UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE
PRÓ-REITORIA DE PÓS-GRADUAÇÃO E PESQUISA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICA
MABEL RIBEIRO SOUSA
ESTUDO DO LODO GERADO NA ESTAÇÃO DE
TRATAMENTO DE ÁGUA DE BUÍQUE – PE:
CARACTERIZAÇÃO, QUANTIFICAÇÃO E
IDENTIFICAÇÃO DE OPORTUNIDADES DE
MINIMIZAÇÃO DOS RESÍDUOS.
SÃO CRISTÓVÃO
2009
i
MABEL RIBEIRO SOUSA
ESTUDO DO LODO GERADO NA ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA DE BUÍQUE – PE: CARACTERIZAÇÃO, QUANTIFICAÇÃO E IDENTIFICAÇÃO DE OPORTUNIDADES DE MINIMIZAÇÃO DOS RESÍDUOS
Dissertação apresentada ao Núcleo de Pós-Graduação em Química como um dos pré-requisitos para a obtenção do grau de Mestre em Química.
PROF. Dr. CARLOS ALEXANDRE BORGES GARCIA - (ORIENTADOR)
SÃO CRISTÓVÃO
2009
ii
FICHA CATALOGRÁFICA ELABORADA PELA BIBLIOTECA CENTRAL UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE
S725e
Sousa, Mabel Ribeiro Estudo do lodo gerado na estação de tratamento de água de Buíque – PE : caracterização, quantificação e identificação de oportunidades de minimização dos resíduos / Mabel Ribeiro Sousa. – São Cristóvão, 2009.
145 f. : il.
Dissertação (Mestrado em Química) – Programa de Pós-Graduação em Química, Pró-Reitoria de Pós-Graduação e Pesquisa, Universidade Federal de Sergipe, 2009.
Orientador: Prof. Dr. Carlos Alexandre Borges Garcia
1. Lodo - Tratamento. 2. Água - Tratamento. 3. Meio ambiente Buíque, PE. 4. Bacteriologia. I. Título.
CDU 628.336(813.4 Buíque - PE)
iii
iv
À minha família e a Ana Magna, com
eterna gratidão.
v
AGRADECIMENTOS
A Deus por tudo;
À minha família pela confiança e apoio;
A Ana Magna, pelo apoio irrefutável e pelas palavras de incentivo nos momentos
difíceis;
Ao meu orientador, Professor Carlos Alexandre, pela valiosa orientação e apoio
dedicado na elaboração deste trabalho;
Ao coordenador do NPGQ, professor Sandro Navickiene, pela compreensão e apoio;
À Compesa que permitiu e apoiou à execução deste projeto, em especial ao Diretor
Roberto Tavares e ao Superintendente Fernando Lobo;
À GQL pela disponibilidade e colaboração de seus funcionários;
Aos colegas de trabalho: Andréa, Vanessa, Fátima, Helena, Alberto, Salete e Nancy,
pela colaboração técnica e apoio;
Aos operadores da ETA Buíque, pela colaboração nas coletas;
A todos os meus amigos, colegas e professores do curso de pós-graduação em
Química da UFS, pela oportunidade de desenvolver este projeto;
Enfim, a todos que direta ou indiretamente contribuíram para a realização deste
trabalho.
vi
Safer water, better health !
WHO (World Health Organization).
vii
RESUMO
Processos e operações utilizados em estações de tratamento de água geram
resíduos. No Brasil a maioria das ETAs são convencionais e lançam seus rejeitos
em cursos d´água sem a preocupação com o reuso, pré-tratamento e impactos
ambientais. Esta pesquisa analisou as características físico-química e bacteriológica
do lodo gerado na ETA do município de Buíque situado no Estado de Pernambuco.
Além da caracterização, a partir de análises físico-químicas, outro intuito é o de
quantificar o resíduo para que sejam implementadas, mediante os resultados
encontrados, ações que venham minimizar parte da carga de lodo gerado nesta
ETA. Para esta pesquisa evidenciou o aspecto ambiental associado à disposição
dos resíduos, sendo definidos os parâmetros de análise o Nitrogênio e Fósforo Total,
DBO, DQO, pH, Cor, Turbidez, Metais e Bacteriológico. Concluiu-se que o lodo da
ETA Buíque proveniente do decantador possui 73% de sólidos totais fixos e 27% de
sólidos voláteis, enquanto que o lodo oriundo da água de lavagem dos filtros
apresentou 72% de sólidos totais fixos e 27% de sólidos totais voláteis,
caracterizando-o como um resíduo inorgânico de baixa degradabilidade. Os metais
alumínio, ferro e manganês apresentaram-se em concentrações significativas e
potencializam o caráter poluidor deste rejeito. A relação DQO/DBO elevada, 7,1 e
7,7 para lodo de decantador e água de lavagem dos filtros respectivamente,
confirma o baixo conteúdo orgânico do lodo. Relacionado ao aspecto bacteriológico,
houve períodos de baixa concentração de bactérias e períodos de ausência.
Algumas ações foram tomadas como forma de minimização dos impactos de
lançamento do lodo no meio ambiente. A primeira foi reduzir a quantidade de sulfato
de alumínio aplicado, 1,5 t.mês-1, sem comprometer a qualidade da água tratada,
implementado no tratamento a dosagem de um polieletrólito (coagulante auxiliar).
Outra ação foi otimizar as condições operacionais de descargas de decantadores,
lavagens dos filtros e análises de cor, turbidez de todas as etapas do processo.
Palavras chaves: Tratamento de água, Resíduos de ETA, Minimização
viii
ABSTRACT
Processes and operations used in water treatment plants generate waste. In Brazil
most of Water Treatment Stations (WTS) are conventional and throw their waste into
water courses without concern for reuse, pretreatment and environmental impacts.
This research examined the physico-chemical and bacteriological of sludge
generated in Buíque WTS located in Pernambuco State. Besides the
characterization, from physical-chemical analysis, another aim is to quantify the
residue to be implemented by the findings, actions that will minimize the load of
sludge generated in this WTS. It was concluded that the sludge coming from the
Buíque WTS decanters has 73% of total solids of 27% fixed and volatile solids, while
the sludge coming from water washing of the filters showed 72% of total fixed solids
and 27% total solids volatile, characterizing it as a waste of inorganic low
degradability. The metals aluminum, iron and manganese are present in significant
concentrations, and strengthen the character of this waste polluter. The COD / BOD
high, 7.1 and 7.7 for the decanter sludge and water from washing the filters
respectively, confirms the low organic content of sludge. Related to the
bacteriological aspect, there were periods of low concentration of bacteria and
periods of absence. Some actions were taken in order to minimize the impacts of
release of sludge into the environment. The first was to reduce the amount of
aluminum sulfate used, 1.5 t.mês-1, without compromising the quality of treated
water, treatment implemented in the estimation of a polyelectrolyte (coagulant aid).
Another action was to optimize the operating conditions of discharge of decanters,
washing of filters and analysis of color, turbidity in all stages of the process.
Keywords: water treatment, waste ETA, Minimizing
ix
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS i
LISTA DE TABELAS iv
SIGLAS OU ABREVIAÇÕES vi
CAPITULO I - INTRODUÇÃO GERAL 1
1.1. Introdução 1
1.2. Objetivos 4
1.2.1. Geral 4
1.2.2. Específicos 4
CAPITULO II - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 5
2.1. Considerações Iniciais 5
2.2. Tratamento da água para abastecimento público 6
2.2.1. Classificação dos Corpos d’água 7
2.2.2. Características físicas, químicas, microbiológicas 9
e biológicas da água
2.3. Tecnologias de tratamento de água 11
2.3.1. Tratamento convencional 12
2.3.1.1. Coagulação 13
2.3.1.2. Floculação 15
x
2.3.1.3. Sedimentação e Flotação 16
2.3.1.4. Filtração 17
2.3.1.5. Desinfecção e oxidação 19
2.3.2. Filtração direta ascendente – FDA 23
2.3.3. Filtração direta descendente – FDD 24
2.3.4. Dupla filtração – DF 24
2.4. Resíduos gerados no tratamento 25
2.4.1. Legislação e resíduos de ETA 27
2.4.2. Quantidade e características dos resíduos de ETA 28
2.4.3. Estimativa da quantidade de resíduos gerados em ETA 30
2.4.4.Lodo dos decantadores 32
2.4.5. Resíduos gerados nos filtros 33
2.4.6. Potencial tóxico do lodo e aspectos ambientais 34
CAPITULO III – MATERIAIS E MÉTODOS 35
3.1. Generalidades 35
3.2. Caracterização da área de estudo 36
3.3. Sistema de tratamento de água 38
3.4. Dados operacionais da ETA de Buíque 48
3.5. Características do manancial e dados de monitoramento 48
3.6. Qualidade da água tratada distribuída 49
3.7. Resíduos gerados no tratamento 49
3.7.1. Caracterização e quantificação do lodo dos decantadores 50
3.7.2. Caracterização e quantificação da água de lavagem dos 50
filtros
3.7.3. Comparativo entre os valores teóricos e os valores medidos 51
in loco da massa de sólidos gerada nos decantadores e filtros
3.7.4. Oportunidades de minimização do lodo 52
3.8. Coleta e preparo das amostras 52
3.8.1. Pontos de coleta 52
xi
3.8.2. Instruções de coleta 54
3.8.3. Preparação das amostras 55
3.9. Análises físico-químicas e bacteriológicas 58
3.9.1. Análise de pH 58
3.9.2. Análise da turbidez 58
3.9.3. Análise de cor 59
3.9.4. Análise de metais 59
3.9.5. Análise de sólidos sedimentáveis 61
3.9.6. Análise de sólidos totais e sólidos suspensos 62
3.9.7. Análise de DBO e DQO 63
3.9.8. Análise de nitrogênio e fósforo total 63
3.9.9. Análises bacteriológicas 65
3.9.10. Ensaios de floculação 67
3.10. Reagentes e soluções 68
3.11. Instrumentação 69
CAPÍTULO IV - RESULTADOS E DISCUSSÃO 74
4.1. Considerações iniciais 74
4.2. Dados operacionais da ETA de Buíque 74
4.3. Características do manancial e dados de monitoramento 76
4.3.1. Monitoramento físico-químico 77
4.3.2. Avaliação de metais presentes na água bruta 78
4.3.3. Monitoramento hidrobiológico 79
4.4. Qualidade da água tratada distribuída 81
4.4.1. Monitoramento físico-químico 81
4.4.2. Avaliação de metais na água tratada 83
4.5. Caracterização do lodo do decantador 84
4.6. Quantificação do lodo gerado nos decantadores da ETA-Buíque 90
4.6.1. Cálculo da produção de sólidos em relação ao volume 90
de água tratada produzida
xii
4.7. Caracterização e quantificação do volume de água de lavagem 92
dos filtros da ETA Buíque
4.7.1. Cálculo da produção de sólidos em relação ao volume 98
de água tratada produzida
4.8. Estimativa da produção de sólidos em relação ao volume de 101
água tratada produzida usando fórmulas empíricas
4.9. Comparativo entre os valores teóricos e os valores medidos 104
in loco da massa de sólidos gerada nos decantadores e filtros
4.10. Avaliação das oportunidades de minimização do lodo 106
CAPÍTULO V - CONCLUSÕES FINAIS 112
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 116
GLOSSÁRIO 123
xiii
LISTA DE FIGURAS
Figura 3.1. Mapa de localização do município de Buíque 36
Figura 3.2. Barragem de acumulação Açude Mulungu – Buíque 37
Figura 3.3. Chegada da água no poço de sucção da estação
elevatória de água do Açude Mulungu
37
Figura 3.4. Esquema hidráulico do Sistema de Abastecimento de
Buíque
38
Figura 3.5. Ponto de aplicação do sulfato de alumínio 39
Figura 3.6.(A,B) - Floculadores tipo alabama (ponto de aplicação do
polieletrólito)
40
Figura 3.7.(A,B,C) - Decantador tipo modular 41
Figura 3.8.(A,B) - Descarga manual dos decantadores 42
