TRATAMENTO DE ÁGUA

I- O ABASTECIMENTO DE ÁGUA

A água está intimamente ligada a Nossa História Biológica e Trajetória Vital, apontando para um aumento da vida média da população e, uma diminuição da mortalidade infantil, ocorrendo uma redução de horas perdidas com doenças, portanto num aumento sensível do número de horas de trabalho dos membros de uma comunidade resultando em um aumento de produção e conseqüente melhora no nível de vida.
Tem grande influência no desenvolvimento industrial por constituir a matéria-prima em muitas indústrias ou em meio de operação.

Consumo de água
- Uso doméstico:
- bebida
- assento corporal
- irrigação de jardins
- criação de animais domésticos
- limpezas diversas
- Uso Público:
- escolas, presídios, quartéis, etc.
- irrigação de parques, lavagens
- fontes ornamentais
- limpezas de esgotos
- proteção contra incêndios
- Uso comercial e industrial:
- indústrias diversas
- escritórios, armazéns, etc.
- instalação de acondicionamento de ar;
- enfim: usos diversos
Devido aos vários usos a que se destinam as águas naturais é de suma importância fazer um adequado planejamento da utilização dos recursos hídricos de uma região, de modo a procurar satisfazer todas as finalidades. É necessário que em estudos e projetos de sistemas de abastecimento de água, se considere as diversas finalidades a que se destinam as águas naturais, para garantir água em quantidade suficiente e de qualidade desejáveis, para o uso de uma comunidade, como também para garantir a devida proteção dos mananciais, contra fontes de poluição, contaminação, etc.

II- CARACTERÍSTICAS DOS MANANCIAIS

Por conveniência, classificamos os mananciais segundo o ciclo hidrológico:
- águas meteóricas: chuvas, neves, granito, orvalho
- águas de superfícies: rios, represas, lagos
- águas subterrâneas: fontes, poços rasos ou profundos, galerias de infiltração.

Águas Meteóricas
Ao chover as águas correm ou dissolvem uma série de substâncias: gás carbônico, oxigênio, bactérias e partículas. Não constituem problema sob o ponto de vista de qualidade. A água de chuva é insípida ao paladar e um pouco corrosiva. Nos locais onde ela é utilizada, a qualidade vai depender da área de captação e
dos sistemas de reservação e distribuição.

Águas de Superfície
Quando a chuva cai, parte das águas atinge os rios, lagos e oceanos. A qualidade dessas águas vai depender do tipo e da 'área da bacia hidrográfica, da sua geologia e topografia, de extensão e natureza das alterações introduzidas pelo homem, da estação climática. A qualidade das águas dos rios e riachos, em geral, deixa a desejar quanto a qualidade, em relação aos lagos e represas.

Reservatórios de Acumulação
São depósitos formados por barragens, através de valas cortadas por cursos de água. Estes depósitos se submetem as mesmas condições dos lagos naturais. Nas construções dos primeiros depósitos, a superfície dos terrenos a serem inundados era limpa de toda vegetação e removida a crosta superficial, para evitar os
efeitos da decomposição dos materiais orgânicos. A prática mais recente desaconselha a raspagem do terreno, pois a garantia da qualidade é assegurada pela seleção adequada do ponto de captação e do tratamento. Normalmente a água de melhor qualidade fica a meia profundidade. As águas da superfície, propiciam
melhores condições para o desenvolvimento de algas, enquanto que as do fundo podem acusar teores elevados de matéria orgânica: gás carbônico, ferro e manganês.

Águas Subterrâneas
Parte da chuva ao cair na superfície, penetra no solo, sendo denominada de água subterrânea. Durante a passagem, através do solo, a água entra em contato com várias substâncias orgânicas e inorgânicas. Algumas delas são facilmente solúveis. Outras, tais como as que provocam alcalinidade e dureza são solúveis na água, gás carbônico proveniente do ar ou de matéria orgânica em decomposição.
A decomposição de substâncias orgânicas também remove o oxigênio dissolvido, e esta água rica em gás carbônico e isenta de oxigênio solubizará o ferro e o manganês.
A água, a medida que penetra no solo, vai sofrendo um processo de filtração, as bactérias e outros microorganismos vão ficando retidos nos poros do solo. As águas subterrâneas geralmente são claras, frias e de baixa cor e elevado teor de pureza. As formações rochosas ricas em calcáreos conferem a água elevado teor de cálcio e magnésio, tornando-a pura e propiciando incrustações em depósitos e tubulações. As formações graníticas conferem a água um caráter corrosivo, pobre em sais dissolvidos e rico em gás carbônico livre.
As águas subterrâneas, quando o lençol não está contaminado, apresenta um índice bacteriológico menor que as águas de superfície.

