Caro(a) aluno(a), nesta segunda unidade do material de “Saneamento Ambiental”, veremos que a quantidade de água existente na Terra está em permanente circulação, descrita pelo ciclo hidrológico. No entanto, sua qualidade tem sido intensamente alterada pelo ser humano.
A poluição da água relaciona-se com a introdução de substâncias orgânicas, inorgânicas e até mesmo microrganismos, por meio da descarga de efluentes industriais e domésticos sem tratamento ou com tratamentos ineficazes nos corpos hídricos receptores.
Nesse sentido, a água captada nos mananciais de captação deve passar por tratamento, a fim de se tornar potável para o consumidor, com características organolépticas e, principalmente, físico-químicas que não causem efeitos adversos à saúde humana.
A água é uma das substâncias mais comuns existentes na natureza, cobrindo cerca de 70% da superfície terrestre. No entanto, de toda essa distribuição, apenas uma pequena parcela é doce (aproximadamente 2,5%), estando distribuída entre rios, lagos, reservatórios, geleiras e aquíferos; ainda, dessa pequena parcela, somente 0,3% encontra-se nos rios e lagos, formas de mais fácil acesso às atividades humanas e de onde provém a maior quantidade da água que consumimos.
A Figura 2.1 ilustra a distribuição das águas na Terra, observe.
Nosso país é privilegiado no que diz respeito à quantidade de água, entretanto, sua distribuição é desigual ao longo do território nacional. A Amazônia, por exemplo, apesar de deter a maior bacia fluvial do mundo, é uma das regiões menos habitadas do Brasil. A Tabela 2.1 retrata essa situação.
Tabela 2.1 – Concentração dos recursos hídricos e densidade demográfica por região brasileira
Fonte: Elaborada pela autora.
A seguir, conheceremos o ciclo hidrológico da água.
Como sabemos, a água, seja no estado sólido, líquido ou gasoso, está em contínuo movimento no planeta Terra, e a este movimento damos o nome de ciclo hidrológico. Esse ciclo é contínuo, mas, para fins didáticos, podemos separá-lo nos seguintes estágios: precipitação, escoamento superficial e subterrâneo, infiltração e evapotranspiração (Figura 2.2).
De acordo com Collischonn e Tassi (2008), normalmente, o ciclo hidrológico é estudado com mais interesse na fase terrestre, cujo elemento de análise é a bacia hidrográfica. Essa é a área de captação natural dos fluxos de água que se originam a partir da precipitação e que faz convergir os escoamentos para o exutório.
Nesse sentido, o balanço hídrico consiste no balanço das entradas e saídas de água de uma bacia hidrográfica, de modo que a principal entrada do recurso é por meio da precipitação, cuja saída pode ocorrer tanto por evapotranspiração como por escoamento.
A Agência Nacional de Águas (ANA) monitora os dados sobre a qualidade e a quantidade de água que entra e sai de uma região, para saber as condições dos rios e bacias brasileiras. Você pode acessar os mapas interativos de balanço hídrico por meio do link: ana.gov.br
Esse balanço hídrico é calculado, em um intervalo de tempo finito, por meio da Equação 2.1:
\[\frac{\Delta V}{\Delta t}=P-E-Q~~~~~~(2.1)\]
Em que:
\(\Delta V\)= variação do volume de água armazenado na bacia (m³);
\(\Delta t\)= intervalo de tempo considerado (s);
\(P\)= precipitação (m³/s);
\(E\)= evapotranspiração (m³/s);
\(Q\)= escoamento (m³/s).
Por sua vez, em longos intervalos de tempo (um ano ou mais), a variação de armazenamento pode ser desprezada, de modo que a Equação 2.1 pode ser reescrita em unidades de mm/ano, dividindo os volumes pela área da bacia, assim:
\[P=E+Q~~~~~~(2.2)\]
Em que:
\(P\)= precipitação (mm/ano);
\(E\)= evapotranspiração (mm/ano);
\(Q\)= escoamento (mm/ano).
Se, no período de um ano, houve uma chuva acumulada de P mm sobre uma bacia hidrográfica com A km², então, o volume precipitado em um ano é de:
\[V\left( {{m}^{3}} \right)=\left[ P\left( mm \right)\cdot {{10}^{-3}}) \right]\cdot \left[ A\left( k{{m}^{2}} \right)\cdot {{10}^{6}}) \right]\]
A vazão equivalente a esse volume é dada por:
\[P\left( {{m}^{3}}/s \right)=\frac{P\left( mm \right)\cdot {{10}^{-3}}\left( m/mm \right)\cdot A\left( k{{m}^{2}} \right)\cdot {{10}^{6}}\left( {{m}^{2}}/k{{m}^{2}} \right)}{365\cdot 24\cdot 3600\left( s/ano \right)}\]
Exemplo 2.1: A região de uma bacia hidrográfica recebe precipitações médias anuais de 1800 mm. No município em questão, há um local em que são medidas as vazões desse rio, e uma análise de uma série de dados diários, ao longo de 11 anos, revela que a vazão média do rio é de 43,1 m³/s. Considerando que a área de bacia desse local é de 1604 km², determine a evapotranspiração média anual nessa bacia.