Figura 3.9. (A,B,C) - Ponto de disposição dos resíduos da ETA de
Buíque (terreno próximo a residências e a Rodovia Estadual PE-
270)
43
Figura 3.10 (A,B) - Filtros rápidos descendentes 44
Figura 3.11. Filtro com perda total de carga (a); Filtro em operação
de lavagem (b)
45
Figura 3.12. Casa de química - tanques de preparação e aplicação
de coagulantes
45
Figura 3.13. Casa de química – armazenamento de produto químico 46
Figura 3.14. Plataforma de armazenamento e aplicação de cloro
gasoso
46
xiv
Figura 3.15. Poço de sucção de água tratada 47
Figura 3.16. Reservatório elevado de água tratada 47
Figura 3.17. Esquema de estudo dos resíduos da ETA de Buíque -
PE
49
Figura 3.18. Unidades de tratamento e pontos de geração de
resíduos da ETA
50
Figura 3.19 (A;B) – Ponto de coleta dos decantadores (caixa de
descarga)
53
Figura 3.20 (A,B) – Ponto de coleta da água de lavagem dos filtros
(calha)
53
Figura 3.21. Esquema de preparação e digestão de amostras para
análise de metais
55
Figura 3.22. Esquema de preparação de amostras para análise de
sólidos
56
Figura 3.23. Amostras de lodo e água bruta na estufa para secagem 57
Figura 3.24. Amostras de lodo e água bruta após secagem a 60ºC
para análise de sólidos
57
Figura 3.25 (A,B) – Amostras após processo de digestão 60
Figura 3.26 (A,B,C) - Espectrofotômetro de Chama e Forno Grafite 69
Figura 3.27. Forno microondas utilizado na digestão de amostras
para análise de metais
70
Figura 3.28. Turbidímetro AP 2000 e Aquacolor Policontrol 71
Figura 3.29. Estufa incubação e auto-clave 71
Figura 3.30. Estufa de esterilização (marca FANEM) 72
xv
Figura 3.31. Jar test – Policontrol (modelo Floc Control II) 73
Figura 4.1. Unidades de tratamento da ETA de Buíque 76
Figura 4.2. Variação da média mensal da Turbidez da água bruta 77
Figura 4.3. Variação da média mensal da Cor da água bruta 78
Figura 4.4. Variação mensal da Turbidez da água tratada da ETA de
Buíque
82
Figura 4.5. Variação mensal da Cor da água tratada da ETA de
Buíque
82
Figura 4.6. Relação DQO/DBO para o lodo dos decantadores 1 e 2
da ETA Buíque
88
Figura 4.7. Relação DQO/DBO para a água de lavagem dos filtros
01, 02 e 03 da ETA Buíque
96
Figura 4.8. Massa de lodo estimada a partir de fórmulas empíricas 103
Figura 4.9. Produção de sólidos estimada a partir de fórmulas
empíricas
103
Figura 4.10. Comparativo da produção de sólidos por m3 de água
tratada (g.m3) estimadas a partir de fórmulas empíricas e medição in
loco
105
Figura 4.11. Comparativo das massas de lodo (t) estimadas a partir
de fórmulas empíricas e medição in loco
106
Figura 4.12. Fatores que determinam à formação do lodo de ETA 107
xvi
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1. Classificação das águas doces e tratamento mínimo para
potabilização
8
Tabela 2.2. Características do sulfato de alumínio de acordo com os requisitos
estabelecidos em norma da ABNT (EB-2005)
15
Tabela 2.3. Destino dos resíduos gerados nas ETAs dos distritos brasileiros,
segundo grandes regiões (IBGE, 2002)
27
Tabela 2.4. Resíduos prováveis gerados em processos de tratamento de água 29
Tabela 2.5. Produção teórica de sólidos 30
Tabela 2.6. Fórmulas empíricas para quantificar o lodo gerado em ETA 31
Tabela 3.1. Parâmetros determinados para caracterização e quantificação dos
resíduos dos decantadores e filtros da ETA de Buíque.
51
Tabela 3.2. Instruções de manuseio e preservação das amostras coletadas 54
Tabela 4.1. Qualidade da água bruta (Açude Mulungu) 77
Tabela 4.2. Resultados para os metais analisados na água bruta 79
Tabela 4.3. Qualidade hidrobiológica da água bruta (Açude Mulungu) 80
Tabela 4.4. Qualidade da água tratada (saída da ETA) 81
Tabela 4.5. Resultados para os metais analisados na água tratada 83
Tabela 4.6. Resultados dos sólidos para o lodo dos decantadores 85
Tabela 4.7. Percentual de sólidos totais nas amostras de lodo dos
decantadores
85
xvii
Tabela 4.8. Relação entre sólidos suspensos e sólidos totais voláteis 86
Tabela 4.9. Resultados de N, P, DBO, DQO e pH para o lodo dos
decantadores
87
Tabela 4.10. Resultados bacteriológicos para o lodo dos decantadores 88
Tabela 4.11. Resultados para os metais analisados no lodo gerado pelos
decantadores
89
Tabela 4.12. Produção de lodo em relação ao volume de água tratada
produzida
91
Tabela 4.13. Resultados dos sólidos para a água de lavagem dos filtros 92
Tabela 4.14. Percentual de sólidos totais nas amostras de água de lavagem
dos filtros
93
Tabela 4.15. Relação entre sólidos totais fixos e sólidos totais voláteis 94
Tabela 4.16. Resultados de N, P, DBO, DQO e pH para o lodo dos filtros 95
Tabela 4.17. Resultados bacteriológicos para a água de lavagem dos filtros 97
Tabela 4.18. Resultados para os metais analisados na água de lavagem dos
filtros
98
Tabela 4.19. Cálculo da produção de sólidos em relação ao volume de água
tratada produzida
99
Tabela 4.20. Dados operacionais para a água de lavagem dos filtros da ETA
Buíque
100
Tabela 4.21. Massa Total de lodo gerada na ETA de Buíque 104
Tabela 4.22. Massa total de lodo estimada através de fórmulas 105
xviii
Tabela 4.23. Características do sulfato de alumínio fornecido pelo fabricante de
acordo com os requisitos estabelecidos em norma da ABNT
109
SIGLAS E ABREVIAÇÕES
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas
Af - área unitária dos filtros da ETA de Buíque
AGO – Agosto
Al – Alumínio
ALF – Água de lavagem dos filtros
ASCE – American Society of Civil Engineers
AT – Água Tratada
AWWA – American Water Works Association
Cd – Cádmio
CETESB – Companhia de Tecnologia e Saneamento Ambiental
COMPESA – Companhia Pernambucana de Saneamento
CONAMA – Conselho Nacional do Meio ambiente
Cr – Cromo
CRL – Cloro Residual Livre
Cu – Cobre
D - dosagem de sulfato de alumínio
xix
D1 – Decantador 01
D2 – Decantador 02
DBO – Demanda Bioquímica de Oxigênio
DEC1 – Decantador 01
DEC2 – Decantador 02
DF – Dupla Filtração
DQO – Demanda Química de Oxigênio
ETA – Estação de Tratamento de Água
FAAS – Espectrofotometria de Absorção Atômica por Chama
FDA - Filtração Direta Ascendente
FDD - Filtração Direta Descendente
Fe – Ferro
FLOC1 – Floculador 01
FLOC2 - Floculador 02
g – gramas
GFAAS - Espectrofotometria de Absorção Atômica em Forno Grafite
GQL – Gerência da Qualidade
IBGE – Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística
ITEP – Instituto de Tecnologia de Pernambuco
K – Constante de Precipitação do Sulfato de Alumínio
kg - quilograma
xx
L – Litro
N - Nº Total de Lavagens dos Filtros
M/S – Ministério da Saúde
m3 – Metro cúbico
mg – Miligramas
mm – Milímetros
Mn – Manganês
NTK – Nitrogênio Total Kjeldahl
NTU – Unidade Nefelométrica de Turbidez
OMS – Organização Mundial de Saúde
OUT – Outubro
P – produção de sólidos (g.m-3)
p.a – Para Análise
Pb – Chumbo
pH – Potencial Hidrogeniônico
PNSB – Pesquisa Nacional de Saneamento Básico
PROSAB – Programa de Pesquisa em Saneamento Básico
PVC – Policloreto de Vinila
RPM – Rotações por Minuto
SET – Setembro
SFT – Sólidos Fixos Totais
xxi
SIP – Sistema de Informações Operacionais
SMEWW - Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater
SS – Sólidos Sedimentáveis
ST – Sólidos Totais
SVT – Sólidos Voláteis Totais
t - Toneladas
Tm - Tempo Médio de Duração da Lavagem
uC – Unidade de Cor
uT – unidade de Turbidez
V - Volume de água de lavagem dos filtros
Va - velocidade ascensional da água de lavagem
VAT – Volume de Água Tratada
VLT – Volume de Lodo Total
VMP – Valor Máximo Permitido
W – watts
WTS – Water Treatment Station
Zn – Zinco
1
CAPÍTULO I
INTRODUÇÃO GERAL
1.1. Introdução
Os benefícios sociais que são gerados pelo fornecimento de água tratada
a uma população são inúmeros e indiscutíveis, entretanto, como toda indústria de
transformação, os processos e operações utilizados para produzir água tratada a
partir de água bruta, podem gerar impactos ambientais de grande proporção.
O expressivo aumento na distribuição de água tratada decorrente da
crescente demanda de políticas governamentais para o setor de saneamento básico
vinculado ao crescimento econômico e melhoria de vida da população, são as
principais causas do aumento no numero de estações de tratamento de água (ETA),
de acordo com o último censo, dentre os municípios com mais de 300.000
habitantes, 85,7% possuem ETAs (IBGE, 2002).
Associado ao aumento do número de ETAs no país está a crescente
degradação dos recursos hídricos e a queda da qualidade da água bruta a ser
tratada que implicam diretamente em maior consumo de produtos químicos e,
consequentemente, maior produção de resíduos.
As estações de tratamento de água possuem o objetivo de tornar uma
água de manancial (superficial/subterrâneo) potável, ou seja, enquadrá-la dentro de
parâmetros de potabilidade exigidos por lei. A depender da natureza da água a ser
tratada, é necessário adotar diferentes tipos de sistemas de tratamento, assim
também são produzidos diferentes tipos de resíduos e volume variável.
Apesar de serem controladas por empresas públicas de saneamento,
estações de tratamento de água e esgoto são consideradas fontes pontuais de
poluição por gerarem resíduos sólidos como subprodutos do próprio processo de
tratamento o que caracteriza um paradoxo, as empresas de saneamento são
2
obrigadas por lei a protegerem seus mananciais e por outro lado os poluem através
do lançamento indiscriminado de seus resíduos.
Atualmente, um dos grandes problemas enfrentados pelas empresas de
saneamento é o gerenciamento de seus subprodutos gerados nas ETAs. O lodo de
decantador e a água de lavagem dos filtros são considerados os principais tipos de
resíduos.
A disposição dos resíduos gerados pelas estações de tratamento de
água, apesar de ser um problema freqüente e de grande relevância, somente vem
sendo dada maiores atenções nos últimos anos. Segundo Ferreira e Sobrinho
(1997), levando-se em consideração que sendo função do crescimento populacional,
este problema tende a se agravar cada vez mais.
A caracterização e a quantificação dos resíduos gerados constituem papel
fundamental no gerenciamento destes subprodutos do tratamento. A partir dos
dados levantados são encaminhados os procedimentos e técnicas compatíveis com
as características dos resíduos para disposição ou reaproveitamento.
A Companhia Pernambucana de Saneamento (COMPESA) foi criada em
29 de julho de 1971, através da Lei nº 6.307, e sua missão como executora da
política de saneamento e concessionária dos serviços de abastecimento de água e
esgotamento sanitário no âmbito do Estado de Pernambuco, é garantir o
fornecimento de água com qualidade de forma sustentável, conservando o meio
ambiente e contribuindo para a qualidade de vida da população. Além de promover a
conscientização sanitária e ambiental de seus usuários bem como zelar pela
preservação dos recursos hídricos do Estado.
