interpretado pelo sensor do equipamento como turbidez, portanto, quanto mais
material suspenso na solução inicialmente translúcida, maiores as chances dela se
tornar turva.
A penetração da luz na água é alterada por partículas em suspensão que
provocam a dispersão da luz. Alguns fatores que influenciam na turbidez da água de
mananciais são a presença de sedimentos do solo, efluentes e presença de algas.
A claridade ou transparência da água é considerada um parâmetro importante para
o consumo humano. O processo de purificação da água contém etapas que
aumentam a claridade da água, como decantação e filtração. A água se torna turva
quando há matéria suspensa e coloides como barro, produtos orgânicos e
microrganismos (AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION, 2017, p. 129).
Nefelômetro é o nome do equipamento utilizado para medição de turbidez
com luz incidente a 90° da amostra. O termo é de origem grega “nephos” que
significa nublado/névoa. O centro Americano de pesquisas geológicas (U.S
Geological Sorvey) estabeleceu em 1976 alguns parâmetros: 1) instrumentos e
métodos padronizados devem ser adotados para medir luz transmitida em água em
unidades fotométricas. 2) reportar “turbidez” em unidades de turbidez Jackson (NTU)
(PICKERING, 1976).
De acordo com o especificado no § 2º do art. 30 da portaria nº2914/11 os
índices de turbidez para a água potável são até 1 uT em 95 % das amostras para
processos de filtração lentos. De acordo com a resolução nº357/05 – CONAMA, a
turbidez deve estar em até 40 NTU (Unidades Nefelométricas de Turbidez).
2.3.1.1 Métodos envolvidos
A definição de turbidez pode ser representada pela expressão (8)
(AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION, 2017, p. 129)
𝑇 =
1
𝑑
ln
𝐼0
𝐼𝑖
(8)
onde T= turbidez; I0= intensidade de luz incidida; Ii= intensidade de luz transmitida;
d= distância atravessada de amostra.
29. 29
O efeito de espalhamento aumenta quanto maiores as partículas em solução
e menores os comprimentos de onda da luz incidente. A intensidade de luz
espalhada pode ser relacionada com a concentração da solução quando se mantêm
constantes o comprimento de onda da luz incidente e dimensão das partículas
presentes em solução, esta sendo a mais difícil de prever (THORNE, 1961).
O método de análise da turbidez deve ser ágil para que a amostra não tenha
alteração drástica de dispersão das partículas, pH ou temperatura. A remoção de ar
e outros gases da amostra antes da medição é indicada para evitar turbidez causada
por bolhas (AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION, 2017, p. 129).
A sensibilidade dos equipamentos deve ser possível detectar pelo menos 0,02
NTU, o que significa uma solução de água deionizada filtrada para partículas
maiores do que 0,1 micrômetros ou os padrões de formazinha (AMERICAN PUBLIC
HEALTH ASSOCIATION, 2017, p. 129).
Os recipientes das amostras devem ser de vidro ou polímeros transparentes,
excepcionalmente limpos, sem riscos ou arranhões. É utilizado para mantê-los assim
um óleo de silicone para mascarar menores imperfeições (AMERICAN PUBLIC
HEALTH ASSOCIATION, 2017, p. 129).
2.3.2 pH
Atkins (2012) define pH como potencial hidrogeniônico, ou seja, a capacidade
da solução em gerar íons do grupo H+
.
Na natureza, existem íons orgânicos e inorgânicos presentes em ambientes
aquáticos. As interações entre eles podem ser explicadas como uma competição
pelos íons opostos presentes. Essa competição pode causar corrosões em
tubulações ou precipitação de sais nas mesmas. Neste caso, o pH ácido pode
causar corrosão nas tubulações (KLOK, 2017).
“Acids contribute to corrosiveness and influence chemical reaction rates,
chemical speciation, and biological processes. The measurement also reflects a
change in the quality of the source water” (AMERICAN PUBLIC HEALTH
ASSOCIATION, 2017, p. 455).