Solução: para determinar a evapotranspiração, primeiramente, precisamos converter o escoamento Q em mm/ano, assim:
\[43,1=\frac{Q\cdot {{10}^{-3}}\cdot 1604\cdot {{10}^{6}}}{365\cdot 24\cdot 3600}=847,38mm/ano\]
A evapotranspiração é calculada por meio da Equação 2.2, logo
\[E=1800-847=953 mm/ano\]
Portanto, a evapotranspiração média da bacia é de 953 mm/ano.
Já o coeficiente de escoamento de longo prazo é dado pela razão entre o escoamento Q e a chuva P, em valores médio anuais, ou seja:
\[C=\frac{Q}{P}~~~~~~(2.3)\]
Exemplo 2.2: Determine o coeficiente de escoamento da bacia do exercício 2.1.
Solução: para determinar o coeficiente de escoamento, vamos utilizar a Equação 2.3, assim:
\[C=\frac{847}{1800}=0,47\]
Logo, 47% da chuva é transformada em vazão nessa bacia.
Estudamos que o ciclo hidrológico é um importante ciclo biogeoquímico. Assinale a alternativa que contém uma das etapas desse ciclo, que ocorre apenas em áreas continentais.
Percolação.
Somente a percolação ocorre apenas na superfície terrestre continental.
Formação de nuvens.
A formação de nuvens ocorre nas áreas continentais e nos oceanos.
Precipitação.
A precipitação ocorre nas áreas continentais e nos oceanos.
Evaporação.
A evaporação ocorre nas áreas continentais e nos oceanos.
Condensação.
A transformação do estado gasoso da água para seu estado líquido ocorre nas áreas continentais e nos oceanos.
Como já discutido anteriormente, o abastecimento de água constitui um importante investimento em saúde pública, uma vez que reduz a incidência de doenças e a mortalidade infantil e aumenta a expectativa de vida, promove hábitos higiênicos, facilita o combate a incêndios e proporciona maior progresso para as comunidades, entre outras vantagens.
Existem diversas formas de se classificar o abastecimento de água, e uma delas é de acordo com sua abrangência de atendimento: individual ou coletiva. No abastecimento individual, a produção e o consumo são capazes de atender a apenas uma residência; diferentemente do que ocorre no abastecimento coletivo, capaz de atender a várias residências, comumente empregado em áreas urbanas.
De modo geral, a solução coletiva é mais vantajosa, visto que, a partir dela, é mais fácil controlar a qualidade da água consumida e proteger o manancial de captação. No entanto, para áreas rurais, cuja população é dispersa, ou para pequenas populações, em áreas periféricas, sistemas individuais são adotados.
Por sua vez, quanto à modalidade de funcionamento, o abastecimento de água pode ser classificado em sistema de abastecimento de água e em solução alternativa (individual ou coletiva). O Quadro 2.2 apresenta uma síntese das categorias abordadas, observe.
Quadro 2.1 – Síntese das categorias de instalações para o abastecimento de água
Fonte: Brasil (2015, p. 67).
O sistema de abastecimento de água para consumo humano é composto por um conjunto de obras civis, materiais e equipamentos, desde a zona de captação até as ligações prediais, destinada à produção e ao fornecimento coletivo de água potável, por meio de rede de distribuição (BRASIL, 2011), conforme podemos observar na Figura 2.3.
As unidades constituintes do sistema de abastecimento de água são: captação, adução, estação de tratamento de água (ETA), reservação e distribuição.
O manancial consiste na fonte de onde a água será retirada. Essas fontes podem ser divididas em águas doces (rios, lagos, lagoas, reservatórios, minas, açudes e águas subterrâneas), águas salobras e águas salinas (do mar e subterrâneas).
Mananciais superficiais são aqueles compreendidos pelas águas doces de córregos, ribeirões, lagos, rios e reservatórios. Ainda, em situações especiais, as águas oceânicas podem constituir mananciais de superfície, cuja água doce é obtida por meio de processos de dessalinização.