Atualmente, de acordo com relatório interno da empresa, a Compesa
possui 199 ETAs incluindo convencionais e compactas. Este número tende a crescer
e considerando a aplicação do conceito de prevenção à poluição e o crescente
senso de preocupação e pressões na aplicação de leis ambientais, ainda assim são
bastante tímidas as iniciativas de projetos e discussões do quadro técnico que
viabilizem soluções práticas para a disposição e/ou reaproveitamento dos resíduos
gerados pelas unidades da empresa. A principal preocupação que é explícita na
rotina e tarefas desenvolvidas nas unidades de manutenção e operação,
principalmente da região semi-árida, é simplesmente o aumento da produtividade
3
atrelada às condições operacionais mínimas de execução do tratamento da água.
Portanto, falar em tratamento de resíduos constitui-se numa realidade bastante
distante. Por esse motivo, o objetivo deste projeto deteve-se na otimização do
processo buscando, em curto prazo, diminuir os efeitos do descaso de projetos que
não contemplem a gestão ambiental.
Mediante as considerações expostas, neste trabalho foram estudados os
aspectos gerais de um sistema de abastecimento de água. O primeiro momento do
estudo foi à caracterização da água bruta como matéria-prima importante e que
influencia todas as outras atividades no processo. A partir dos dados de qualidade
da água bruta, são determinadas as condições operacionais para se atingir o
objetivo final que é o produto: água tratada dentro dos padrões de qualidade
exigidos. No segundo momento trata-se da identificação e quantificação dos
subprodutos que constituem os resíduos gerados no processo. Estes resíduos,
sendo o foco principal deste trabalho e denominados lodo de ETA vêm tomando
proporções imensuráveis com o crescimento da demanda por água de qualidade.
Por se tratarem de despejos com alto potencial tóxico, precisam ser tratados e
dispostos adequadamente, evitando danos ao meio ambiente. Para isso, faz-se
necessária a realização de estudos que caracterizem e quantifiquem estes resíduos
no intuito de avaliar as alternativas técnica e economicamente viáveis de tratamento
e disposição no meio ambiente.
4
1.2. Objetivos
1.2.1. Geral
O objetivo principal este trabalho foi realizar um levantamento das
condições operacionais do sistema de tratamento de água do município de Buíque e
caracterizar o lodo gerado na ETA, a partir das análises físico-químicas, de metais
pesados e bacteriológica, no intuito de propor soluções que minimizem os impactos
sócio, ambiental e econômico desta atividade.
1.2.2. Específicos
• Realizar um levantamento das condições operacionais do sistema de
tratamento de água do município de Buíque;
• Caracterizar e quantificar os resíduos gerados nos processos de decantação
e lavagem de filtros, por meio de análises físico-químicas e bacteriológicas;
• Realizar uma comparação dos resultados obtidos com o da literatura
pesquisada;
• Identificar as oportunidades de minimização dos resíduos de forma técnica e
economicamente viável.
5
CAPITULO II
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1. Considerações Iniciais
A intensificação da melhoria da qualidade de vida nos meios rural e
urbano, dentre todas as atividades do homem, é uma preocupação que se reflete
principalmente nas condições de habitação e infra-estrutura. Nas áreas urbanas, os
sistemas de abastecimento de água e de coleta de esgotos sanitários são serviços
essenciais e proporcionam melhores condições de saúde, higiene e aumento da
perspectiva de vida de uma população.
Entende-se por saneamento básico o conjunto de ações com o objetivo
de alcançar níveis crescentes de salubridade ambiental, nas condições que
maximizem a promoção e a melhoria das condições de vida, compreendendo o
abastecimento de água, o esgotamento sanitário, o manejo de águas pluviais e o
manejo de resíduos sólidos.
Inúmeros investimentos do governo brasileiro em saneamento básico nos
últimos anos têm sido acompanhados e refletem nas pesquisas realizadas. A
democratização dos processos de produção e distribuição de água potável constitui-
se em um grande crescimento e manutenção dos indicadores de saúde do país.
O primeiro levantamento nacional sobre saneamento básico foi realizado
em 1974. Também foram investigadas as condições de saneamento no Brasil em
1977, 1989 e o PNSB – Pesquisa Nacional de Saneamento Básico em 2000, que foi
de caráter mais abrangente, envolvendo mais variáveis em relação à PNSB/1989.
Nova pesquisa do IBGE - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística, em convênio
com o Ministério das Cidades, já está em andamento no ano vigente.
O abastecimento de água é uma questão essencial para as populações e
fundamental a ser resolvida pelos riscos que sua ausência ou seu fornecimento
inadequado podem causar à saúde pública. A universalização deste serviço é a
6
grande meta para os países em desenvolvimento. Os números evidenciados pela
última pesquisa sobre saneamento básico no Brasil mostram que a cobertura de
abastecimento de água já atingiu um significativo percentual populacional (IBGE,
2002).
O crescimento populacional e o incremento de políticas públicas voltadas
para o sanemaneto básico têm demandado um número cada vez mais crescente de
água com boa qualidade, entretanto, um olhar sobre os efeitos oriundos deste
desenvolvimento deve ser direcionado para a agressão ao meio ambiente e aos
recursos naturais, sendo o equacionamento destes problemas um dos desafios
iminentes dos gestores industriais, sociedade, governos, órgãos ambientais e
profissionais envolvidos e comprometidos com o desenvolvimento sustentável.
2.2. Tratamento da água para abastecimento público
Quando se fala em tratamento de água para abastecimento, fala-se em
uma esfera maior denominado sistema de tratamento de água para consumo
humano que é composto por conjunto de obras civis, materiais e equipamentos,
destinada à produção e à distribuição canalizada de água potável para a população,
sob a responsabilidade do poder público, mesmo que administrada em regime de
concessão ou permissão (Brasil, 2004).
O objetivo das operações e processos de tratamento de água para
abastecimento público é o de torná-la adequada ao consumo humano, obedecendo
aos critérios definidos pelos padrões de qualidade, de forma a atender às condições
mínimas de higiene e estética, além de estar isenta de concentrações de
microrganismos patogênicos e substâncias orgânica e inorgânica prejudicial à saúde
do indivíduo.
A falta de água potável, saneamento e higiene continua a ser uma das
mais urgentes questões da saúde no mundo. Segundo a OMS - Organização
Mundial de Saúde, 10% dos problemas gerados por doenças em todo mundo
poderiam ser evitados com um melhor gerenciamento da água - com melhorias no
sistema de fornecimento de água potável, mais saneamento e higiene.
7
A implantação ou melhoria de sistemas de abastecimento de água podem
economizar grande quantidade em recursos investidos com a saúde pública. Isso
porque pessoas com acesso a água limpa e saneamento adoecem com menos
freqüência. No Brasil ainda é expressivo o número de pessoas, na maioria crianças,
que morrem por doenças decorrentes da má qualidade de água e pela falta de
saneamento básico e higiene.
O grau de desenvolvimento de um povo é avaliado pela qualidade da
água e dos serviços de saneamento que lhe são oferecidos (Dias, 2000).
2.2.1. Classificação dos corpos d’água
A água, esse mineral existente na Terra há mais de três bilhões de anos,
contextualizando o surgimento da vida, continua sendo um fator limitante decisivo
para a biota. Há uma dependência direta de sua qualidade com a manutenção da
saúde humana e do equilíbrio ambiental.
O CONAMA - Conselho Nacional do Meio Ambiente em sua Resolução nº
357/05 no uso de suas competências, resumidamente afirma:
considerando a necessidade de se classificar as águas, para melhor
distribuir o seu uso e melhor especificar as condições e padrões de
qualidade requeridos, considerando também que o controle da poluição está
diretamente relacionado com a proteção da saúde, garantia do meio
ambiente ecologicamente equilibrado e a melhoria da qualidade de vida,
levando em conta os usos prioritários e classes de qualidade ambiental
exigidos para um determinado corpo de água, a Resolução CONAMA nº
357/05 dispõe sobre a classificação e diretrizes ambientais para o
enquadramento dos corpos de água superficiais, bem como estabelece as
condições e padrões de lançamento de efluentes.
A norma NBR 12.216 da ABNT – Associação Brasileira de Normas
Técnicas – também apresenta uma classificação para as águas naturais e faz
recomendações para o tratamento mínimo necessário para cada tipo de água no
intuito de garantir sua segurança. A Tabela 2.1 demonstra resumidamente as
classificações e os tratamentos recomendados de acordo com a Resolução
8
CONAMA nº 357/05 para água doce e a norma NBR 12.216 (ABNT, 1992) para
águas naturais.
Tabela 2.1. Classificação das águas doces e tratamento mínimo para
potabilização
Classificação das águas Tratamento mínimo
CONAMA
Classe especial Desinfecção
Classe 1 Simplificado
Classe 2 Convencional
Classe 3 Convencional ou avançado
ABNT
Tipo A Desinfecção e correção de pH
Tipo B Tecnologia que não exija coagulação química
Tipo C Tecnologia com coagulação química
Tipo D Tecnologia Tipo C e tratamento
complementar, a depender do caso
Fonte: Adaptação de CONAMA (2005) e ABNT (1992)
A Resolução CONAMA nº 357/05 apresenta as seguintes definições:
• tratamento avançado: técnicas de remoção e/ou inativação de constituintes
refratários aos processos convencionais de tratamento, os quais podem
conferir à água características, tais como: sabor, odor, cor, atividade tóxica e
patogênica;
• tratamento convencional: clarificação com utilização de coagulação e
floculação, seguida de desinfecção e correção de pH;
• tratamento simplificado: clarificação por meio de filtração e desinfecção e
correção de pH, quando necessário.
A norma NBR 12.216 (ABNT, 1992) apresenta as seguintes definições sobre os
tipos de água:
9
• Tipo A: águas superficiais ou subterrâneas provenientes de bacias
sanitariamente protegidas;
• Tipo B: águas superficiais ou subterrâneas provenientes de bacias não
protegidas;
• Tipo C: águas superficiais provenientes de bacias não protegidas;
• Tipo D: águas superficiais de bacias não protegidas e sujeitas à poluição.
A Portaria nº 518 do Ministério da Saúde, publicada no Diário Oficial da
União em 26 de março de 2004, é a encarregada de definir os parâmetros de
potabilidade para abastecimento público de água no Brasil. Em seu capítulo II, art.
4º, define água potável como sendo: “água para consumo humano cujos parâmetros
microbiológicos, físicos, químicos e radioativos atendam ao padrão de potabilidade e
que não ofereçam riscos à saúde”.
2.2.2. Características físicas, químicas, microbiológicas e biológicas da água
A escolha da tecnologia de tratamento a ser utilizada depende das
características biológicas, físicas, químicas (orgânicas, inorgânicas e radiológicas)
de cada água, podendo exigir tratamentos simples ou mais específicos, no intuito de
alcançar os padrões de potabilidade exigidos pela legislação brasileira.
Segundo Vieira (2004), até meados do século XX, a qualidade da água
para consumo humano era avaliada essencialmente através de suas características
organolépticas, tendo como base o senso comum de se exigir que se apresentasse
límpida, agradável ao paladar e sem odor. No entanto, esta forma de avaliação
revelou-se passível de falha na proteção da saúde pública contra microrganismos
patogênicos e perigosas substâncias químicas e radiológicas.
De acordo com Di Bernado (2005), as características físicas são fáceis de
determinar. Os principais parâmetros utilizados para caracterizar fisicamente as
águas naturais são: a cor, a turbidez, os níveis de sólidos em suas diversas frações,
a temperatura, o sabor e o odor. Embora sejam parâmetros físicos, fornecem
10
indicações preliminares importantes para a caracterização da qualidade química da
água como, por exemplo, os níveis de sólidos em suspensão (associados à turbidez)
e as concentrações de sólidos dissolvidos (associados à cor), os sólidos orgânicos
(voláteis) e os sólidos minerais (fixos), os compostos que produzem odor etc. As
suas aplicações nos estudos e fenômenos que ocorrem nos ecossistemas aquáticos
e de caracterização e controle de qualidade de águas para abastecimento público e
residuárias, tornam as características físicas indispensáveis à maioria dos trabalhos
envolvendo qualidade de águas.
As características químicas são conferidas através da presença em maior
ou menor intensidade tanto de matéria orgânica como de inorgânica. Do ponto de
vista sanitário, as características químicas das águas são de grande relevância, pois
a presença de alguns elementos ou compostos químicos na água bruta pode
inviabilizar o uso de certas tecnologias de tratamento e exigir tratamentos
específicos.