III- QUALIDADE DA ÁGUA

Considerações:
Água pura, no sentido rigoroso do termo não existe na natureza, pois sendo um ótimo solvente, nunca é encontrado no estado de absoluta pureza. Portanto a água possui uma série de impurezas que vão lhe conferir características físicas, químicas e biológicas.
A qualidade da água depende basicamente dessas características, as quais, por sua vez, irão influir no grau de tratamento a que deverá ser submetida.

Poluição, contaminação e impureza
Poluição: é a alteração das características ecológicas do meio, isto é, das características físicas, químicas e biológicas de modo a torná-lo nocivo aos seres que o habitam.
Contaminação: é a introdução, no meio de elementos em concentrações nocivas a saúde do homem, tais como: organismos patogênicos, substâncias tóxicas, etc.
Impurezas: o conceito de impureza tem significado muito relativo, pois depende das características das substâncias poluidoras e do seu teor face aos usos específicos para os quais a água se destina.

IV- MÉTODOS DE TRATAMENTO

Objetivos do tratamento: o tratamento visa melhorar a qualidade da água, deixá-la dentro de padrões pré-estabelecidos que atendam três itens importantes:
- higiênica: remoção de bactérias, elementos venenosos, teores elevados de compostos orgânicos, etc.
- estética: correção da cor, turbidez, odor, sabor, etc.
- econômica: reduzir a corrosividade, pureza, turbidez, ferro, manganês, etc.

Fases de tratamento:

1. Aeração da Água
Aeração é o processo de tratamento pelo qual a área de contato entre água e o ar são aumentados, facilitando assim o intercâmbio de gases e substâncias voláteis entre a água e o ar. A prática da aeração se faz, de um modo geral, por três razões:
a) para remoção de gases dissolvidos:
a1) gás carbônico presente na água;
a2) gás sulfídrico de corrente da putrefação ou fermentação de depósitos orgânicos em fundo de reservatórios;
a3) cloro em excesso.
b) introduzir na água, oxigênio do ar: a fim de oxidar ferro e manganês que serão removidos através de decantação e filtração.
c) remover substâncias causadoras de gosto e odor: substâncias oleaginosas, gás sulfídrico, sabores devido a ferro e manganês, decomposição de matérias orgânicas.

2. Coagulação
A água geralmente contém uma série de impurezas, que podem ser:
- suspensões grosseiras: resto de folhas, sílica, etc.
- suspensões finas: turbidez, bactérias, planctom, etc.
- coloidais: cor (emulsões), ferro, manganês oxidado, etc.
- dissolvidos: pureza, sais de cálcio, magnésio, ferro e manganês, não oxidados, etc.
A coagulação objetiva transforma as impurezas que se encontram em suspensão fina e em estado coloidal, em partículas que possam ser removidas pela sedimentação e pela filtração. Sendo que, esses coágulos (aglomerados gelatinosos) se reúnem produzindo os flocos (floculação).

V- REAGENTES EMPREGADOS NA COAGULAÇÃO

Os reagentes empregados são de três tipos:
a) coagulação: são compostos de alumínio ou de ferro, usualmente capazes de produzir hidróxidos gelatinosos insolúveis e englobar as impurezas.
b) alcalinizantes: cal viva (óxido de cálcio), hidróxido de cálcio, hidróxido de sódio, elementos capazes de conferir alcalinidade necessária a coagulação.
c) auxiliares de coagulação: são compostos (argila, sílica ativada, polímeros, etc.) auxiliares, capazes de resultar em partículas mais densas e tornar os flocos mais pesados.