Mananciais subterrâneos são aqueles que se encontram abaixo da superfície terrestre, compreendendo aquíferos freáticos e profundos, cuja captação é feita por meio de poços rasos ou profundos, poços escavados ou tubulares e barragens subterrâneas ou galerias de infiltração.
O Manual de Saneamento (BRASIL, 2015) cita que águas meteóricas também podem ser utilizadas para consumo, de modo que as águas da chuva são normalmente as mais aproveitadas.
Segundo Garcez e Garcez (2012, p. 23):
A água do mar é salgada demais para ser bebida. Mas é possível remover os sais dissolvidos nela, deixando-a potável. Isso é feito em usinas de dessalinização e é um processo caro. A dessalinização de águas salgadas ou salobras acontece quando elas se transformam em vapor e se tornam doces depois que se condensam – condensação – ou, então, por meio do processo de osmose reversa, quando passam por diversas membranas filtrantes. Nos oceanos, pode estar a principal solução para o atendimento das futuras demandas de água doce, já que neles estão 95,5% da água existente na Terra. O principal problema a ser resolvido ainda é o custo dos processos que envolvem grande consumo de energia.
Sua escolha deve ser condicionada levando em consideração a classificação que o corpo d’água recebe e, ainda, baseada na qualidade da água, determinada pelas características físico-químicas e microbiológicas. É importante destacar que, no Brasil, os mananciais de abastecimento estão sujeitos à degradação, devido à falta de esgotamento sanitário, em algumas cidades, e de legislações mais rígidas para o descarte de efluentes líquidos, o que acaba dificultando seu tratamento para fins de abastecimento público.
A captação consiste no conjunto de equipamentos e instalações que serão utilizados para a retirada da água do manancial, com vistas a lançá-la no sistema de abastecimento.
O tipo de captação a ser utilizado dependerá do manancial e dos equipamentos empregados. Para captação de águas subterrâneas, podem ser utilizados poços escavados, poços tubulares, caixas de tomada, galeria de infiltração, entre outros, conforme representado na Figura 2.4.
Para a captação de águas superficiais, são utilizadas barragens ou vertedouros (para manutenção do nível ou para regularização da vazão), elementos de tomada d’água, com dispositivos para impedir a entrada de materiais flutuantes, dispositivos para controlar a entrada de água, canais ou tubulações de interligação e órgãos acessórios e poços de sucção e casa de bombas, para alojar os conjuntos elevatórios.
Além disso, neste tópico, não poderíamos deixar de falar sobre a captação da água da chuva, geralmente feita por meio da cobertura da edificação, de modo que os elementos mais comuns utilizados nesse processo são: lajes e telhas cerâmicas, metálicas, plásticas e ecológicas.
O reservatório destinado a coletar e reservar as águas pluviais é a cisterna, que pode ser constituída de plásticos PVC ou PEAD, pré-moldada de cimento, fibra de vidro, concreto armado ou alvenaria.
O volume de dimensionamento da cisterna é obtido por meio da Equação 2.4:
\[V=P\cdot A\cdot c~~~~~~(2.4)\]
Em que:
\(V\)= volume anual, mensal ou diário de água de chuva aproveitável (m³);
\(P\)= precipitação média anual, mensal ou diária (m);
\(A\)= área de coleta (m²);
\(c\) = coeficiente de escoamento superficial (adimensional). Para coberturas de telhas cerâmicas e metálicas, c = 0,8 a 0,9.
Exemplo 2.3: Determine o volume mínimo de uma cisterna para atender a uma família de três pessoas morando em uma casa de 30 m² de cobertura, e considerando-se 6 meses de previsão sem chuva, com precipitação média anual de 700 mm. Considere c = 0,8.
Solução: vamos considerar o consumo per capita de 22 L/hab.dia. Logo, para a família de 3 pessoas, o consumo médio diário é de \(22.3=66\) litros; já o consumo médio mensal será de $66.30=1980$litros.
O segundo passo é determinar a capacidade da cisterna, considerando 6 meses sem chuva. Logo, a capacidade é de \(1980.6=11880\).
O último passo é a determinação do volume de água possível de captar, por meio da Equação 2.3:
\[V=0,7\cdot 30\cdot 0,8=16800~litros\]
A adutora consiste no conjunto de tubulações dispostas entre:
As adutoras podem ser classificadas de duas formas: de acordo com a natureza da água transportada (adutora de água bruta e adutora de água tratada) e de acordo com a energia utilizada no escoamento da água (adutora por gravidade, adutora por recalque e adutora mista):
A Figura 2.5 ilustra as diferenças entre as adutoras, observe.