A importância química da água está no fato do seu poder de dissolver em
maior ou menor intensidade quase todas as substâncias. Após a precipitação,
especialmente na forma de chuva, a água escoa superficialmente ou se infiltra. Por
isso todas as águas naturais contêm gases e sais minerais em solução adquiridos
através do contato da água com o ar e, principalmente, com o solo. As
características mais importantes para se qualificar quimicamente uma água são: pH,
acidez, alcalinidade, cloretos, dureza, metais, compostos orgânicos e gases
dissolvidos.
As características biológicas da água são determinadas por meio de
análises bacteriológicas e hidrobiológicas. O exame hidrobiológico visa identificar e
quantificar as espécies de organismos presentes na água tais como: algas,
protozoários, vermes, larvas de insetos e crustáceos. Os resultados destes exames
auxiliam na interpretação de outras análises, principalmente no que se refere à
poluição das águas, possibilitando adoções de medidas de controle do ponto de
vista do tratamento de água.
As análises bacteriológicas visam identificar e quantificar os organismos
patogênicos, como bactérias, protozoários e vírus na água de consumo. Os
coliformes têm sido utilizados como indicadores de poluição recente de fezes.
Quanto maior o número de coliformes, maior a probabilidade de organismos
11
patogênicos. Existe uma relação entre a turbidez e a desinfecção: quanto menor a
turbidez, menor o número de coliformes, o que contribui para uma melhor eficiência
da desinfecção.
As características da água a ser tratada têm influência marcante no
processo de desinfecção. Quando o agente desinfetante é um oxidante, a
presença de material orgânico e outros compostos oxidáveis irão consumir
parte da quantidade de desinfetante necessária para destruir os organismos
(Degrémont, 1979).
Em termos de características radioativas da água, ela se apresenta em
três formas: radiação alfa, radiação beta e radiação gama. A primeira é a que mais
causa danos ao ser humano. Os principais efeitos relacionados a este tipo de
contaminação são os efeitos carcinogênicos, mutagênicos, teratogênicos e
somáticos. As fontes de poluição radioativa podem ser hospitais, laboratórios de
pesquisas e indústrias.
2.3. Tecnologias de tratamento de água
As ETAs foram criadas para remover os riscos presentes nas águas das
fontes de abastecimento, por meio de uma combinação de processos e de
operações de tratamento. A seleção da técnica deve satisfazer três conceitos
fundamentais: múltiplas barreiras, tratamento integrado e tratamento por objetivos.
No sistema de abastecimento de água o conceito de múltiplas barreiras
sugere a necessidade de haver mais de uma etapa de tratamento para alcançar
condições de baixo risco; juntas devem remover os contaminantes,
progressivamente, para produzir água de qualidade satisfatória, promovendo a
máxima proteção contra agentes de veiculação hídrica, (Solano et al., 2000). O
conceito de tratamento integrado sugere que as barreiras devem ser combinadas
para produzirem um melhor efeito. O tratamento por objetivos considera que cada
fase possui uma meta específica de remoção, relacionada a alguma característica
da água.
Existem diversos processos de tratamento de água como, por exemplo,
tratamentos sem coagulação química (filtração lenta), com coagulação química
12
(filtração direta ou tratamento completo), abrandamento (por troca iônica ou
dosagem de cal) e separação por membrana (microfiltração, ultrafiltração,
nanofiltração e osmose reversa). No Brasil, a maioria das ETAs que fazem o
tratamento de águas de mananciais superficiais utilizam o tratamento convencional
com ciclo completo, utilizam aplicação de cloro para oxidar matéria orgânica e
alguns metais como ferro e manganês facilitando sua remoção e adição de cal ou
soda na correção do pH para as etapas seguintes do tratamento.
As tecnologias de tratamento de água para abastecimento, são
classificadas de acordo com a Pesquisa Nacional de Saneamento Básico realizada
pelo IBGE (2002), em convencionais e não-convencionais. As tecnologias
convencionais incluem as etapas de coagulação, floculação, decantação e filtração.
As não-convencionais empregam a filtração direta ascendente e descendente, a
dupla filtração e a filtração lenta para fins de potabilização. Essa classificação não
considera a simples desinfecção como tratamento para águas superficiais, esta
técnica é aplicável apenas em águas provenientes de bacias sanitariamente
protegidas e seguras.
A escolha da tecnologia de tratamento também depende de outros fatores
como disponibilidade hídrica da região, capacidade da ETA, recursos financeiros
disponíveis, pessoal qualificado e/ou capacitado para construir, operar e manter o
sistema de tratamento. Outro aspecto importante consiste em atrelar a qualidade da
água tratada com a preocupação de se gerar a menor quantidade possível de
resíduos.
Azevedo Neto e Richter (1998), afirmam que o tratamento convencional
de ciclo completo é aplicável a águas brutas que apresentam elevadas
concentrações de cor e turbidez, com presença de material coloidal.
13
2.3.1. Tratamento convencional
Segundo Di Bernardo (2005), o tratamento completo ou convencional,
comum às ETAs no Brasil, consiste nas operações e processos unitários
apresentados a seguir. A depender da qualidade da água bruta, em muitos casos, se
faz necessários também o uso de pré-tratamentos.
2.3.1.1 Coagulação
A coagulação é um processo de desestabilização das partículas
presentes na água bruta, visando tornar o sistema instável, com as partículas menos
resistentes à agregação.
Para gerar a desestabilização das partículas, são adicionados os produtos
chamados coagulantes, principalmente sais de alumínio (Al+3) ou ferro (Fe+3), como
sulfato de alumínio (Al2(SO4)3.14H2O), cloreto férrico (FeCl3.6H2O), sulfato férrico
(Fe2(SO4)3), sulfato ferroso (FeSO4.6H2O) e policloreto de alumínio. Como auxiliares
de coagulação, podem ser citados os polímeros (polieletrólitos) catiônicos, aniônicos
ou não-iônicos.
É necessário que se faça a mistura desses coagulantes com a água
bruta, promovendo a dispersão rápida e uniforme do coagulante, o que é chamado
de mistura rápida, de acordo com Cheremisinoff (1995). Esta mistura rápida pode
ser obtida por meio mecânico ou hidráulico, como em ressaltos hidráulicos ou
dispositivos como placas de orifício. Outros exemplos de unidades de mistura rápida
hidráulicas são os vertedores, calha parshall, injetores e difusores. Unidades
mecânicas (câmara de mistura ou Backmix) e especiais (misturadores estáticos e in-
line Blenders).
A maior parte dos coagulantes adicionados à água são sais, sulfatos ou
cloretos que contém os íons Al +3 ou Fe +3. Entretanto, outros coagulantes têm sido
estudados, como por exemplo, polímeros, coagulantes a base de produtos agrícolas
e coagulantes naturais. Com relação ao polímero, o seu alto custo limita o seu uso
14
como coagulante primário e o seu potencial de geração de produtos tóxicos na água,
segundo Mandloi et al. (2004)
Os coagulantes naturais os quais foram referidos são a semente de
moringa, o milho, substâncias da casca de caranguejo e taninos vegetais. Estes
coagulantes já são utilizados em algumas situações e são considerados como
alternativas viáveis quando usados como coagulantes auxiliares, principalmente com
a intenção de se reduzir a quantidade de lodo formado. Contudo, ainda estão em
fase experimental, mas na expectativa de futuramente substituírem os sais
metálicos.
Quando o coagulante é adicionado à água, ocorrem reações de hidrólise,
resultando na formação de diferentes produtos, que podem ser espécies
mononucleares, polinucleares e um precipitado de hidróxido metálico, (AWWA,
1991).
Os principais coagulantes e auxiliares de coagulação/floculação utilizados
nas ETAs no Brasil são:
� Sulfato de alumínio - Al2 (SO4)3 . 14H2O
� Cloreto férrico – Fe(Cl)3 . 6 H2O
� Sulfato ferroso clorado - Fe(Cl)3 . Fe(SO4)3
� Sulfato férrico – Fe(SO4)3 . 9 H2O
� Hidroxi-cloreto de alumínio – Aln(OH)m .Cl3n-m
� Polímeros sintéticos (catiônico, não-iônico e aniônico)
� Polímeros naturais – araruta, amido de mandioca, batata e
moringa.
A etapa de coagulação química exerce grande influência no tratamento da
água. Se a etapa de coagulação não for bem sucedida, as demais etapas do
processo estarão comprometidas. As estações de ciclo completo terão a floculação,
a decantação e a filtração comprometidas, resultando em baixa eficiência de todas
estas operações e consequentemente, produzirá uma água tratada de má qualidade.
15
Existe uma série de normas nacionais e internacionais que estabelecem
critérios para os coagulantes comerciais de sais metálicos. A ABNT - Associação
Brasileira de Normas Técnicas possui a norma EB-2005 (ABNT, 1989), que fixa as
especificações exigidas para fornecimento e recebimento do produto sulfato de
alumínio, para tratamento de água destinada ao abastecimento público, entre outros
fins. A Norma estabelece condições relativas às características de apresentação,
embalagem, armazenamento, inspeção, aceitação e rejeição, e condições
específicas como composição química e granulometria. A Tabela 2.2 apresenta as
especificações técnicas referente à composição química que devem ser atendidas
pelo fabricante. Quanto à presença de contaminantes, somente há menção em
relação ao ferro e não para outros metais.
Tabela 2.2. Características do sulfato de alumínio de acordo com os requisitos
estabelecidos em norma da ABNT EB-2005 (ABNT, 1989)
Características Sulfato de alumínio
Sólido (%) Líquido (%)
Alumínio total solúvel em água (Al2O3) - min. 14,0 7,5
Ferro total solúvel em água como Fe2O3 – máx. 2,5 1,2
Resíduo insolúvel - máx 6,0 0,2
Basicidade - % em massa como Al2O3 - máx 0,4 0,2
2.3.1.2. Floculação
A floculação ocorre em seguida à coagulação e consiste numa agitação
relativamente lenta da água para que ocorram choques entre as impurezas, que se
aglomeram formando partículas maiores, denominadas flocos, que podem ser
removidos em etapas seguintes como a sedimentação, flotação, ou filtração rápida.
O processo pode ser realizado com misturadores hidráulicos, os quais
utilizam a energia dissipada na perda de carga para gerar a mistura, podem ser do
tipo chicanas, meio granular, alabama e helicoidal; mecanizados, os quais retiram
16
sua energia para a mistura da massa líquida de uma fonte externa, normalmente um
motor elétrico.
A norma NBR 12.216 define floculadores como unidades do sistema de
tratamento utilizadas para promover a agregação de partículas formadas na mistura
rápida. Richter e Azevedo Neto (1998) afirmam que a seleção do sistema de
floculação é influenciada por uma série de fatores, dentre eles: a) tamanho da
instalação; b) regularidade na vazão; c) período de operação; d) segurança
operacional; e) custos; f) disponibilidade de energia; g) condições de manutenção.
2.3.1.3. Sedimentação e Flotação
a) Sedimentação
A sedimentação que ocorre nos decantadores, é um fenômeno físico em
que as partículas suspensas formadas durante a floculação (flocos) apresentam
movimento descendente em meio líquido de menor massa específica devido à ação
da gravidade, indo depositar-se no fundo, formando o chamado lodo. Já a flotação,
caracteriza-se pela ascensão das partículas suspensas pela aderência de bolhas de
ar introduzidas no líquido, ou seja, a operação de separação das fases sólida e
líquida. No Brasil, a maioria das ETAs utilizam sedimentação para a clarificação da
água.
Sedimentar significa separar, por gravidade, impurezas sólidas que
contenham em um líquido. A sedimentação, com a coagulação na etapa que o
antecede, corresponde ao processo de clarificação da água usado na maioria das
estações de tratamento, com o objetivo de diminuir a carga de sólidos aplicada aos
filtros.
O processo de sedimentação das partículas floculentas é chamado de
decantação e, as unidades onde ocorre este processo são chamadas de
decantadores ou tanques de decantação, (Azevedo Neto e Richter, 1998).
De acordo com a norma NBR 12.216 (ABNT, 1992), os decantadores
podem ser convencionais de baixa taxa ou convencionais de alta taxa. Os
17
decantadores de alta taxa possuem elementos tubulares que aumentam sua taxa de
aplicação.