30. 30
O estudo de MANCY e O'SHEA (1978) mostra que um alto pH aumenta a
redução de íons metálicos se comparado com ambientes ácidos, podendo causar
incrustações. Isso ocorre principalmente pela presença de íons carbonatos (CO3
-2
e
HCO3
-
) que tendem a se complexar com estes metais. Alguns íons metálicos
possuem maior potencial de redução do que o hidrônio (H+
) e pelos sais de
carbonatos serem mais estáveis do que as bases de hidroxila (OH-
), eles acabam
formando um sal. Íons metálicos como Fe+2
, Al+3
e Mn+2
são monitorados quanto a
sua concentração em solução no processo de tratamento. O baixo pH, por deixar
mais íons H+
disponíveis, diminui os complexos em solução.
2.3.2.1 Métodos envolvidos
A função que representa o pH foi desenvolvida por S.P.L. Sørensen : 𝑝𝐻 =
− log10[𝐻+
] onde a concentração é dada em mols por litro (BUTLER, 1982). O
equilíbrio que explica a dissociação da molécula de água em íons H+ e OH- se dá
por:
𝐻2𝑂 + 𝐻2𝑂 ↔ 𝐻3𝑂+
+ 𝑂𝐻−
Portanto, em uma solução pura de água, a concentração de íons hidroxila e
hidrônio é a mesma. Por definição, Kw = 10-14
, ou Kw = [𝑂𝐻−
][𝐻+
], o que implicaria
que [𝐻+] = 10−7
ou pH = 7 (BUTLER, 1982).
O pH é medido com o “pHmetro” que possui dois eletrodos para gerar uma
diferença de potencial elétrico. Um deles pode ser o eletrodo de vidro que possui
em sua extremidade uma fina camada em gel, sensível aos íons H+
. O tubo é
preenchido com uma solução tampão com concentração de cloreto definida e pH
7,00 onde é imerso um condutor de Ag/AgCl.
O eletrodo de vidro desenvolve um potencial elétrico que está relacionado à
presença de íons positivos H+ da solução e o voltímetro mede a diferença entre este
e o eletrodo de referência (BUTLER, 1982). Se a atividade do íon hidrogênio é maior
ou menor na solução medida do que na solução interna do eletrodo, uma diferença
de potencial (ddp) maior ou menor existirá na extremidade do vidro. A relação entre
a ddp e a atividade do íon hidrogênio segue a Equação (9) de Nernst.
E = E0 +
2,3 RT
nF
log
aH+(fora)
aH+ (dentro)
(9)
31. 31
onde E = tensão produzida (V); E0 = tensão padrão dos eletrodos (V); R = constante
da lei dos gases (JK-1
mol-1
); T = temperatura absoluta (K); n = número de mols de
elétrons; F = constante de Faraday (9,65x104
C); aH+
= atividade dos íons H+
(mol/L)
(RUSSELL, 1929).
2.3.3 Alcalinidade
A correção de pH pode ser feita com sais de carbonato (CO3
-2
), como
bicarbonato de potássio, cálcio ou sódio. A adição de um destes sais torna a solução
mais alcalina através do princípio de deslocamento de equilíbrio.
A dureza é a característica conferida à água pela presença de sais de metais
alcalino terrosos, como carbonato, bicarbonatos, sulfatos e cloretos de metais
alcalino terrosos. A importância da sua remoção se deve à perda das propriedades
organolépticas, por alterar o sabor da água, mas não se tem comprovação de que os
sais alterem a saúde humana.
A água possui as classificações: água mole [CaCO3] < 50 mg/L; água com
dureza moderada [CaCO3] entre 50 e 150 mg/L e água dura [CaCO3] acima de 150
mg/L. A maioria das águas naturais apresenta valores de alcalinidade entre 30 <
[CaCO3] < 500 mg/L (AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION, 2017, p. 153).