Independentemente da classificação que recebem, são utilizados os seguintes materiais na construção das tubulações adutoras: ferro fundido, policloreto de vinila (PVC), aço soldado, polietileno de alta densidade (PEAD), concreto armado, entre outros (BRASIL, 2015).
O tratamento da água visa torná-la potável para o consumidor, melhorando suas características organolépticas, físicas, químicas e microbiológicas, de modo a atender ao padrão de potabilidade vigente, previsto pela Portaria MS nº 2.914/2011. Veremos as etapas do tratamento de água no tópico 3.
O reservatório de distribuição é empregado para acumular água com o propósito de atender às variações do consumo horário, manter pressão mínima ou constante na rede e atender a demandas de emergência. Na construção dos reservatórios de distribuição, podem ser utilizados materiais como concreto armado, polietileno, fibra de vidro, aço e policloreto de vinila (PVC).
De acordo com a localização e a forma construtiva, os reservatórios podem ser:
A Figura 2.6 ilustra o reservatório de montante e jusante.
O Manual de Saneamento (BRASIL, 2015) cita que, nos reservatórios, é importante tomar algumas medidas para evitar sua contaminação, por meio de proteção com estrutura adequada, tubo de ventilação, impermeabilização, sistema de drenagem, cobertura, registro de descarga, abertura para limpeza, extravasor e indicador de nível. Além disso, a limpeza e a desinfecção devem ser realizadas frequentemente.
As redes de distribuição são responsáveis por levar a água do reservatório ou da adutora para os pontos de consumo (residências, escolas, hospitais, indústrias, entre outros). São constituídas por um conjunto de tubulações, conexões, registros e peças especiais do sistema de abastecimento de água.
Quanto ao tipo, as redes de distribuição podem ser ramificadas e malhadas (sem anel ou com anel) (Figura 2.7). A escolha do tipo dependerá das características físicas, topográficas, da forma de ocupação da cidade e do traçado do arruamento.
Os materiais empregados nas redes de distribuição são: plásticos de policloreto de vinila (PVC), plásticos de polietileno de alta densidade (PEAD), fibra de vidro e metálicos em ferro fundido dúctil e em aço.
É importante destacar que, nas ruas, a rede de água sempre deve ficar em um nível superior ao da rede de esgoto, além disso, quanto à localização, comumente, a rede de água é localizada em um terço da rua e a rede de esgoto em outro (BRASIL, 2004). Ainda, no projeto da rede de distribuição, deve-se manter a pressão mínima em qualquer ponto, e ser prevista a instalação de registros de manobra, registros de descarga, ventosas, hidrantes e válvulas redutoras de pressão.
As estações elevatórias são utilizadas para transportar e elevar a água. Podem ser adotadas na captação, com vistas ao recalque de água de mananciais de superfície ou poços rasos e profundos; na adução, para o transporte dessa água e, ainda, nas várias etapas de tratamento e distribuição, a fim de aumentar a pressão da rede e levar a água para pontos mais distantes ou elevados (BRASIL, 2015).
A Figura 2.8 ilustra os principais componentes de uma estação elevatória de água.
Por meio da Figura 2.8, nota-se que os principais componentes de uma estação elevatória de água são: poço de sucção e casa de bomba, equipamentos eletromecânicos, como bomba, motor e quadro elétrico, tubulações de sucção e recalque, além de acessórios e conexões do edutor e barrilete.
A ligação das redes públicas de distribuição com a instalação domiciliar de água é feita por meio de um ramal predial, com as seguintes características (BRASIL, 2015):
A utilização de caixa d’água ou de reservatório domiciliar é necessária para que o sistema de abastecimento de água funcione sem interrupções. Logo, o reservatório deverá passar por limpezas frequentes e, além disso, possuir capacidade de abastecer um domicílio por pelo menos um dia.
Para a determinação do seu volume, é fundamental conhecer o consumo per capita e o número de pessoas que serão atendidas. Considerando o consumo per capita de 150 L/hab.dia, e uma residência com 5 pessoas:
O sistema de abastecimento de água é composto por um conjunto de obras civis, materiais e equipamentos, destinados à produção e ao fornecimento coletivo de água potável. Assinale a alternativa que contém a função dos reservatórios de distribuição.
Reservatórios de distribuição são utilizados para acumular água, com vistas a atender a demandas de emergência, atender às variações do consumo horário e manter pressão mínima ou constante na rede.
O reservatório de distribuição é empregado para acumular água com o propósito de atender às variações do consumo horário, manter pressão mínima ou constante na rede e atender às demandas de emergência.