O número de decantadores da ETA depende de fatores operacionais e
econômicos, observando-se o seguinte:
a) estações com capacidade inferior a 1000 m3.dia-1, em operação contínua, ou
estações com capacidade de até 10.000 m3.dia-1, com período de funcionamento
inferior a 18 h.dia-1, podem dispor de apenas uma unidade de decantação, desde
que não-mecanizada;
b) estações com capacidade superior a 10000 m3.dia-1, ou com período de
funcionamento superior a 18 h.dia-1 ou ainda em que os decantadores são
mecanizados, devem contar pelo menos com duas unidades iguais.
b) Flotação
A flotação clarifica a água pela ascensão das partículas suspensas
aderidas as micro-bolhas de ar. Os métodos de produção de micro-bolhas utilizados
são: flotação eletrostática, flotação por ar disperso e flotação por ar dissolvido
(AWWA, 2002).
A flotação por ar dissolvido tem sido a forma mais utilizada em sistemas
de tratamento de água para fins de abastecimento. As impurezas contidas na água
bruta, previamente coagulada e floculada mediante o uso de sais de alumínio ou
ferro, são removidas pela introdução de bolhas ar no meio em tratamento. Essas
bolhas aderem às superfícies das partículas que se desejam remover, aumentando
seu empuxo e provocando sua ascensão.
2.3.1.4. Filtração
A filtração é a operação que se segue à decantação e consiste na
remoção das partículas suspensas e coloidais e dos microrganismos presentes na
água que escoa através de um meio filtrante. O meio filtrante pode conter uma
camada simples de areia ou camada dupla de areia e carvão antracito sobre uma
18
camada suporte de pedregulho. A filtração pode ser lenta ou rápida. Em geral é a
operação final de remoção de impurezas realizada numa ETA.
Quando a velocidade com que a água atravessa o leito filtrante é baixa, o
filtro é denominado filtro lento. Quando esta velocidade é alta, é denominado filtro
rápido. Os filtros lentos são recomendados para águas de baixa turbidez, onde o
processo de filtração é predominantemente biológico. Para filtros rápidos
predominam os fenômenos físicos e químicos. Portanto, o tratamento químico prévio
da água a ser filtrada é fundamental nos filtros rápidos.
A filtração lenta apresenta algumas vantagens sobre outras tecnologias,
como a não utilização de produtos químicos, a não exigências de equipamentos
sofisticados, nem operadores altamente qualificados, além da simplicidade em sua
construção e operação. Porém, é utilizada apenas para águas com turbidez baixa,
menores que 40 UT.
Na filtração rápida descendente, com a ação da profundidade, as
impurezas são retidas ao longo do meio filtrante, e, na ação superficial, a retenção é
significativa apenas no topo do meio filtrante.
Em uma estação de tratamento convencional o processo de filtração
remove, além das partículas em suspensão que não foram retidas na decantação,
microrganismos presentes na água. É na etapa de filtração que se garante que os
organismos patogênicos resistentes a ação do cloro na desinfecção, como é o caso
dos cistos de Giardia e os oocistos de Cryptosporidium, sejam removidos. A Portaria
nº 518/04 do Ministério da Saúde estabelece como padrão de turbidez para a água
pós-filtrada um valor máximo de 1,0 uT, quando forem empregados filtros rápidos.
Continuando ainda com as recomendações da Portaria nº 518/04 MS, enfatiza-se
que:
Com vistas a assegurar a adequada eficiência de remoção de enterovírus,
cistos de Giardia spp e oocistos de Cryptosporidium sp., recomenda-se,
enfaticamente, que, para a filtração rápida, se estabeleça como meta a
obtenção de efluente filtrado com valores de turbidez inferiores a 0,5 uT em
95% dos dados mensais e nunca superiores a 5,0 uT.
19
2.3.1.5. Desinfecção e oxidação
É o processo em que se usa um agente químico ou não químico que tem
por objetivo a eliminação de microrganismos patogênicos presentes na água,
incluindo bactérias, protozoários e vírus, além das algas, através da ocorrência de
um ou mais dos seguintes mecanismos: a) destruição da estrutura celular; b)
interferência na biossíntese e no crescimento celular, evitando a síntese de
proteínas, ácidos nucléicos e co-enzimas. Dentre os agentes químicos utilizados na
desinfecção, têm-se os oxidantes cloro, bromo, iodo, ozônio, permanganato de
potássio e peróxido de hidrogênio.
Os processos de desinfecção têm como objetivo a destruição ou
inativação de organismos patogênicos, capazes de produzir doenças, ou de outros
organismos indesejáveis. Esses organismos podem sobreviver na água por várias
semanas, em temperaturas próximas a 21ºC e, em alguns casos, por vários meses,
em baixas temperaturas (Cubillos, 1981).
A sobrevivência desses organismos na água depende, não só da
temperatura, mas também de outros fatores ecológicos, fisiológicos e morfológicos,
tais como: pH, turbidez, oxigênio, nutrientes, competição com outros organismos,
resistência a substâncias tóxicas, habilidade na formação de esporos (Rossin,
1987).
A desinfecção não implica, necessariamente, a destruição completa de
todas as formas vivas (esterilização), embora muitas vezes o processo de
desinfecção seja levado até o ponto de esterilização. Deve-se notar a diferença
entre desinfecção e esterilização. Esterilizar significa a destruição de todos os
organismos, patogênicos ou não, enquanto que a desinfecção é a destruição de
parte ou todo grupo de organismos patogênicos.
Segundo Laubush (1971), os fatores que influem na desinfecção e,
portanto, no tipo de tratamento a ser empregado, podem ser resumidos em:
� espécie e concentração do organismo a ser destruído;
� espécie e concentração do desinfetante;
� tempo de contato;
20
� características químicas e físicas da água;
� grau de dispersão do desinfetante na água.
A resistência de algumas espécies de microrganismos a desinfetantes
específicos varia consideravelmente. Bactérias não-esporuladas são menos
resistentes que as formadoras de esporos; formas encistadas e vírus podem ser
bastante resistentes (Rossin, 1987).
A concentração de microrganismos é um outro fator importante, já que
uma densidade elevada significa uma maior demanda de desinfetante. A
aglomeração de organismos pode criar uma barreira para a penetração do
desinfetante. A morte de organismos pela ação de um desinfetante, fixando-se os
outros fatores, é proporcional à concentração do desinfetante e ao tempo de reação.
Deste modo, pode-se utilizar altas concentrações e pouco tempo, ou baixas
concentrações e um tempo elevado.
Alguns desinfetantes, quando em contato com a água, sofrem hidrólise e
se dissociam, formando compostos com ação germicida diferente daquela da
substância inicial. A temperatura do sistema influencia o caráter químico da água, já
que alguns compostos podem se apresentar sob formas diferentes, conforme a
temperatura do meio. Em geral, temperaturas elevadas favorecem a ação
desinfetante.
Os desinfetantes químicos necessitam ser uniformemente disperso na
água, para garantir uma concentração uniforme; portanto, a agitação favorece a
desinfecção. A ação dos desinfetantes na destruição ou inativação dos
microrganismos não é instantânea. Em geral, o processo se desenvolve de maneira
gradativa, ocorrendo etapas físicas, químicas e bioquímicas.
As características necessárias para um bom desinfetante podem ser
resumidas em (Fair et al. apud Rossin, 1987):
� capacidade de destruir, em um tempo razoável, os organismos
patogênicos a serem eliminados, na quantidade em que se apresentam
e nas condições encontradas na água;
21
� o desinfetante não deve ser tóxico para o homem e para os animais
domésticos e, nas dosagens usuais, não deve causar à água cheiro e
gosto que prejudiquem o seu consumo;
� seu custo de utilização deve ser razoável, além de apresentar
facilidade e segurança no transporte, armazenamento, manuseio e
aplicação;
� a concentração na água tratada deve ser fácil e rapidamente
determinável;
� deve produzir concentração residuais resistentes na água, de maneira
a constituir uma barreira sanitária contra eventual recontaminação
antes do uso.
No Brasil, os padrões de potabilidade e os procedimentos relativos ao
controle e vigilância da qualidade da água para consumo humano foram revisados e
estabelecidos na Portaria do Ministério da Saúde nº 518/2004 (Brasil, 2004).
Nesse contexto, pesquisas sobre processos de desinfecção alternativos
ao cloro são promissoras, bem como sobre o emprego de microrganismos
indicadores alternativos ou complementares a E. coli, no que se refere às dosagens
de desinfetante aplicadas, tempos de contato, possibilidade de formação de
subprodutos potencialmente perigosos à saúde humana e efetividade de
desinfecção em diferentes grupos de microrganismos.
O uso de cloro na desinfecção da água foi iniciado com a aplicação do
hipoclorito de sódio (NaOCl), obtido pela decomposição eletrolítica do sal.
Inicialmente, o cloro era empregado na desinfecção de águas somente em casos de
epidemias. A partir de 1902, a cloração foi adotada de maneira contínua na Bélgica.
Em 1909, passou a ser utilizado o cloro guardado em cilindros revestidos com
chumbo.
De acordo com Rossin (1987), os processos de cloração evoluíram com o
tempo, podendo esta evolução ser caracterizada em diferentes décadas:
� 1908 a 1918 – início da cloração das águas; aplicação de uma pequena
quantidade de cloro;
� 1918 a 1928 – acentuada expansão no uso de cloro líquido;
22
� 1928 a 1938 – uso de cloraminas, adição conjunta de amônia e cloro, de
modo a se obter um teor residual de cloraminas. Ainda não eram empregados
testes específicos para se determinar os residuais de cloro;
� 1948 a 1958 – refinamento da cloração; determinação das formas de cloro
combinado e livre; e cloração baseada em controles bacteriológicos.
Entre os agentes de desinfecção (desinfetantes) o mais largamente
empregado na purificação da água é o cloro pelos seguintes motivos: é facilmente
disponível como gás, líquido ou sólido; é barato; é fácil aplicar devido à sua alta
solubilidade; deixa um residual em solução, de concentração facilmente
determinável que protege o sistema de distribuição; é capaz de destruir a maioria
dos microrganismos patogênicos.
Quando o cloro é adicionado a uma água quimicamente pura ocorre a
seguinte reação (Degrémont, 1979):
Cl2 + H2O HOCl + H+ + Cl- (1)
Na temperatura ambiente, o tempo de reação é de décimos de segundo
(Van Bremem, 1984). Em solução diluída e pH acima de 4, o equilíbrio da reação é
deslocado para a direita, ficando pouco Cl2 em solução. Em valores de pH mais
baixos, a reação predominante é no sentido de formação do cloro.
O ácido hipocloroso (HOCl), formado pela adição de cloro à água, se
dissocia rapidamente segundo a equação (Degrémont, 1979):
HOCl H+ + OCl- (2)
A ação desinfetante e oxidante do cloro é controlada pelo ácido
hipocloroso, um ácido fraco. Em solução aquosa e valores de pH inferiores a 6, a
dissociação do ácido hipocloroso é fraca, sendo predominante a forma não
dissociada HOCl. O ácido hipocloroso é o agente mais ativo na desinfecção, e o íon
hipoclorito é praticamente inativo (Azevedo Neto, 1991).
Em soluções de pH menor que 2, a forma predominante é o Cl2; para
valores de pH próximo a 5, a predominância é do HOCl, tendo o Cl2 desaparecido. A
forma ClO predomina em pH 10 (Bazzoli, 1993; Degrémont, 1979).
23
As águas de abastecimento, em geral, apresentam valores de pH entre 5
e 10, quando as formas presentes são o ácido hipocloroso (HOCl) e o íon hipoclorito
(OCl-).
O cloro existente na água sob as formas de ácido hipocloroso e de íon
hipoclorito é definido como cloro residual livre (Opas, 1987; Rossin, 1987). O cloro
também pode ser aplicado sob as formas de hipoclorito de cálcio e hipoclorito de
sódio, os quais, em contato com a água, se ionizam conforme as reações:
Ca(OCl)2 + H2O Ca+2 + 2OCl- + H2O (3)
NaOCl + H2O Na+ + OCl- + H2O (4)
2.3.2. Filtração direta ascendente – FDA
A Filtração Direta Ascendente tem sido utilizada com sucesso no
tratamento de água para abastecimento público em diversos países, inclusive no
Brasil. Segundo PROSAB (2003), no Brasil, estima-se mais de 350 estações de
filtração direta ascendente em funcionamento com vazões de 5 a 2000 L.s-1, nos
Estados de: Alagoas, Ceará, Maranhão, Minas Gerais, Paraíba, Paraná,
Pernambuco, Rio Grande do Sul, Roraima, Santa Catarina, Sergipe e Tocantins.