Valores altos de alcalinidade não têm significado sanitário para a água
potável. O estudo de Hansen et. al (2018) mostrou que a ingestão de água com pH=
9 por duas semanas não teve impacto na composição da microbiota intestinal ou na
regulação da glicose em jovens adultos do sexo masculino (HANSEN et al., 2018).
2.3.3.1 Métodos envolvidos
A determinação de solubilidade desses sais em recursos hídricos é suscetível
a aproximações que envolvem temperatura, interações iônicas e espécies químicas
envolvidas que podem influenciar inibindo essa dissolução.
Para calcular a alcalinidade pode-se utilizar o método padrozinado APHA
2320 – B (AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION, 2017, p. 153).
32. 32
2.3.4 Metais Residuais (Alumínio e ferro)
A presença de metais na água pode causar danos à saúde assim como ser
benéfico. Alguns tipos de metais são essenciais para a vida, em concentrações
baixas.
O ferro metálico (Fe0
) em contato com água ou oxigênio oxida-se para suas
formas iônicas. Em pHs próximos a 7 esses íons são pouco solúveis e acabam
complexando-se, o que dá origem aos óxidos férricos. Os óxidos precipitam-se no
tratamento ou na rede de distribuição, não agregando riscos ao consumo. Por isso,
não é apresentado método de análise.
O sal sulfato de alumínio (Al2(SO4)3) é utilizado no processo como agente
floculante, responsável por adensar as partículas suspensas em água. Por outro
lado, seu resíduo pode ser um problema. Em água com pH menor que 4 sua
presença é maior na forma catiônica e em pH neutro ele tende a formar ligações
(AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION, 2017, p. 297).
2.3.4.1 Métodos envolvidos
Para análise de íons em solução, é utilizado espectroscopia de absorção
ultravioleta (100 < λ < 400 nm) e visível (400 < λ < 800 nm). O princípio dessa
tecnologia é a absorção eletromagnética, ou seja, a absorção de energia por parte
dos átomos promove um elétron para bandas de maior energia. A quantidade de luz
absorvida (energia) de um determinado comprimento de onda (λ) é absorvida de
forma específica pelos átomos, portanto, relaciona-se com a natureza do átomo,
concentração dele em solução e do percurso que essa luz faz na amostra
(MARTINHO, 1994).
𝐼 = 𝐼010−𝜀𝑐𝑏
(10)
onde I= intensidade do feixe de luz transmitido; I0= intensidade do feixe de luz
incidente (paralelo e monocromático de comprimento de onda λ); ε= coeficiente de
absorção molar relativo ao λ (L.mol-1
.cm-1
); b= percurso óptico da radiação no meio
(cm); c= concentração da espécie absorvente (mol.L-1
).
figura 8- Esquema dos processos recorrentes da incidência de radiação
eletromagnética em amostra.
33. 33
Fonte: MARTINHO (1994)
O método de análise de íons de ferro utilizam um kit comercial como
reagente chamado FerroVer (Merck) que é projetado para análises de 10 mL. A
leitura é feita em espectrômetros de absorção UV e não é preparada curva porque
os equipamentos já vêm programados para isso, tanto o Spectroquant Move da
Merck, quando no Nova 60A da Merck e DR890 da Hach (ETAs).
O método de teste de íons de Al+3
utilizado no SAMAE envolve um kit com
três sachês, também para 10 mL que são para espectrômetros de absorção UV. O
método APHA 3500-Al- B traz o uso do corante Eriochrome cyanine R. Este
composto orgânico se complexa com os íons de alumínio presentes na amostra,
influenciando sua coloração. É utilizado ácido ascórbico para remover a interação de
outros íons metálicos (Fe+2
, Fe+3
e Mn+2
) (AMERICAN PUBLIC HEALTH
ASSOCIATION, 2017, p. 297).
O alumínio não é essencial para plantas e animais, e em concentrações
acima de 1,5 mg/L ele é tóxico para vida marinha, apresentando risco mínimo acima
de 0,2 mg/L. O indicado pela Food and Agricullture Organization é de até 5 mg/L
para irrigação na agricultura. Há suspeitas de correlação de acúmulo de alumínio no
corpo com a doença Alzheimer (AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION,
2017, p. 297).