Reservatórios de distribuição são instalações utilizadas para transportar e elevar a água.
Elevatórias são instalações utilizadas para transportar e elevar a água.
Os reservatórios de distribuição visam tornar a água potável para o consumidor, melhorando suas características organolépticas, físicas, químicas e microbiológicas.
O tratamento de água visa tornar a água potável para o consumidor, melhorando suas características organolépticas, físicas, químicas e microbiológicas.
Os reservatórios de distribuição são responsáveis por levar a água do reservatório ou da adutora para os pontos de consumo.
As redes de distribuição são responsáveis por levar a água do reservatório ou da adutora para os pontos de consumo.
Os reservatórios de distribuição são tubulações dispostas entre a captação e a ETA; a captação e o reservatório de distribuição; a captação e a rede de distribuição; a ETA e o reservatório de distribuição e a ETA e a rede de distribuição.
As adutoras são um conjunto de tubulações dispostas entre a captação e a ETA; a captação e o reservatório de distribuição; a captação e a rede de distribuição; a ETA e o reservatório de distribuição e a ETA e a rede de distribuição.
Como já discutido anteriormente, as atividades humanas geram cada vez mais efluentes líquidos industriais diversos, assim como esgotos domésticos, que, muitas vezes, são lançados sem tratamento nos corpos hídricos receptores. Nesse sentido, tecnologias para tratamento da água são adotadas, com vistas a remover substâncias químicas e organismos prejudiciais à saúde e, ainda, tornar a água adequada para serviços domésticos, com baixa agressividade, turbidez e dureza, além de não apresentar cor, sabor e odor.
A Portaria do Ministério da Saúde nº 2.914/2011 dispõe sobre os procedimentos de controle e de vigilância da qualidade da água para consumo humano e seu padrão de potabilidade. Consulte seu Anexo VII e fique por dentro do padrão de potabilidade para substâncias químicas que representam risco à saúde humana.
Assim, a escolha do tipo de tratamento a ser utilizado em uma estação de tratamento de água (ETA) está diretamente ligada à qualidade físico-química e microbiológica da fonte de água bruta e ao enquadramento de sua classe (Quadro 2.3), conforme disposto na Resolução Conama nº 357/2005, alterada e complementada pela Resolução Conama nº 430/2011.
Quadro 2.2 – Definição dos processos de tratamento de água de acordo com a classificação do manancial
Fonte: Adaptado de Brasil (2005).
Como observado no Quadro 2.3, a Resolução Conama nº 357/2005 classifica as águas doces em Classe especial, Classe 1, Classe 2 e Classe 3, de acordo com sua qualidade, de modo que águas de melhor qualidade podem ser aproveitadas com uma menor exigência de tratamento.
Segundo Brasil (2015), as tecnologias de tratamento de água podem ser enquadradas em dois grupos: sem ou com coagulação química, de modo que, dependendo da qualidade da água bruta, ambos os grupos podem ou não ser precedidos de pré-tratamento ou complementações específicas.
Entre as tecnologias que dispensam o uso de coagulante, cita-se a filtração lenta e a filtração em múltiplas etapas.
Por meio da filtração lenta, há a passagem da água por um meio poroso, normalmente composto de areia, de modo a melhorar as características da água, tornando-a adequada para o consumo humano. Esse método costuma ser adotado em pequenas comunidades, em que as águas dos mananciais apresentam baixos teores de cor e turbidez.
Na filtração em múltiplas etapas, a água passa por sucessivas etapas de tratamento, removendo progressivamente as substâncias sólidas presentes. Essas sucessivas etapas são: pré-filtração dinâmica, pré-filtração grosseira e filtração lenta. O método costuma ser adotado em zonas rurais e pequenos e médios municípios.
A Figura 2.10 traz uma representação esquemática da tecnologia de filtração em múltiplas etapas, observe.
Segundo o Manual de Saneamento (BRASIL, 2015), as principais tecnologias de tratamento de água que fazem uso de coagulante químico, e que podem ser complementadas com fluoretação e correção de pH, sendo a desinfecção obrigatória, são:
De modo geral, o sistema convencional de tratamento de água, a fim de torná-la potável, é composto por cinco processos unitários: coagulação e floculação, clarificação (sedimentação ou flotação), filtração, desinfecção e fluoretação, conforme apresentado na Figura 2.11.
Veremos, agora, a primeira etapa, a de coagulação e floculação.
A finalidade dos processos de coagulação e floculação é transformar impurezas que se encontram no meio, em suspensão ou na forma coloidal, em partículas maiores, as quais serão removidas nas etapas posteriores, de sedimentação, filtração ou ambas (NETTO, 1987; BRAGA et al., 2005).