Na filtração direta ascendente, a água bruta é coagulada no mecanismo
de neutralização de cargas, sendo introduzida na parte inferior da unidade que
possui sistema de drenagem, camada de pedregulho e meio filtrante. A camada de
pedregulho é responsável pela remoção de, aproximadamente, 40% das impurezas;
no entanto, a dificuldade na retirada dos sólidos do interior da camada de
pedregulho torna necessário o uso de descargas de fundo antes da lavagem (Di
Bernado et al. 2002).
O emprego desta tecnologia representou grande avanço, pois a
coagulação e clarificação foram combinadas em um único processo pela adição de
um coagulante químico à água bruta antes de sua passagem pelo filtro de areia, no
sentido ascendente.
24
Deve-se ressaltar os cuidados quanto ao emprego da tecnologia de
filtração direta ascendente quando a água bruta possui elevada concentração de
algas. Di Bernado (2003), diz que a presença de algas, dependendo das espécies e
do número de indivíduos, pode causar sérios transtornos como obstrução do leito
filtrante e comprometimento da qualidade da água produzida devido à liberação de
cianotoxinas. Estes problemas podem ser solucionados empregando-se um pré-
tratamento específico que minimize estes efeitos.
2.3.3. Filtração direta descendente - FDD
Esta tecnologia é recomendada para o tratamento de águas naturais com
baixos valores de cor, turbidez e concentração de algas, o que limita sua utilização.
A tecnologia FDD apresenta coagulação no mecanismo de neutralização de cargas.
De acordo com Di Bernado et al. (2002) – em função do tamanho e da distribuição
das partículas presentes na água bruta, das características do meio filtrante e da
taxa de filtração – a floculação pode ou não ser necessária antes da filtração.
Uma característica importante aos filtros neste tipo de tecnologia é o meio
filtrante, geralmente constituído de antracito e areia, ou somente areia praticamente
uniforme, para garantir que haja penetração de impurezas ao longo do material
granular.
Di Bernado (2005) destaca como principais vantagens da FDD em
relação ao tratamento convencional os seguintes fatores: custos de construção de
30% a 70% menor, além da redução dos custos de operação com produto químico e
energia elétrica; menor produção de lodo, facilidade no tratamento de água bruta
com baixa turbidez.
25
2.3.4. Dupla filtração – DF
Essa tecnologia associa a filtração direta ascendente com a filtração
descendente. As unidades utilizam meio filtrante de pedregulho ou areia grossa no
ascendente e de areia ou antracito e areia no descendente. A coagulação é
realizada no mecanismo de neutralização de cargas e, geralmente a filtração
ascendente é operada com descargas intermediárias.
Segundo Di Bernado (2005), em decorrência das limitações da qualidade
da água bruta no tratamento por meio da filtração direta ascendente (FDA) ou da
filtração direta descedente (FDD), a dupla filtração surge como uma alternativa
atrativa, eliminando a necessidade do tratamento em ciclo completo, quando a água
a ser tratada apresenta uma das seguintes condições: a) valores relativamente altos
(maiores que os recomendados para a FDA ou FDD) de concentração de algas, de
cor, de turbidez ou de coliformes; b) suspeita da presença de vírus, protozoários e
outros microrganismos patogênicos; c) variações bruscas dos parâmetros de
qualidade; d) necessidade de dosagens elevadas de alcalinizante (ou acidificante) e
de coagulante.
2.4. Resíduos gerados no tratamento
As ETAs agem como indústrias, transformando água inadequada para o
consumo humano (matéria-prima) em água potável (produto final). É de extrema
importância o papel das ETAs nos sistemas de abastecimento de água,
principalmente quando são utilizados mananciais superficiais. Entretanto, durante
muito tempo, foram desconsiderados eventuais impactos negativos sobre o
ambiente causadas pela sua operação.
Segundo Gandini et al. (2000), as variáveis que determinam o impacto
ambiental nas ETAs são: área construída, volume de construção, requerimentos
energéticos, produtos químicos e resíduos gerados no tratamento. A última variável
representa sérios problemas para as empresas de saneamento no Brasil, uma vez
26
que no país existe legislação que regulamenta a disposição destes resíduos no
ambiente, conforme legislação federal: Resolução CONAMA nº 357 de 2005, Lei nº
9433 de 1977 e Lei nº 9.605 de 1998) e demais leis.
Como toda indústria, as ETAs geram resíduos, que são originados nos
decantadores, nos floculadores (eventual), nos filtros, nos tanques de preparação e
aplicação de produtos químicos (eventual). Estes resíduos são descartados de
acordo com a concepção do projeto de cada estação. Por exemplo, ETAs com
decantadores de alta taxa de aplicação realizam descarte de resíduos em curtos
intervalos de tempo (horas/dias), enquanto que resíduos oriundos de grandes
decantadores são descartados em intervalos maiores de tempo (meses).
Richter (2001) define lodo de ETA como resíduo constituído de água e
sólidos suspensos originalmente contidos na fonte de água, acrescidos de produtos
resultantes dos reagentes aplicados à água nos processos de tratamento. Estes
resíduos são classificados de acordo com a Norma NBR 10.004, (ABNT, 2004) como
resíduos sólidos e, devem, portanto, ser tratados adequadamente, pois causam
impacto negativo ao meio ambiente. De acordo com Realli (1999), os resíduos de
ETA são potencialmente tóxicos para plantas, seres humanos e organismos
aquáticos, dependendo de alguns fatores tais como: características de água bruta,
produtos químicos utilizados no tratamento, sub-produtos formados pelas reações
químicas no processo e condições físicas, químicas e biológicas do corpo receptor.
Além do impacto causado nos corpos receptores, os lodos das ETAs
podem causar riscos à saúde humana devido à presença de agentes patogênicos
(Scalize et al., 1999) e de metais pesados (Barroso e Cordeiro, 2001).
De maneira geral, em grande parte dos sistemas de abastecimento
público, esses despejos são lançados diretamente nos corpos receptores mais
próximos às estações de tratamento de água ou na rede coletora de esgotos,
causando significativo impacto ambiental. A Tabela 2.3 apresenta os principais
destinos dos resíduos das ETAs em diferentes regiões do país.
27
Tabela 2.3. Destino dos resíduos gerados nas ETAs dos distritos brasileiros,
segundo grandes regiões (IBGE, 2002)
Regiões Total de distritos
Distritos cuja água tratada passa por processo de coagulação química
Total Destino do lodo gerado nas ETAs
Rio Mar Terreno Aterro
sanitário Incinerar Aproveitar Outro
Norte 607 60 29 - 19 1 - - 12 Nordeste 3.084 527 224 6 253 6 - 18 30 Sudeste 3.115 1.245 1.062 2 93 20 2 10 81 Sul 2342 531 404 2 74 6 - 8 47 Centro-oeste
700 230 169 - 43 2 - 3 19
Brasil 9.848 2,593 1.888 10 482 35 2 39 189
O interesse pelo tratamento, aproveitamento e disposição adequada do
resíduo da ETA é assunto relativamente novo no Brasil. Por esse motivo, ainda não
há regulamentação que forneça limites na quantidade e na qualidade do lodo
utilizado em cada uma das alternativas de aproveitamento e disposição do resíduo.
Portanto, somente realizando as análises de laboratório e/ou escala piloto, para se
ter uma indicação da melhor técnica a se utilizar.
Classicamente as técnicas utilizadas como soluções, partem de uma
redução de volume através da remoção de umidade, a co-disposição em aterros de
resíduos sólidos urbanos, a disposição em aterros exclusivos, a estocagem por
períodos prolongados em lagoas, a utilização no solo e o co-processamento.entre
outras alternativas como a utilização na fabricação de cimento, peças cerâmicas e
recuperação de área degradadas.
2.4.1. Legislação e resíduos de ETA
No Brasil, o lançamento de resíduos nos corpos de água, é regulado pela
Resolução CONAMA 357, de março de 2005 e a norma brasileira NBR 10.004, de
2004, classifica o lodo gerado nas ETAs como resíduo sólido. Na Lei 9.433, de
Janeiro de 1997, que institui a Política Nacional de Recursos Hídricos e constitui
atualmente o principal documento legal sobre a gestão de recursos hídricos no
Brasil, estabelecendo que o lançamento indiscriminado dos resíduos nos corpos de
28
água se sujeita ao regime de outorga, podendo receber ou não autorização. De
acordo com a Lei 9.605, de fevereiro de 1998, Lei dos crimes Ambientais, o
lançamento irregular desses resíduos é passível de punição civil, administrativa e
penal.
2.4.2. Quantidade e características dos resíduos de ETA
Segundo Cordeiro (2002), a caracterização dos resíduos pode ser
realizada conforme sua importância e o objetivo do estudo, de acordo com os
aspectos ambientais associados à disposição dos resíduos (pH, sólidos, metais,
DQO, DBO, outros) e sob o aspecto geotécnico relacionado com a remoção de água
e futuras utilizações dos sólidos dos resíduos (tamanho das partículas, resistência
específica, outros).
Conforme ASCE/WWA (1996), os resíduos gerados nas ETAs podem ser
divididos em quatro categorias: i) lodos: gerados na descarga dos decantadores, na
raspagem de flotadores, na lavagem de filtros, no abrandamento e na remoção de
ferro e manganês da água bruta; ii) concentrado salino: resultante do tratamento de
água por técnicas de membrana, osmose reversa, eletrodiálise e troca iônica; iii)
carvão ativado e resinas de troca iônica desgastadas e leito filtrante usado e iv)
emissões gasosas de unidades de controle de odor ou de técnicas de air stripping1.
Segundo Cornwell et al. (1987), os lodos gerados na lavagem dos filtros e descargas
dos decantadores são os mais representativos nas ETAs.
De acordo com Castro et al. (1997), em linhas gerais, a vazão média de
resíduos gerados em uma ETA encontra-se entre 1 a 3% da vazão tratada, sendo
10% da descarga dos decantadores e 90% da lavagem dos filtros. Ferreira Filho
(1997), diz que, em termos volumétricos, a maior quantidade de resíduos é
proveniente dos filtros. No entanto, em termos mássicos, a maior quantidade de lodo
produzido provém dos decantadores.
1 Tecnologia de air stripping consiste na transferência de massa dos contaminantes voláteis da água para o ar por
métodos de aeração (www.clean.com.br).
29
Para determinar a real produção de lodo em sistemas de tratamento de
água, é necessário estimar dois parâmetros muito importantes (DOE, 1990 citado
em Reali, 1999):
i) massa de sólidos secos presentes no lodo resultante do processo de tratamento;
ii) volume de água descartada que atua como veículo da massa de sólidos (citada
em i).
A Tabela 2.4 mostra alguns resíduos mais comuns no tratamento de
água. Em seguida a Tabela 2.5 apresenta valores teóricos da produção de sólidos
devido à introdução de diversos agentes químicos na água.
Tabela 2.4. Resíduos prováveis gerados em processos de tratamento de água
Produto químico Proveniente de: Aparece no resíduo como:
Sólido
Sólidos dissolvidos Água bruta Sólidos dissolvidos Somente se precipitados
Sólidos suspensos
Água bruta
Silte e argila sem mudança
sim
Matéria orgânica Água bruta Provavelmente sem mudança sim
Sais de alumínio Coagulação
química Hidróxido de
alumínio sim
Sais de ferro Coagulação
química Hidróxido de ferro sim
Polímeros Tratamento químico
Sem mudança sim
Cal Tratamento
químico e correção de pH
carbonato de cálcio, ou se for
usado cal, somente impurezas
sim
Carvão ativado em pó
Controle de sabor e odor
Carvão ativado em pó
sim
Cloro, ozônio
desinfecção Em solução Não
Fonte: DOE, 1990 citado por REALI, 1999.