O limite estabelecido para resíduo de alumínio no anexo X da portaria Nº
2914/11 é de 0,2 mg/L. O sulfato de alumínio utilizado para o tratamento da água
deve atender às normas NBR 11176/2013 - Sulfato de alumínio para aplicação em
saneamento básico — Especificação técnica, amostragem e métodos de ensaios.
34. 34
2.3.5 Cloro Residual
O cloro é um agente oxidante forte. Sua reação se dá com cinética alta com
vários compostos inorgânicos e mais lentamente com compostos orgânicos. Sua
adição no tratamento de água visa, portanto, a eliminação de componentes
prejudiciais à saúde através da degradação e oxidação (AMERICAN PUBLIC
HEALTH ASSOCIATION, 2017, p. 405).
A cloração pode agregar características à água como gosto e cheiro, formar
compostos com potencial cancerígeno como os Trihalometanos (THM), formar
combinações com amônia ou amina formando cloraminas que trazem prejuízos à
vida aquática.
Para dosagem de cloro, há duas rotas utilizadas. A primeira é a dosagem de
solução de hipoclorito de sódio adquirido nessa combinação. Em água, ocorre a
dissociação do sal (equação 11) para formar o cloro livre, consistindo de cloro
molecular aquoso, ácido hipocloroso e íon hipoclorito. A proporção relativa dessas
formas de cloro livre é dependente do pH e da temperatura. No pH da maioria das
águas predominará ácido hipocloroso que dá origem ao íon hipoclorito (equação 12):
𝑁𝑎𝐶𝑙𝑂(𝑎𝑞) + 𝐻2𝑂(𝑙) ↔ 𝐻𝐶𝑙𝑂(𝑎𝑞) + 𝑁𝑎𝑂𝐻(𝑎𝑞) (11)
𝐻𝐶𝑙𝑂(𝑎𝑞) + 𝐻2𝑂(𝑙) ↔ 𝐻3𝑂 + (𝑎𝑞) + 𝐶𝑙𝑂−
(𝑎𝑞) (12)
A segunda rota utilizada é representada pelas equações 13, 14 e 15. A rota
consiste na eletrólise de solução aquosa de sal cloreto de sódio, que origina o cloro
(molecular) e através da sua hidrólise, obtêm-se o íon hipoclorito:
2 ∙ 𝑁𝑎𝐶𝑙(𝑠) + 2 ∙ 𝐻2𝑂(𝑙) → 2 ∙ 𝑁𝑎+
(𝑎𝑞) + 2 ∙ 𝑂𝐻−
(𝑎𝑞)
+ 𝐶𝑙2(𝑔) + 𝐻2(𝑔) (13)
𝐶𝑙2(𝑔) + 2 ∙ 𝑂𝐻−
(𝑎𝑞) → 𝐻2𝑂(𝑙) + 𝐶𝑙𝑂−
(𝑎𝑞)
+ 𝐶𝑙−
(𝑎𝑞) (14)
2 ∙ 𝑁𝑎𝐶𝑙(𝑠) + 𝐻2𝑂(𝑙) → 𝑁𝑎𝑂𝐶𝑙(𝑎𝑞) + 𝑁𝑎𝐶𝑙(𝑎𝑞)
+ 𝐻2(𝑔) (15)
Em amostras de águas tratadas os resultados devem estar em conformidade
com Anexo XX Portaria de Consolidação GM/Ministério da Saúde n° 05/2017 que
determina a obrigatoriedade de se manter, no mínimo, 0,2 mg/L de cloro residual
livre ou 2 mg/L de cloro residual combinado em toda a extensão do sistema de
distribuição (reservatório e rede). Recomenda, ainda, que o teor máximo de cloro
residual livre em qualquer ponto do sistema de abastecimento seja de 2 mg/L.