A coagulação consiste na desestabilização das partículas coloidais e suspensas, por meio de ações físicas e reações químicas entre os coagulantes (como sulfato de alumínio – \(Al_2(SO_4)_3\) e cloreto férrico – \(F_eCl_2\)) a água e as impurezas presentes nela. Por meio do fenômeno denominado hidrólise, em solução aquosa, os íons metálicos de ferro e alumínio formam ligações com os átomos de oxigênio, liberando átomos de hidrogênio e reduzindo o pH da suspensão; os produtos formados nessa etapa são denominados espécies hidrolisadas de ferro e alumínio, os quais são transportados por meio da mistura rápida, para o contato com as impurezas presentes na água, causando a desestabilização ou envolvimento nos precipitados (em função da magnitude da dosagem e pH de coagulação). Em seguida, na mistura lenta, ocorre a aproximação e a colisão das partículas desestabilizadas, formando, assim, os flocos (LIBÂNIO, 2010; TELLES, 2013).
Libânio (2010) cita que, nessa fase, é esperada a remoção de turbidez, matéria orgânica coloidal, substâncias tóxicas orgânicas e inorgânicas, e outras, responsáveis por conferir sabor e odor à água e microrganismos em geral.
No processo de sedimentação, ou também conhecido por decantação, objetiva-se a remoção de partículas sólidas em suspensão. Assim, são utilizadas forças gravitacionais capazes de separar partículas de densidade maior que a da água, depositando-as em uma superfície ou zona de armazenamento, em uma dada velocidade e tempo. Aquelas partículas que não foram removidas nessa etapa deverão ser removidas na etapa de filtração (RICHTER; AZEVEDO NETTO, 1991).
É importante destacar que, nessa fase, os flocos formados separam-se da água, deixando-a clarificada. Para Braga et al. (2005), as partículas grandes ou pesadas são removidas com um intervalo de tempo mais curto, quando comparado com o das partículas mais leves. Se ocorrer uma grande concentração de partículas não sedimentáveis, a sedimentação, por si só, não será eficiente.
Nessa etapa de clarificação, dependendo da qualidade da água, podem ser empregadas unidades de flotação por ar dissolvido (FAD). De acordo com Calijuri e Cunha (2013), na entrada dos flotadores, promove-se a formação de emulsão ar/água, que é misturada com a água floculada. Assim, os flocos em suspensão tendem a subir a altas velocidades até a superfície, para posterior remoção, devido às microbolhas de ar aderidas a sua estrutura.
Na filtração, são utilizados diversos meios porosos filtrantes sobrepostos em camadas, a exemplo da areia, do carvão antracito, da terra diatomácea, entre outros, capazes de remover as impurezas leves ou finamente divididas presentes na água. Nesse processo, alguns fenômenos estão envolvidos, como indica Telles (2013):
Devido ao entupimento nos espaços vazios, ocorre um aumento da resistência imposta pelo meio filtrante, indicando a necessidade de lavagem do filtro.
A desinfecção é um processo realizado a fim de remover e/ou inativar microrganismos patogênicos; no processo, há, ainda, a oxidação de compostos orgânicos e inorgânicos. O processo pode ser feito por meio de radiação, processos físicos ou pela adição de produtos químicos, entre estes, os seguintes produtos podem ser utilizados como desinfetantes: ozônio, peróxido de hidrogênio, permanganato de potássio, cloro, entre outros.
O cloro é o agente desinfetante mais utilizado nas ETAs no Brasil, a partir do hipoclorito de sódio (\(N_aClO\)) e do hipoclorito de cálcio (\(C_a(ClO)_2\), porque é capaz de agir sobre a maioria dos microrganismos patogênicos, além disso, não é nocivo ao homem, é de baixo custo e deixa residual ativo na água, entre outras vantagens. Além da aplicação para esse fim, o cloro também é utilizado para diminuir a intensidade da cor, eliminar odores e sabores indesejáveis, combater a proliferação de algas e eliminar matéria orgânica.
Após a filtração da água, ocorre a desinfecção e também a correção do pH, com vistas a tornar a água não agressiva para tubulações e acessórios do sistema de distribuição de água.
A fluoretação, ou também conhecida por fluoração, é realizada nos países cuja adição de flúor na água é obrigatória, como no caso do Brasil. O processo objetiva conferir ou elevar a concentração de fluoretos da água tratada, por meio da aplicação de compostos de flúor, como medida de profilaxia da cárie dentária (LIBÂNIO, 2010). Os compostos de flúor mais utilizados para esse fim são: fluoreto de sódio comercial, fluoreto de cálcio, fluossilicato de sódio e ácido fluossilícico.