30
Tabela 2.5. Produção teórica de sólidos
Produto químico g de sólidos produzidos por g de
produto químico
Sólidos suspensos (silte/argila) 1,0
Matéria orgânica 1,0
Sulfato de alumínio 0,26 como *Al(OH)3
Cloreto férrico 0,26 como * Fe(OH)3
Polímero 1,0
Cal Permite 0,1 como fração insolúvel
Carvão ativado em pó 1,0
Fonte: DOE, 1990 citado por REALI, 1999. * Dependendo da forma de hidratação do sulfato ou do cloreto
2.4.3. Estimativa da quantidade de resíduos gerados em ETA
Segundo Di Bernado & Dantas (2005), a determinação da quantidade e
da qualidade dos resíduos em ETAs existentes pode ser efetuada por meio do
monitoramento do funcionamento das diferentes unidades de tratamento por um
período que consiga avaliar as variações da qualidade da água bruta durante todas
as estações climáticas do ano.
A quantidade de lodo poderá ser estimada in loco pela determinação dos
sólidos provenientes das descargas dos decantadores e de suas vazões, ou ainda
teoricamente, utilizando-se fórmulas empíricas. As equações empíricas consideram
os parâmetros de qualidade da água bruta, dosagens e tipo de produtos químicos,
modo de operação da ETA e tecnologia de tratamento empregada.
Alguns pesquisadores desenvolveram fórmulas empíricas distintas para
fazer a estimativa da produção de sólidos secos, sendo reproduzidas de acordo com
a Tabela 2.6, para ETAs que utilizam sais de alumínio ou ferro como coagulantes.
31
Tabela 2.6. Fórmulas empíricas para quantificar o lodo gerado em ETA
Fórmula Descrição
P = (1,5.T + KD)
Kawamura (1991) Apud Reali (1999) P: produção de sólidos (g.m-3) T: turbidez C: cor K = coeficientes de precipitação para sulfato de alumínio: 0,26 D ou DSA = dosagem de sulfato de alumínio A: dosagem de outros aditivos
P = (1,2.T + 0,07.C + K.D + A)
Water Research Center – WRC (1979)
Apud Realli (1999)
P = 3,5.T 0,66
American Water Works Association – AWWA (1996)
P = (0,44.DSA + 1,5.T + A)
Cornwell (1987)
P = 0,2.C + 1,3.T + K.D
Richter (2001)
De acordo com Saron e Leite (2001), quando se tratar de uma ETA em
operação, a quantidade de lodo produzido pode ser estimada a partir da
determinação dos sólidos provenientes da descarga dos decantadores e a vazão da
mesma.
No caso dos despejos líquidos produzidos durante a lavagem dos filtros
instalados em sistemas de tratamento, a estimativa da quantidade de água
produzida durante esta operação pode ser realizada conhecendo a área do filtro, a
vazão ascensional da água de lavagem e o tempo gasto em cada lavagem. O
volume total produzido diariamente vai depender do número de filtros operantes e da
periodicidade da lavagem desses filtros.
A concentração de sólidos é uma das características físicas importantes
que afetam o manuseio, disposição final e/ou recirculação do lodo. A concentração
de sólidos deve-se a resíduos sólidos orgânicos ou inorgânicos provenientes da
água bruta. As características químicas dos lodos afetam mais as opções de reuso
e/ou disposição final desses lodos, do que sua habilidade de manuseio e
32
desidratação. Os seus principais constituintes são: sílica, alumínio, ferro, titânio,
cálcio, manganês, além de algas, bactérias e vírus. Os hidróxidos aluminatos
formados, a partir dos hidróxidos de ferro e alumínio são diretamente tóxicos a vida
aquática. O seu grau de toxidade depende do pH e da dureza da água.
Outras características químicas importantes são os parâmetros DBO,
DQO. Como normalmente as águas utilizadas para abastecimento, não são muito
poluídas, a relação DQO/DBO é elevada, gerando lodos menos degradáveis.
Sendo assim, diante do exposto, a produção real dificilmente pode ser
prevista em projeto, variando constantemente nas próprias ETAs em função de
peculiaridades sazonais e regionais e do processamento dado ao lodo. De acordo
com diversos autores, o volume da produção de lodo varia entre 0,2% e 5% do
volume total de água tratada pela ETA.
2.4.4. Lodo dos decantadores
Os lodos são produzidos pelos processos de coagulação e floculação e
são removidos, na sua maior parte, nos decantadores. Os lodos gerados nos
decantadores das ETAs podem ter suas características bastante variadas,
dependendo das condições apresentadas pela água bruta, dosagens e produtos
químicos utilizados, forma de limpeza dos decantadores entre outros fatores
(Cordeiro, 1999).
Os resíduos dos decantadores possuem em sua composição grandes
concentrações de alumínio, quando sulfato de alumínio é utilizado como coagulante
primário. O ferro por estar presente na composição do sulfato de alumínio comercial,
também é encontrado no lodo. Segundo Silva Jr. e Isaac (2002), a quantidade de
lodo originária dos decantadores representa cerca de 60 a 95% da quantidade total,
sendo o restante oriundo do processo de lavagem dos filtros.
De acordo com Richter (2001), para resíduos provenientes da coagulação
de sulfato de alumínio, o conteúdo de sólidos totais no lodo de tanques de
decantação varia entre 1.000 a 4.000 mg.L-1 (0,1 a 0,4%) e de 40 a 1.000 mg.L-1
(0,004 a 0,1%) na água de lavagens dos filtros. Essa concentração varia em função
33
das características da água bruta, do procedimento de lavagem e da forma de
operação dessas unidades de tratamento.
2.4.5. Resíduos gerados nos filtros
Os resíduos provenientes dos filtros, obtidos durante a lavagem dos
mesmos, possuem vazões elevadas e baixa concentração de sólidos. O tipo de filtro
e a tecnologia aplicada para a clarificação da água, o tipo de coagulante utilizado no
tratamento, influenciam diretamente na maior ou menor quantidade de resíduo
produzido.
A lavagem dos filtros é geralmente realizada em intervalos de 12 a 24
horas com altas taxas (fluxo de água) e em curto espaço de tempo, cerca de 4 a 6
minutos. A água de lavagem dos filtros possui concentrações de sólidos totais que
varia de 0,004 a 0,1%. A concentração de sólidos em suspensão na água de
lavagem de filtros varia bastante durante tal procedimento: é baixa no início da
operação, aumenta de 2 a 3 minutos e atinge um valor máximo, em seguida, diminui
gradativamente até o fim da operação de lavagem. O filtro é considerado limpo
quando se observa clarificação e ausência de flocos na água de lavagem, segundo
Reali (1999).
De acordo com Richter (2001), a freqüência de lavagem dos filtros, e,
portanto, o volume de água gasto, depende da qualidade do afluente aos filtros. É
importante observar que a composição e concentração de sólidos não devem variar
com a freqüência de lavagens, porque a capacidade de retenção de sólidos é uma
característica fixa de um determinado leito filtrante.
A técnica empregada para a lavagem dos filtros também influencia na
geração de maior ou menor volume de resíduos líquidos. Filtros lavados apenas com
água, no sentido ascensional, geram maior volume de rejeitos líquidos quando
comparados aos sistemas que possuem lavagem auxiliar com ar, seguida de
lavagem ascensional. A percentagem de lodo removido de um sistema de
tratamento se encontra entre 0,2 a 5% do volume tratado pela ETA, dependendo
logicamente da sua origem, há casos excepcionais de instalações de filtração direta
onde a presença de algas eleva esta perda a valores entre 30 a 40% (Richter, 2001).
34
2.4.6. Potencial tóxico do lodo e aspectos ambientais
Apesar da intensificação de trabalhos, pesquisas e projetos voltados para
a disposição adequada e tratamento dos rejeitos das ETAs no Brasil, ainda são
tímidas e inexpressivas as ações de redução do potencial poluidor da indústria de
tratamento de água. Certamente, a maior preocupação das empresas públicas de
saneamento está no aumento de produtividade e no cumprimento da legislação
vigente de potabilidade da água. A realidade é que os aspectos ambientais estão em
um plano distante do cumprimento das diretrizes previstas em legislação específica
que tratam da disposição dos efluentes industriais. Os resíduos continuam sendo
lançados em corpos d’águas e no meio ambiente sem nenhum sentimento de
responsabilidade sócio-ambiental das empresas e nenhuma manifestação do poder
fiscalizador dos órgãos ambientais, tornando essa prática comum aos olhos de
todos.
O resíduos gerados nas ETAs apresentam um potencial tóxico de
poluição e contaminação para os organismos aquáticos, o homem, as plantas e o
meio ambiente. A característica tóxica deste tipo de rejeito depende de alguns
fatores como: características da água bruta; dosagem e produtos químicos utilizados
e os possíveis contaminantes presentes no produto; forma de remoção do lodo;
tempo de retenção do lodo nos decantadores; reações químicas ocorridas durante o
processo; características físicas, químicas, biológicas e hidráulicas dos corpos
d’água.
Os mananciais utilizados para abastecimento de água estão sujeitos a
outras ações antropogênicas causadoras de contaminação e poluição, tais como:
aplicação de fertilizantes, pesticidas, disposição de resíduos sanitários, industriais e
hospitalares. Segundo Cordeiro (1993), estes aspectos são de grande importância,
pois esses contaminantes podem estar nos resíduos gerados.
O lançamento dos resíduos de ETA em cursos d’água os tornam
vulneráveis à degradação da qualidade das águas e dos sedimentos destes
ambientes pois, além de conterem metais pesados, apresentarem altas
concentrações de sólidos, turbidez e DQO, provocam a formação de bancos de lodo,
assoreamento, alterações de cor, distúrbios na composição química e biológica dos
corpos receptores (Barbosa et al., 2000).
35
CAPÍTULO III
MATERIAIS E MÉTODOS
3.1. Generalidades
O principal objetivo deste estudo está voltado para a caracterização e
quantificação dos resíduos gerados pela Estação de Tratamento de Água do
município de Buíque localizado no Agreste Meridional do Estado de Pernambuco. A
Estação de Tratamento de Água - ETA de Buíque é operada pela Companhia
Pernambucana de Saneamento - COMPESA e possui capacidade nominal para
tratar 86,4 m3.h-1.
No intuito de reunir subsídios para proporcionar uma ampla visão das
oportunidades de minimização dos resíduos e uma avaliação de suas características
para pré-determinação de possibilidades futuras de disposição final do lodo gerado
na ETA de Buíque, foi adotada a seguinte metodologia, seguindo as etapas abaixo:
• Levantamento das características físicas e operacionais da ETA, com
descrição dos processos e produtos químicos utilizados no tratamento;
• Análise da qualidade da água bruta no período de chuva e estiagem,
investigando assim sua influência na variação do consumo de produtos
químicos e, consequentemente na quantidade de lodo gerado. Os dados
foram fornecidos pelo Laboratório de Controle da Qualidade da Gerência de
Manutenção e Operação da Unidade de Arcoverde, que é responsável pela
operação e manutenção da ETA Buíque;
• Caracterização do lodo a partir de análises físico-químicas e bacteriológicas;
36
• Quantificação do lodo gerado na ETA: a) teoricamente, através de fórmulas
empíricas; b) através de medições realizadas in loco e levantamento de
informações operacionais, qualidade da água e dos resíduos;
• Identificação das oportunidades de redução do lodo gerado na ETA de
Buíque.
3.2. Caracterização da área de estudo
O estudo foi realizado na Estação de Tratamento de Água de Buíque,
situada às margens da PE-270 no município de Buíque. Este município está
localizado na Mesorregião Agreste e na Microrregião Vale do Ipanema do Estado de
Pernambuco, limitando-se ao norte de Arcoverde e Sertânia, ao sul com Águas
Belas, a Leste com Pedra e a ao oeste com Tupanatinga e Itaíba, ficando a 278,4
km da capital, Recife (Figura 3.1).
Figura 3.1. Mapa de localização do município de Buíque
A área da principal unidade é recortada por rios perenes, porém de baixa
vazão e o potencial de água subterrânea é baixo. Encontra-se inserido nos domínios
37
da Bacia Hidrográfica do Rio Ipanema e o principal corpo de acumulação é o Açude
Mulungu com atual capacidade de 1.228.670 m3 de água (Figura 3.2 e 3.3).