VI- FATORES QUE INFLUENCIAM NA COAGULAÇÃO

a) - espécies de coagulantes
a1) Sulfato de alumínio Al2(SO4)3
a2) Cloreto férrico FeCL3
b) quantidade de coagulante: está diretamente relacionada com:
b1) turbidez e cor a serem removidas
b2) teor bacteriológico
c) quantidade, tipo de cor e turbidez
c1) maior ou menor quantidade de colóides
c2) maior ou menor quantidade de emulsões
c3) substâncias coloridas dissolvidas, etc.
d) características químicas
d1) alcalinidade natural
d2) teor de ferro
d3) matéria orgânica, etc.
e) concentração hidrogeniônica da água
e1) há um pH ótimo de floculação que pode ser determinado experimentalmente
f) tempo de mistura rápida e lenta
f1) a mistura rápida fará dispersão do coagulante para que a reação de coagulante ocorra em toda a massa líquida
f2) a mistura lenta é usada para a formação de flocos (floculação); é aglomeração de matérias gelatinosas em partículas maiores que decantam mais rapidamente
g) temperatura
g1) a coagulação ocorre de forma melhor em temperaturas mais altas. Em baixas temperaturas há maior consumo de coagulante.

VII- FLOCULAÇÃO

A coagulação e a floculação são de certa forma duas coisas distintas: a coagulação (trabalho feito pelas misturas rápida e lentas) envolve a dispersão de coagulante e sua reação com a alcalinidade disponível) para formação do hidróxido gelatinoso. A floculação (trabalho executado pela mistura lenta) envolve a aglomeração do hidróxido gelatinoso, dando-se então a formação do floco.

VIII- TIPOS DE COAGULANTES

Coagulante de alumínio:
Sulfato de alumínio: Al2(SO4)3 18 H2O, o alumem, é uma das substâncias químicas mais usadas para promover a coagulação nos processos de tratamento de água, devido a boa formação de flocos, fácil manuseio e ser econômico.

Coagulante de ferro:
Cloreto férrico (FeCL3), como todos os coagulantes de ferro, proporciona a formação de floco denso e mais pesado e requer menos tempo de decantação e o pH de floculação tem uma baixa ampla.

Produtos auxiliares:
Há certas águas que não possuem núcleos suficientes para a formação de flocos, então usa-se produtos com o objetivo de auxiliar na coagulação, alguns desses produtos são:
- sílica ativada: é usada como auxiliar e com seu emprego ocorre a melhoria da floculação e logo da sedimentação, pois a sílica é capaz de formar núcleos que agregam as partículas de impurezas.
- polieletrólitos: produtos que são recomendados para estações que trabalham com altas taxas de aplicação ou ainda quando se precisa melhorar a qualidade da água.
Os polieletrólitos podem ser:
- catiônicos: quando sua carga é +
- aniônicos: quando sua carga é -
- não iônicos: quando sua carga é nula

IX- DECANTAÇÃO

A decantação é o processo pelo qual se verifica a deposição de matérias em suspensão, pela ação da gravidade.
As águas em seu movimento carregam partículas e matérias floculentas, que por serem mais leves mantêm-se em suspensão.
A remoção de matérias em suspensão é obtida reduzindo-se a velocidade da água. A ponto de causar a deposição das partículas em suspensão, dentro de determinado tempo de detenção.
O decantador é um tanque geralmente retangular, cujo fundo é inclinado para um determinado ponto de descarga. Esse tanque possui dispositivos de entrada e saída de água, de modo a evitar distúrbios e para melhor distribuir o líquido no tanque.

Mecanismo da decantação:
Para cada partícula existe uma velocidade máxima horizontal, acima da qual não ocorre a sedimentação; essa velocidade dependerá da forma e da densidade da partícula considerada.
Uma partícula em um decantador convencional será sempre acionada por duas forças:
- a força horizontal: que resulta do movimento da água no decantador.
- a força vertical: ocorre devido a ação da gravidade.
Sendo assim à medida que a partícula avança no decantador ela também desce, aproximando-se do fundo. Se a partícula no decantador possuísse só esses movimentos então o tempo necessário para atravessar o decantador seria igual para que a partícula atingisse o fundo do mesmo. Na prática isso não acontece, pois existem movimentos ascensionais da água, devido a temperaturas diferentes, a ação dos ventos, etc.
O período teórico de retenção em um decantador é igual ao volume do tanque, dividido pela vazão.