Além desses processos unitários utilizados no tratamento convencional da água, outros também podem ser empregados para complementar o tratamento, objetivando a remoção de compostos orgânicos e inorgânicos.
Como processos avançados de tratamento, cita-se: oxidação, adsorção, air stripping, troca iônica e membranas filtrantes.
Com vistas a adequar a qualidade da água para consumo humano, alguns processos podem ser utilizados nos próprios domicílios. Segundo o Manual de Saneamento (BRASIL, 2015), os seguintes processos são sugeridos como solução individual:
Assim, finalizamos o tópico de tratamento de água. A seguir, será abordada a concepção do sistema de abastecimento de água.
Esta etapa de tratamento consiste na passagem da água por um meio poroso, no qual ficam retidas as impurezas presentes. De qual etapa do tratamento convencional da água estamos falando?
Coagulação e floculação
Na etapa de coagulação e floculação, há a transformação das impurezas presentes na água em partículas maiores.
Fluoretação.
Na etapa de fluoretação, é adicionado flúor à água.
Filtração.
Na etapa de filtração, a água passa por um filtro (meio poroso).
Decantação.
Na etapa de decantação, há a deposição da matéria em suspensão sob ação da gravidade.
Desinfecção.
Na etapa de desinfecção, são adicionados agentes desinfetantes à água.
Para viabilizar a chegada da água ao seu destino final, são necessários estudos para se projetar um sistema de abastecimento de água. Na etapa de concepção, deve-se escolher a alternativa mais viável, em termos de critérios institucionais, ambientais, sociais, econômico-financeiros e de disponibilidade de infraestrutura (BRASIL, 2015).
Ainda, deve ser considerado o consumo per capita expresso em litros por habitante dia (L/hab.dia), uma vez que o dimensionamento das tubulações, estruturas e equipamentos vão depender das vazões de água e, consequentemente, do consumo médio por habitante.
Para esse cálculo, devem ser considerados os consumos de água doméstico, comercial, industrial e público, além das perdas no sistema.
De modo geral, a Tabela 2.2 pode ser adotado como referência para determinar o consumo per capita a ser utilizado no projeto.
Tabela 2.2 – Consumo médio per capita para populações dotadas de ligações domiciliares
Fonte: Brasil (2015, p. 74).
Destaca-se que o consumo de água também pode variar, de acordo com alguns fatores, tais como os apresentados no Quadro 2.3.
Quadro 2.3 – Fatores de influência no consumo de água
Fonte: Von Sperling (1996, p. 53).
Por fim, também é importante destacar que as variações anuais, mensais, diárias, horárias e instantâneas no consumo de água devem ser levadas em consideração no cálculo do volume a ser consumido.
A Equação 2.4 nos auxilia na estimativa da vazão média de abastecimento:
\[Q=\frac{P\cdot q}{3600\cdot h}~~~~~~(2.5)\]
Em que:
Q = vazão média anual (L/s);
P = população da área abastecida;
q = consumo médio diário per capita (L/hab.dia);
h = número de horas de funcionamento (hr).
A Equação 2.6 nos auxilia no cálculo da vazão dos dias de maior consumo.
\[Q=\frac{P\cdot q\cdot {{k}_{1}}}{3600\cdot h}~~~~~~(2.6)\]
E a Equação 2.7 nos auxilia no cálculo da vazão nos dias de maior consumo e na hora de maior consumo.
\[Q=\frac{P\cdot q\cdot {{k}_{1}}\cdot {{k}_{2}}}{3600\cdot h}~~~~~~(2.7)\]
Exemplo 2.4: Determine a vazão de projeto para a rede de distribuição em uma cidade fictícia, considerando os seguintes dados:
Solução: utilizamos a Equação 2.7 para determinar a vazão:
\(Q=\frac{P\cdot q\cdot {{k}_{1}}\cdot {{k}_{2}}}{3600\cdot h}\Rightarrow \frac{120000\cdot 220\cdot 1,2\cdot 1,5}{3600\cdot 24}=\frac{47520000}{86400}=550\)
Nesse cálculo, ainda devemos somar a demanda de consumidores especiais, que é de 40 L/s. Assim:
\[Q=550+40=590 L/s\]
Portanto, a vazão de projeto para a rede de distribuição na cidade é de 590 L/s.
Além disso, no dimensionamento do sistema de abastecimento de água, também é importante estudar a população do local, que pode ser residente, flutuante ou temporária.