35. 35
2.3.5.1 Métodos envolvidos
O método de análise para cloro livre e total é baseado no item do Standard
APHA 4500-Cl G com algumas simplificações. As etapas do Standard utilizadas são
a “c” e “h”. Em vez de serem preparados reagentes, são utilizados Kits comerciais
(DPD livre e Total) que são adicionados a 10 mL de água de amostra e deixados em
repouso por 3 minutos para leitura.
O cloro presente na amostra na forma de ácido hipocloroso ou íon hipoclorito
(cloro livre) reage com o indicador DPD (N,N-dietil-p-fenilenodiamina)
desenvolvendo uma coloração rosa. A intensidade da coloração é proporcional à
concentração de cloro na amostra. O cloro combinado pode ser formado no
tratamento da água bruta que contém amônia ou pela adição de sais de amônia ou
amônio (AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION, 2017, p. 405).
É utilizada espectroscopia de absorção ultravioleta e visível que utilizam
curvas pré-programadas nos equipamentos.
3 DESCRIÇÃO DAS ATIVIDADES REALIZADAS NO ESTÁGIO
Para que o trabalho técnico seja de qualidade, gerando uma água de
excelência para a população, a ABNT, órgão responsável pela NBR ISO/IEC 17025
é hoje, um dos objetivos específicos da gerência, e consequentemente, da equipe
técnica responsável pela qualidade da água.
Campos (2015) em sua obra “ISO 9001:2015 – Princípios e Requisitos” traz
como parte da busca da excelência o que ele chama de “os três E’s” que são
estratégia, eficácia e empenho. Criar uma estratégia atrelada a um prazo e por isso,
ter eficácia, para que se atinjam os resultados buscados. O autor traz o empenho
como forma de atingir os outros dois objetivos. De forma mais técnica, as
organizações devem ter como pilares:
a) organização interna: estabelecimento de cronogramas, protocolos e
caminhos de solução de problemas de rotina;
b) desempenho interno: acompanhamento e controle do trabalho dos
colaboradores para que as prioridades dos usuários sejam atendidas;
c) desempenho comercial: associação de resultados à marca da empresa,
divulgando os aprimoramentos aos usuários;
d) economia e redução dos desperdícios: o remanejamento de equipamentos
e insumos e a reutilização de materiais, além do tratamento de resíduos;
36. 36
e) aumento e satisfação dos clientes: contato e coleta de informações sobre a
satisfação dos usuários e ações corretivas às demandas e reclamações dos
mesmos;
f) controle da direção;
g) motivação e participação dos colaboradores: integrar a equipe na busca
dos objetivos estabelecidos através da boa comunicação, buscando a motivação e
melhores resultados.
3.1 OBJETIVOS DAS ATIVIDADES
3.1.1 Objetivo Geral
O objetivo geral do estágio é o aprimoramento contínuo da qualidade da
água.
3.1.2 Objetivos Específicos
Organização interna dos dados para verificação de qualidade e controle de
estoques.
Definição de cronogramas de compras através das estimativas anuais de
consumo de insumos.
3.2 MÉTODOS
Para atingir os objetivos organização interna e desempenho interno,
auditorias diárias são feitas nas ETAs, onde é acompanhada a equipe de
colaboradores através das informações que são levantadas por eles. A produção de
dados do estagiário é uma forma de comparar, diariamente, a precisão dos dados do
tratamento. Além do levantamento dos dados, é feito o pareamento manual dos
dados levantados pelos colaboradores (servidores e estagiários) e análise dessas
informações.
Todos os dias, às 6 h e às 18 h são levantados os parâmetros físico-químicos
da água (primeira coluna da Tabela 7 e Tabela 8), de duas em duas horas são
coletadas amostras e analisada a qualidade da água tratada (Tabela 10) e os
parâmetros de processo (Tabela 11). Os resultados são transmitidos ao sistema,
onde posteriormente são organizados em planilhas para que haja uma conferência e
análise estatística. O responsável pelas análises é o engenheiro.
37. 37
Tabela 5- Parâmetros avaliados pelos colaboradores.