Zonas de decantador:
Zonas de turbilhonamento: É a zona situada na entrada da água onde as partículas estão em turbilhonamento. Esta zona caracteriza-se por agitação, a localização das partículas é variável e as "nuvens" de floco mudam de lugar constantemente.
Zonas de decantação: É uma zona onde os flocos mantêm-se em aparente imobilidade, nesta zona não há agitação e as partículas avançam e descem lentamente, caminhando para a zona de repouso.
Zona de repouso: É aí que o lodo se acumula, neste ponto não há influência da água do decantador, a não ser que ocorram anormalidades (inversão das camadas de água por brusca mudança de temperatura).
Zona de ascensão: Esta zona é relativamente tranqüila, mas na saída os flocos que não alcançaram a zona de repouso seguem o movimento ascensional da água e aumentam a velocidade.

X- FILTRAÇÃO

1- Tratamento preliminar para uma efetiva filtração:
Os filtros rápidos de areia grossa e taxas elevadas não removem a turbidez fina, a matéria coloidal ou as substâncias produtoras do gosto e odor com a eficiência de um filtro lento e bem operado. Além disto, se a água a ser filtrada for de alta turbidez, a superfície da areia é rapidamente colmatada e a taxa de filtração é drasticamente reduzida. Portanto, exceto em circunstâncias incomuns, um pré tratamento é parte essencial em uma estação de filtros rápidos.
O tratamento com um coagulante, uma boa mistura, floculação e sedimentação, reduz a matéria em suspensão que vai para os filtros, e o material restante que não foi removido pela decantação é facilmente retido nos filtros. O pré tratamento é extremamente importante porque permite que a maior turbidez seja removida antes dos filtros. O objetivo básico dos leitos filtrantes é remover a matéria coagulada em suspensão não retida pela sedimentação.
A remoção das bactérias pelos filtros foi vital nos primórdios da purificação da água, agora é de menor importância devido a maior eficiência da cloração. Isto é especialmente verdadeiro nas estações com pré-cloração.
A cloração relativamente forte é progressivamente comum para o controle do gosto e odor, particularmente onde a água bruta é sujeita a poluição pelo esgoto e por despejo industrial.
São usadas doses bastante elevadas para assegurar um residual de cloro através do tanque de decantação e dos filtros e a água que passa para os filtros é praticamente estéril. Deve ser reconhecido, contudo, que algumas bactérias encerradas no floco ou em outra matéria em suspensão podem escapar à cloração e devem ser removidas pela filtração.

2- Taxas de filtração permissíveis
Admitindo-se um pré-tratamento adequado da água e um tamanho razoável da areia, a eficiência de um filtro rápido é em grande parte uma função das taxas de filtração e do preparo dos leitos filtrantes.
A taxa de filtração média para os filtros rápidos é de aproximadamente 120 m3/m2/dia (2 gal/SF/min.). A tendência moderna indica taxa mais elevada os filtros rápidos, ou seja, 150 a 180 m3/m2/dia, isto através do melhor acondicionamento prévio da água, areia mais grossa, melhor operação e lavagem superficial etc.

Determinação da taxa de filtração:
A taxa de filtração pode ser determinada pela medida do tempo necessário para a descida do nível d'água no filtro de 30 cm, com o influente fechado.
Taxa de filtração =Área do filtro (m2) x 0,30 x 1000
Área do leito filtrante (m2)x tempo de descida (seg)

Considerações:
Dobrando-se a taxa de filtração, o tempo de duração do trabalho de um filtro decresce de 45%, o que significa que essa providência permite aumentar a capacidade de produção d água filtrada entre lavagens consecutivas.
Para filtros que trabalham com altas taxas de filtração a melhor performance obtida indicou que wazzu o material coagulado penetra profundamente no meio filtrante. Isto também significa que filtros que trabalham com altas taxas podem dar passagem a matéria floculada, em perdas de cargas inferiores dos filtros operados com taxas da ordem 2 gpm/sg/FT principalmente durante longos períodos de trabalho.
No uso de taxas de filtração elevadas, uma maior atenção deve ser dada a qualidade da água filtrada obtida.
Investigações revelaram que grande parte da redução da capacidade de distribuição da água atribuída antigamente a tubérculos de ferrugem era ocasionada pela pequena quota de material coagulante que passava através dos filtros, cobrindo as paredes das canalizações e ocasionando para lhes rugosidade.