Ainda, é importante considerar o período futuro de alcance do projeto, em uma faixa de 10 a 30 anos. Nesse sentido, o crescimento populacional nesse período deverá ser calculado também, por meio de modelos matemáticos (Tabela 2.3).
Tabela 2.3 – Métodos matemáticos utilizados na projeção populacional
Fonte: Brasil (2015, p. 76).
Em que:
\({{P}_{0}},{{P}_{1}},{{P}_{2}}\)= populações nos anos \({{t}_{0}},{{t}_{1}},{{t}_{2}}\);
\({{P}_{t}}\)= população estimada no ano \(t\) (hab);
\({{P}_{s}}\)= população de saturação (hab);
\({{K}_{a}},{{K}_{g}},{{K}_{1}},i,c\)= coeficientes.
A população futura de uma cidade foi estimada em 45.000 habitantes, com um consumo médio per capita anual de 200 L/hab.dia. Assinale a alternativa que contém a vazão média anual na rede de distribuição, considerando 24 horas de funcionamento. Para os cálculos, considere \({{k}_{1}}=1,25\) e \({{k}_{2}}=1,50\).
124 L/s.
Deve-se utilizar a Equação 2.6 para o cálculo da vazão média anual da cidade.
\[Q=\frac{P\cdot Q\cdot {{k}_{1}}\cdot {{k}_{2}}}{3600\cdot h}\]
Considerando que P= 45000 hab.; q= 200 L/hab.dia; h= 24 hr.; \({{k}_{1}}=1,25\) e \({{k}_{2}}=1,50\). Temos que:
\[Q=\frac{45000\cdot 200\cdot 1,5\cdot 1,25}{3600\cdot 24}=\frac{16845000}{86400}=195,31 L/s\]
104 L/s.
Deve-se utilizar a Equação 2.6 para o cálculo da vazão média anual da cidade.
\[Q=\frac{P\cdot Q\cdot {{k}_{1}}\cdot {{k}_{2}}}{3600\cdot h}\]
Considerando que P= 45000 hab.; q= 200 L/hab.dia; h= 24 hr.; \[{{k}_{1}}=1,25\] e \[{{k}_{2}}=1,50\]. Temos que:
\[Q=\frac{45000\cdot 200\cdot 1,5\cdot 1,25}{3600\cdot 24}=\frac{16845000}{86400}=195,31 L/s\]
195 L/s.
Deve-se utilizar a Equação 2.6 para o cálculo da vazão média anual da cidade.
\[Q=\frac{P\cdot Q\cdot {{k}_{1}}\cdot {{k}_{2}}}{3600\cdot h}\]
Considerando que P= 45000 hab.; q= 200 L/hab.dia; h= 24 hr.; \({{k}_{1}}=1,25\) e \({{k}_{2}}=1,50\). Temos que:
\[Q=\frac{45000\cdot 200\cdot 1,5\cdot 1,25}{3600\cdot 24}=\frac{16845000}{86400}=195,31 L/s\]
286 L/s.
Deve-se utilizar a Equação 2.6 para o cálculo da vazão média anual da cidade.
\[Q=\frac{P\cdot Q\cdot {{k}_{1}}\cdot {{k}_{2}}}{3600\cdot h}\]
Considerando que P= 45000 hab.; q= 200 L/hab.dia; h= 24 hr.; \[{{k}_{1}}=1,25\] e \[{{k}_{2}}=1,50\]. Temos que:
\[Q=\frac{45000\cdot 200\cdot 1,5\cdot 1,25}{3600\cdot 24}=\frac{16845000}{86400}=195,31 L/s\]
213 L/s.
Deve-se utilizar a Equação 2.6 para o cálculo da vazão média anual da cidade.
\(Q=\frac{P\cdot Q\cdot {{k}_{1}}\cdot {{k}_{2}}}{3600\cdot h}\)
Considerando que P= 45000 hab.; q= 200 L/hab.dia; h= 24 hr.; \({{k}_{1}}=1,25\) e \({{k}_{2}}=1,50\). Temos que:
\[Q=\frac{45000\cdot 200\cdot 1,5\cdot 1,25}{3600\cdot 24}=\frac{16845000}{86400}=195,31$L/s\]
Nome do livro: Seleção de tecnologias de tratamento de água
Editora: LDiBe
Autores: Luiz Di Bernardo e Lyda Patricia Sabogal Paz
ISBN: 978-85-62324-01-7
O livro, dividido em 4 capítulos, discorre sobre a ocorrência da água na natureza, propriedades e características da água, classificação das águas e padrões de potabilidade, além de abordar as tecnologias de tratamento de água que podem ser empregadas.