Fonte: SAMAE (2020).
Tabela 6- Análises Físico- químicas feitas no dia 03 de abril de 2020 na ETA Celeste
Gobbato.
CARACTERES FÍSICO
QUÍMICOS
PROCESSO DE
TRATAMENTO DE ÁGUA
ETAPAS DE PROCESSO
Frequência (vezes por
dia)
Frequência (vezes por dia) Frequência (vezes por dia)
2 12 12
Parâmetros Parâmetros Parâmetros
AT Temperatura (ºC) Turbidez (uT) Turbidez Água Bruta [unT]
AT Cor Aparente (uH) Cor Aparente (uH)
Aplicação de Sulfato de
Alumínio [mL/15s]
AT pH ATR pH
Rotâmetro: cloro - desinfecção
[kg/dia]
AT Ferro (mgFe/L) Fluoreto (mg F/L)
Turbidez Água Decantadores -
D1 e D2 [unT]
AT Turbidez (unT) Cloro Livre (mg Cl2/L)
Turbidez Água Decantada - D2
[unT]
AT Alcalinidade
(mgCaCO3/L)
Cloro Total (mg Cl2/L)
Turbidez Água Filtros - F1, F2,
F3,F4 [unT]
AT Oxigênio (mgO2/L)
Turbidez Água Tempo Real
[unT]
AT Alumínio (mgAl/L) Turbidez Água Tratada [unT]
AB Temperatura (ºC)
Média da Turbidez
Decantadores [unT]
AB Cor Aparente (uH) Média da Turbidez Filtros [unT]
AB pH
Turbidez Água Tempo Real
[unT]
AB Turbidez (unT)
Média da Turbidez
Decantadores [unT]
AB Alcalinidade
(mgCaCO3/L)
Média da Turbidez Filtros [unT]
AB Oxigênio (mgO2/L)
38. 38
Temper
atura
(ºC)
Cor
Aparente
(uH)
pH
Fe
+2
(mgFe/L)
Turbidez
(unT)
Alcalinidade
(mgCaCO3/L)
O2
(mgO2/L)
Al
+3
(mgAl/ L)
Água
Bruta 6h
19 9 6,8 2,03 25 6,2
Água
tratada
6h
18 1 6.3 0.00 0.13 16 8 0.00
Água
Bruta 18h
19 10 6,8 2,15 30 2,8
Água
tratada
18h
19 1 6.2 0.00 0.11 19 6,8 0.00
Fonte: SAMAE (2020).
Tabela 7- Análises do processo feitas no dia 03 de abril de 2020 na ETA Celeste
Gobbato.
Fonte: SAMAE (2020).
Data Hora Turbidez
(unT)
Cor
(uH)
pH Fluoreto
(mg/L)
Cloro
Livre
(mg/L)
Cloro
Total
(mg/L)
Status
03/04/20 12:00:00 AM 0.14 0.8 6.65 0.72 0.95
03/04/20 2:00:00 AM 0.14 1.0 6.60 0.73 1.20
03/04/20 4:00:00 AM 0.12 1.3 6.41 0.72 1.12
03/04/20 6:00:00 AM 0.14 0.7 6.38 0.73 1.21
03/04/20 8:00:00 AM 0.12 1.0 6.35 0.76 1.10
03/04/20 10:00:00 AM 0.15 0.4 6.40 0.75 1.07
03/04/20 12:00:00 PM 0.17 1.0 6.37 0.77 0.88
03/04/20 2:00:00 PM 0.17 1.2 6.38 0.82 0.92
03/04/20 4:00:00 PM 0.16 1.2 6.41 0.89 1.12
03/04/20 6:00:00 PM 0.16 1.0 6.39 0.83 1.18
03/04/20 8:00:00 PM 0.12 1.1 6.30 0.81 1.21 Não
registrado
03/04/20 10:00:00 PM 0.11 1.0 6.24 0.80 1.24
02/04/20 12:00:00 AM 0.13 0.9 6.40 0.75 1.02
39. 39
Tabela 7- Análises das etapas de processo feitas no dia 03 de abril de 2020 na ETA Celeste Gobbato.