3- Lavagem por inversão
O processo de lavagem consiste em fazer passar a água filtrada de baixo para cima através do leito filtrante, o que acarreta em razão de sua velocidade uma expansão da areia, aumentando de 30 a 50% a espessura do leito durante a operação. Os grãos de areia se movem através da água que sobe esfregando-se uns contra os outros e se limpando deste modo, do lodo.
A necessidade de lavagem é indicada pela perda de carga existente, pela turbidez alta e carreira de filtração.
A taxa normal de aplicação da água de lavagem deverá ser 630 l/min/m2 de superfície. Isto resultará na subida da água a 0,60 m/min e uma expansão da areia de 30 a 50% com o menor tamanho efetivo.
A quantidade de água requerida para lavagens varia de 1 a 50% da quantidade total filtrada, podendo-se tomar 2% como média.
O período entre lavagens dependerá da característica da água. Por vezes, leitos podem operar 72 horas sem obstrução enquanto que em outros casos o fluxo pode ter duração inferior a 24 horas.
A água de lavagem em muitas instalações é aplicada por gravidade, vinda de um reservatório elevado e situado na própria estação. O tanque ou reservatório é disposto de modo a fornecer uma altura de 9,00 a 10,50 m acima das calhas de lavagem quando o tanque será cheio e contém bastante água para lavar dois filtros em cerca de 5 minutos cada um.
Nem todas as instalações recebem água de reservatórios elevados; algumas utilizam uma bomba operando de um reservatório de água filtrada, outras obtém do sistema de distribuição público, com uma válvula de redução de pressão na linha.
A água de lavagem depois de passar através do filtro é usualmente lançada em uma corrente d'água ou esgoto adequado.
Em algumas instalações (mais antigas) utiliza-se ar comprimido a fim de auxiliar a agitação da areia quando a água é aplicada.
Isto reduz a quantidade de água requerida à metade da que seria necessária sem o ar, mas por outro lado, altera o leito filtrante e o processo de lavagem.
Alguns filtros mais antigos usam também operar mecanicamente com rastelos ou ancinhos que auxiliam a lavagem.

4- Dificuldades na operação dos filtros
Retenção de ar:
Esta condição é conseqüência do ar dissolvido na água e que escapa para a areia sob a forma de borbulhas, pode ser proveniente ou da pressão negativa, ou do aumento da temperatura da água que passa através do leito do filtro, que resulta na diminuição de sua capacidade de reter gases em solução ou ocasionalmente do oxigênio desprendido pelas algas.
Esta perturbação tem lugar com mais facilidade quando a água está sobrecarregada ou saturada de ar em solução. Pode interferir seriamente sobre a filtração e quando o leito lavado, há ascensão das borbulhas de ar podendo originar uma lavagem desigual com perda de areia. Para evitar isto, as providências aconselháveis são:
1 - impedir uma excessiva pressão negativa;
2 - controlar as algas;
3 - impedir que produzam circunferências capazes de saturar a água com ar;
4- tomar precauções possíveis para evitar o aquecimento da água quando passa através da instalação.

Acúmulo de lodo:
O lodo pode se acumular sobre a superfície da areia sob a forma de uma capa densa. Quando a lavagem tem início, poderá produzir alguma pressão lateral entre os pontos pelos quais circula a água e neste caso, o lodo viscoso vai se acumulando, dando origem às "bolas de lodo". As bolas de lodo também se formam quando aparecem fissuras na superfície do leito.
No processo de formação de fendas, surge primeiramente sobre o leito uma densa capa de lodo, coágulo e matéria orgânica. Em seguida, por contração da cobertura sedimentada da areia ou pressão da água de cima, a capa se rompe formando fissuras nos lados do filtro, ou em outro lugar, que sempre atingem profundidades de alguns centímetros no leito da areia.
A água penetra então nas fendas enchendo-as de lodo e de coágulos. Durante o processo de lavagem ascendente produz velocidades excessivas em torno das bordas da bola. Isto ocasiona movimentos em cascalhos e formação de montes de massas enquanto por cima da bola e areia é mal lavada, deixando que se acumule mais lodo.
Isto freqüentemente ocorre, progredindo até a formação de uma massa obstrutora que se estende desde o cascalho até a superfície da areia. Para evitar estes inconvenientes lançou-se mão de recursos como "ancinhos" (rastelo) que durante a lavagem podem retirar as bolas de lodo da areia; "lavagem superficial", etc.