Intervalo
coleta
Turb.
Água
Bruta
[unT]
Al2(SO4)
3
[mL/15s]
Cloro
[kg/dia]
Turb.
Água
Dec. -
D1
[unT]
Turb.
Água
Dec. -
D2 [unT]
Turb.
Água
Filtro
1 [unT]
Turb.
Água
Filtro 2
[unT]
Turb.
Água
Filtro 3
[unT]
Turb.
Água
Filtro 4
[unT]
Turb.
Água
Tempo
Real
[unT]
Turb
Água
Tratada
[unT]
OBS.
03-04 01:00 1.85 84 45.0 0.53 0.47 0.14 0.18 0.15 filtro 3 em processo de
lavagem.
03-04 03:00 2.04 86 44.0 0.72 0.42 0.12 0.13 0.13 0.11
03-04 05:00 2.17 86 43.0 0.75 0.43 0.12 0.12 0.12 Filtro 04 em processo de
lavagem.
03-04 07:00 2.03 86 42.0 0.73 0.42 0.14 0.12 0.13 0.19
03-04 09:00 2.10 82 42.0 0.71 0.54 0.14 0.11 0.12 0.12
03-04 11:00 2.46 100 50.0 0.70 0.49 0.13 0.18 0.12 0.11
03-04 13:00 2.65 102 50.0 0.73 0.59 0.18 0.16 0.10
03-04 15:00 2.54 102 57.0 0.69 0.92 0.13 0.13 0.18 0.14
03-04 17:00 2.66 102 57.0 0.94 0.65 0.11 0.16 0.16
03-04 19:00 2.22 104 57.0 0.88 0.60 0.13 0.12 0.13 0.12
03-04 21:00 1.92 102 55.0 0.57 0.56 0.11 0.12 0.11 filtro 02 em retro lavagem
03-04 23:00 1.97 76 40.0 0.75 0.55 0.12 0.13 0.11 0.12
Fonte: SAMAE (2020).
40. 46
Estes parâmetros são levantados em todas as ETAs em funcionamento (seis
ETAS até abril de 2020). Após, é feita identificação de anomalias e possíveis erros
de processo através de desvios de valores habituais, alterações dos dados relativos
à qualidade ou à ausência.
Quanto à economia e redução dos desperdícios, é feita uma análise dos
resultados para as dosagens dos insumos, buscando-se uma aplicação correta ao
tratamento, evitando desperdícios.
3.1.1 Ensaios Realizados
3.1.1.1 Remoção de íons Mn(II)
Foram feitos ensaios de coagulação Jar Test com amostras de água da
represa Maestra. Buscou-se a remoção de íons Mn(II) através da adição de Dióxido
de cloro e adsorção com carvão ativo.
Tabela 8- distribuição das dosagens e sequência dos insumos para remoção do íon
Mn(II).
Al2(SO4)3
(ppm)
Ponto de Aplicação
ClO2
(ppm)
Ponto de
Aplicação
Carvão
Ativado
(ppm)
Ponto de
Aplicação
Jarro 1 20
início da agitação
rápida
0
Jarro 2 20
início da agitação
rápida
0 30
meio da
agitação lenta
Jarro 3 20
início da agitação
rápida
3
início da
agitação lenta
30
meio da
agitação lenta
Fonte: o Autor (2020).
3.1.1.2 Estimativa de dosagem de coagulante
Com o objetivo de obter uma coagulação eficiente sem deixar alumínio
residual, foram feitos ensaios de coagulação Jar Test com cinco amostras de água
bruta da represa Maestra, as quais receberam diferentes dosagens de Al2(SO4)3 e
analisou-se a correlação entre os parâmetros físicos (cor, turbidez e pH) na
41. 47
dosagem excedente de coagulante. Os intervalos de dosagem de coagulante foram
de 10 ppm até 50 ppm.