Outras
Além dos problemas já citados, muito cuidado e freqüentes observações devem-se tomar com respeito às características dos flocos dos influentes; a turbidez do efluente; as condições durante a filtração e operações de lavagens; penetração de ar; elevadas perdas de cargas ou perdas de cargas negativas.

XI- DESINFECÇÃO

É a operação na qual pela adição de desinfetante eliminamos bactérias patogênicas contidas na água para abastecimento.
Os agentes utilizados são: ozona, raios ultravioleta e o cloro e seus compostos que são os mais utilizados (cal clorada, hipoclorito de sódio, hipoclorito de cálcio).
O cloro é utilizado como desinfetante e a dose deve ser suficiente para que após reagir com a matéria orgânica e com outras reste algo que dê segurança à água. Este excesso é denominado cloro residual e serve para atacar qualquer material que venha a ser carregado pela água durante seu percurso; para isso temos o cloro presente sob duas formas a primeira devido a formação do ácido hipocloroso ou íon hipocloroso com ação bastante rápida e a segunda sob a forma da cloraminas com ação lenta.

XII- DEMANDA DE CLORO

O ensaio indica a dosagem a ser aplicada, que é suficiente para que toda a matéria que sofra a ação do cloro seja atacada. O ensaio facilita a operação em vista de fornecer condições ao operador de ter certeza de não estar aplicando cloro com excesso e nem em falta. O teste se baseia no fenômeno conhecido como "break point". Se forem adicionadas quantidades crescentes de cloro este reagirá com os materiais. No início em concentrações menores que o ponto de quebra, o cloro irá se combinar, o cloro que for adicionado após o "break point" será cloro livre, porque já foi dosado quantidade suficiente para oxidação total da matéria.

XIII- PRÁTICA DE CLORAÇÃO

1- Cloração simples (marginal)
Consiste na aplicação de quantidades mínimas de cloro de maneira a se obter um pequeno residual.
Aplica-se o cloro com determinada dosagem, (dependendo do pH) e, após o intervalo recomendado, verifica-se o residual; ajustando-se a dosagem de cloro, se for necessário.
Tratando-se de águas filtradas:
- cloro aplicado: 0,20 e 0,60 mg/l
Tratando-se de águas não filtradas:
- cloro aplicado: 1 mg/l ou mais (dependendo do pH da água)
O exame bacteriológico freqüente prova a eficiência da desinfecção.

2- Pré-cloração
É a aplicação do cloro à água antes de qualquer outro tratamento.
O cloro pode ser aplicado como algicida, só ou com sulfato de cobre.
A pré-cloração também pode ser feita na água bruta, à entrada da ETA, com os seguintes objetivos:
a) para controlar ou limitar o desenvolvimento de microorganismos nos decantadores e filtros (evita a proliferação de algas e outras plantas nas paredes do decantador e do filtro além de retardar a fermentação do lodo).
b) para melhorar as condições de coagulação, resultando em alguns casos numa economia de coaguladores.
c) para reduzir o número de bactérias em instalação que trata de água muito poluída. (É prática adotar pré-cloração quando o número de bactérias ascende a 5.000 por 100 ml).
d) redução de teor de amônia livre da água.
e) redução do teor de ferro e manganês.
A pré-cloração geralmente exige dosagens elevadas (1 ppm ou mais) devido a presença de impurezas grosseiras em grande quantidade.

3- Pós-cloração
Consiste na aplicação de cloro à água, posteriormente ao tratamento. A aplicação de cloro depois de filtração, completa a desinfecção prévia e proporciona o residual a ser mantido.

4- Recloração
A aplicação de cloro à água em um ou mais pontos de distribuição, depois da cloração.
É usada para assegurar a manutenção de um adequado residual e é uma proteção na rede distribuidora.

XIV- ANÁLISES DE ROTINA EM ETA'S

Cloro Residual Livre e Total, Cloreto, pH, pH de Saturação, Alcalinidade, Dureza, Turbidez, Cor, Gosto e Odor, Alumínio Residual, Ferro e Manganês, Matéria Orgânica pelo Método do Permanganato de Potássio.