Tabela 9- Caracterização das amostras de água bruta.
Cód. Água
Cor aparente
(Uh)
turbidez
(unT)
pH
AB1 12.2 2.60 7.23
AB2 12.9 2.73 7.10
AB3 16.9 5.05 6.95
AB4 18.4 2.77 6.93
AB5 17.1 2.33 6.95
Fonte: o Autor (2020).
3.2 RESULTADOS
Tabela 10- Resultados obtidos do estudo 3.1.1.1 Remoção de íons Mn(II)
Caracterização
da água bruta
Análise da água clarificada
Análises da água
filtrada
Jarro 1 Jarro 2 Jarro 3 Jarro 3 - filtrada
Cor aparente
(Uh) 20.5 7.9 8.4 15 1.8
turbidez (unT) 4.73 2.13 4.14 4.71 0.16
pH 6.71 6.37 6.62 6.52 6.58
Manganês
(mg/L) 0.753 0.04
Fonte: o Autor (2020).
Para o 3.1.1.2, estimativa de dosagem de coagulante, obteve-se os seguintes
comportamentos dos parâmetros cor (Figura 7), turbidez (Figura 8) e pH (Figura 9) o
que nos permitiu concluir que a cor e a turbidez apresentam uma inflexão entre as
dosagens 10 ppm e 30 ppm, que seriam dosagens indicadas ao processo. Fora
desse intervalo os valores aumentam. O pH não se apresentou com o um parâmetro
que permite analisar a eficiência da coagulação, visto que ele apresenta
comportamento linear decrescente, de acordo com presença de íons acidificantes
em solução.
43. 49
Figura 9- gráfico da relação dosagem de coagulante x cor aparente.
Fonte: o Autor (2020).
Figura 10- gráfico da relação dosagem de coagulante x turbidez.
Fonte: o Autor (2020).
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 10 20 30 40 50 60
Cor
aparente
(Uh)
Al2(SO4)3 (ppm
AB1
AB2
AB3
AB4
AB5
0
1
2
3
4
5
6
0 10 20 30 40 50 60
turbidez
(unT)
Al2(SO4)3 (ppm)
AB1
AB2
AB3
AB4
AB5
44. 50
Figura 11- gráfico da relação dosagem de coagulante x pH.
Fonte: o Autor (2020).
3.4 CONCLUSÃO
Nenhum estudo realizado pode ser considerado como finalizado ou
determinante. São necessários mais tempo e repetições para poder concluir um
comportamento. Além disso, a água muda sua composição e característica
diariamente, o que não traz uma conclusão com aplicação a longo prazo.
O SAMAE é uma Instituição que apresenta bons índices nacionais e atende
quase a totalidade da população caxiense. Possui diversos setores técnicos de
grande responsabilidade, visto que o abastecimento de água potável e tratamento de
efluentes têm um impacto sócio- ambiental imenso e irremediável. Por isso,
diariamente é preciso acompanhamento da qualidade da água fornecida à
população. As centenas de milhares de análises anuais (420 mil) são resultado
desse comprometimento do SAMAE com a qualidade.
O tempo de estágio obrigatório (cerca de 180 dias) não foram suficientes
para que se obtivessem resultados de experimentos conclusivos. No caso do estágio
não – obrigatório que vem desde outubro de 2019 abrange atividades de diferentes
áreas, que não apenas engenharia, e não foram direcionadas para estudos
analíticos. Entretanto, as atividades desenvolvidas no estágio envolveram trabalho
de auditorias, auxílio ao laboratório de controle de qualidade e auxílio administrativo
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 10 20 30 40 50 60
pH
Al2(SO4)3 (ppm)
AB1
AB2
AB3
AB4
AB5
45. 51
à gerência de tratamento de água e permitiu o conhecimento técnico e interpessoal
da equipe técnica.
A motivação e participação são as inspirações para executar o trabalho, na
busca da entrega de resultados e comprometimento com as tarefas
desempenhadas.
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