Figura 3.2. Barragem de acumulação Açude Mulungu - Buíque
Figura 3.3. Chegada da água no poço de sucção da estação elevatória de água
do Açude Mulungu
38
3.3. Sistema de Tratamento de água
A ETA de Buíque é uma ETA do tipo convencional, composta pelas
etapas de oxidação/desinfecção, coagulação, floculação, decantação e filtração. A
Figura 3.4 demonstra uma visão geral da concepção do sistema de abastecimento.
Atualmente, o tratamento e abastecimento de água são realizados pela
Companhia Pernambucana de Saneamento - COMPESA, sendo o sistema de
tratamento e distribuição de água, constituído por um único manancial como ponto
de captação, uma (01) estação elevatória de água bruta, uma (01) estação de
tratamento de água, uma (01) estação elevatória de água tratada, um (01)
reservatório e a rede de distribuição, conforme pode ser visualizado no esquema
hidráulico da Figura 3.4.
EE: estação elevatória;
ETA: estação de tratamento de água
REL: reservatório elevado
Figura 3.4. Esquema hidráulico do Sistema de Abastecimento de Buíque
As principais características técnicas do sistema de tratamento de água de Buíque
são:
• Estrutura de chegada da água bruta: adutora com 200 mm de diâmetro;
• Mistura rápida: possui dispositivo de mistura rápida (placa de orifício) no
ponto de aplicação do sulfato;
• Floculadores tipo alabama;
REL
Barragem EE ETA REDE EE
gravidade (água bruta) gravidade (água tratada) recalque (água bruta) recalque (água tratada)
39
• Decantadores modulares (alta taxa);
• Filtros rápidos descendentes;
• Poço de sucção;
• Reservatório de água tratada (tipo elevado): 500 m3;
• Casa de química: armazenamento, preparo e aplicação de sulfato de alumínio
e polímero (coagulantes);
• Plataforma para aplicação de cloro gasoso.
Devido a uma concentração relativamente alta de ferro e manganês na
água bruta que chega à ETA é necessário que seja realizado inicialmente uma
oxidação destes metais para que se obtenha uma melhor clarificação da água,
portanto, esta é a primeira etapa do tratamento.
Após a pré-cloração, tem-se a aplicação do sulfato de alumínio antes da
entrada da água nos floculadores, no ponto de aplicação possui um dispositivo de
mistura rápida, denominado placa de orifício, com redução do diâmetro de 200 mm
para 150 mm. Esta redução provoca uma turbulência necessária para promover a
mistura rápida do coagulante (Figura 3.5).
Figura 3.5. Ponto de aplicação do sulfato de alumínio
fluxo d’água
40
É aplicado também, junto à entrada da água na primeira câmara dos
floculadores, um polímero para auxiliar na coagulação e formação dos flocos.
Geralmente é utilizado um polieletrólito catiônico.
A ETA possui dois floculadores tipo alabama e estão distribuídos em uma
bateria de 12 câmaras de floculação para cada unidade (Figura 3.6 A,B). A
capacidade nominal dos floculadores é igual a 86,4 m3.h-1.
A capacidade de tratamento da ETA é limitada pela unidade de menor
capacidade nominal, neste caso, os floculadores. Então, a capacidade de tratamento
da ETA de Buique está atrelada à capacidade nominal dos floculadores, que é de
86,4 m3.h-1.
Figura 3.6 (A,B) - Floculadores tipo alabama (ponto de aplicação do
polieletrólito)
A ETA Buíque possui 02 (dois) decantadores tipo modular, estes módulos
proporcionam uma taxa de aplicação de 120 m3 / m2 x dia e sua capacidade nominal
é de 105 m3.h-1 (Figura 3.7. A,B,C). Cada decantador possui um volume total de 32,4
m3 e duas calhas coletoras de água decantada que se interligam no canal de
passagem de água decantada para as unidades de filtração.
A B
41
Figura 3.7 (A,B,C) - Decantador tipo modular
A descarga de cada decantador é realizada todos os dias, no período da
manhã por meio de registros acionados manualmente, que estão localizados na
saída dos esgotos. A Figura 3.8 apresenta um momento de descarga dos
decantadores com acionamento manual dos registros.
A
B C
Módulos
Calha
42
Figura 3.8 (A,B) - Descarga manual dos decantadores
O volume de lodo para cada descarga de um decantador é medido
utilizando o volume vazio do decantador após sua descarga, que corresponde a um
valor aproximado de 16,84 m3. A partir do volume do lodo é calculada a massa
descartada do resíduo. O lodo é conduzido por gravidade por uma tubulação até o
ponto final da descarga situado em um terreno particular, próximo a residências e a
Rodovia Estadual PE-270. (Figura 3.9 A,B,C).
A
A B
43
Figura 3.9. (A,B,C) - Ponto de disposição dos resíduos da ETA de Buíque
(terreno próximo a residências e à Rodovia Estadual PE-270)
O sistema de abastecimento é composto por três unidades de filtração
tipo filtros rápidos descendentes, possuem uma camada de areia com tamanho
específico de 1 mm, taxa de aplicação de 250m3 / m2 x dia e uma camada suporte de
pedras (Figura 3.10).
B
C
44
Figura 3.10 (A,B) - Filtros rápidos descendentes
A lavagem dos filtros se dá à medida que estes vão perdendo carga e a
água proveniente dos decantadores ultrapassa a calha vertedora (Figura 3.11). A
água utilizada na lavagem dos filtros é a mesma armazenada no reservatório de
distribuição, não possuindo reservatório específico, o que acarreta prejuízos ao
abastecimento da cidade.
O sentido da água de lavagem é ascensional (retrolavagem) e o volume
estimado gasto para cada filtro é de 40 m3 e não se faz necessário a utilização de
bombas. Todo o volume de água de lavagem dos filtros possui o mesmo destino do
lodo do decantador: são lançados no mesmo ponto de descarga sem nenhum
tratamento prévio.
A B
45
Figura 3.11. Filtro com perda total de carga (a); Filtro em operação de lavagem
(b)
Os produtos químicos utilizados na ETA são: o sulfato de alumínio, o
plieletrólito catiônico e o cloro gasoso. O sulfato de alumínio e o polieletrólito são
armazenados, preparados e dosados na casa de química (Figuras 3.12 e 3.13).
A preparação da solução do coagulante é realizada em tanques de 1.000
L e a aplicação, tanto do sulfato de alumínio quanto do polímero é feita com o auxílio
de bombas dosadoras específicas para cada produto e bombeadas até os pontos de
aplicação através de tubulação de PVC.
Figura 3.12. Casa de química - tanques de preparação e aplicação de
coagulantes
a
b
a
46
Figura 3.13. Casa de química – armazenamento de produto químico
Os cilindros de cloro são armazenados na plataforma de cloro (Figura
3.14), sua capacidade é de 900 kg. A dosagem é estabelecida nos cloradores e a
aplicação é feita através de injetores em ponto determinado.
Figura 3.14. Plataforma de armazenamento e aplicação de cloro gasoso
47
Após o processo de filtração, a água que sai dos filtros é coletada em um
poço de sucção e é recalcada até o reservatório de capacidade igual a 500 m3
(Figuras 3.15 e 3.16, respectivamente). A partir daí, a água é distribuída por
gravidade para as residências.
Figura 3.15. Poço de sucção de água tratada
Figura 3.16. Reservatório elevado de água tratada
Poço de sucção
48
A rede de distribuição de água tratada possui tubulações em PVC
(Policloreto de Vinila) e uma extensão aproximada de 19.885 m, segundo dados
retirados do relatório interno denominado Sistema de Informações Operacionais –
SIP. O número de ligações é de 2.987 (SIP – julho/08). A população abastecida,
com água tratada, por este sistema é de 13.180 habitantes, corresponde a 26,4% da
população do município.
3.4. Dados operacionais da ETA de Buíque
Os dados necessários para a determinação da qualidade da água bruta e
tratada e dados operacionais como volume de água produzida, volume gasto na
lavagem de filtros, consumo de produtos químicos e horas de operação foram
levantados a partir de relatórios gerados dos registros operacionais diários da ETA.
Estes dados foram essenciais para a estimativa do volume do lodo e da produção de
sólidos em g de matéria seca por m3 de água tratada.
3.5. Características do manancial e dados de monitoramento
Na região onde se localiza a ETA de Buíque, o período de chuvas vai de
março a agosto e o período de estiagem vai de setembro a fevereiro. Foram
realizados os levantamentos de dados operacionais e da qualidade da água bruta
por um período de 08 meses (janeiro a outubro/08). Os resultados para os
parâmetros Cor e Turbidez da água bruta foram avaliados e comparados com os
resultados de 2007.
As análises de Cor e Turbidez da água bruta são monitoradas a cada 2
(duas) horas pelos operadores da ETA. As análises hidrobiológicas, metais e físico-
químicas são realizadas semestralmente e as análises bacteriológicas atendem à
freqüência de duas coletas por semana. Todos estes parâmetros atendem à
freqüência e quantidade preconizadas pela Portaria nº 518 de 2004 do Ministério da
Saúde (Brasil, 2004).
49
3.6. Qualidade água tratada distribuída
Foram realizados os levantamentos de dados da qualidade da água
tratada por um período de 08 meses (janeiro a outubro/08). Os resultados para os
parâmetros Cor, Turbidez e Cloro Residual Livre - CRL da água tratada foram
avaliados desde o período de janeiro a outubro de 2008 e comparados com os
resultados de 2007.
As análises de Cor e Turbidez da água tratada são monitoradas a cada 2
(duas) horas pelos operadores da ETA. As análises hidrobiológicas, metais e físico-
químicas são realizadas semestralmente e as análises bacteriológicas atendem à
freqüência de 27 coletas por semana. Todos estes parâmetros atendem à freqüência
e quantidade preconizadas pela Portaria nº 518 de 2004 do Ministério da Saúde
(Brasil, 2004).
3.7. Resíduos gerados no tratamento
Os resíduos estudados foram obtidos a partir da descarga dos
decantadores e da água de lavagem dos filtros da Estação de Tratamento de Água
de Buíque, que utiliza como coagulante primário o sulfato de alumínio granulado. As
amostras foram coletadas no período de agosto, setembro e outubro de 2008. A
Figura 3.17 mostra o esquema geral de estudos e a Figura 3.18 apresenta as
unidades de tratamento e seus respectivos pontos de geração de resíduos.
Figura 3.17. Esquema de estudo dos resíduos da ETA de Buíque - PE
Coleta de Dados da ETA de Buíque
Coleta dos resíduos gerados nos decantadores 1,2
Coleta da água de lavagem dos filtros 1,2,3
Caracterização Quantificação
Caracterização Quantificação
50
Figura 3.18. Unidades de tratamento e pontos de geração de resíduos da ETA
3.7.1. Caracterização e quantificação do lodo dos decantadores
Foram coletadas as amostras de lodo na caixa de esgoto de cada
decantador no tempo de 1 minuto após o acionamento manual do registro de
descarga. Estas amostras foram caracterizadas segundo os parâmetros
apresentados na Tabela 3.1.
O estudo de caracterização e quantificação dos resíduos gerados nos
decantadores foi executado a partir do levantamento de dados no período de três
meses (agosto, setembro e outubro de 2008).
3.7.2. Caracterização e quantificação da água de lavagem dos filtros
A água de lavagem dos três filtros foi coletada separadamente na caída
de cada calha coletora no tempo de 1 minuto após o acionamento manual do
registro de água de lavagem, onde foi considerada a amostra mais representativa do
resíduo para análise e uma forma segura para se coletar. Os parâmetros para
caracterização da água de lavagem dos filtros foram os mesmos determinados para
o resíduo dos decantadores (Tabela 3.1).
Mistura rápidaa
Filtros
Floculador
Decantador
Sulfato
Polímero
Lodo dos
Decantadores Àgua de Lavagem
dos Filtros
Eventual Cloro
Água bruta Água
tratada
51
Tabela 3.1. Parâmetros determinados para caracterização e quantificação dos
resíduos dos decantadores e filtros da ETA de Buíque.
Parâmetros Unidades Turbidez NTU Cor aparente mg Pt-Co.L-1
pH - Sólidos Totais mg.L-1
Sólidos totais fixos mg.L
Sólidos totais voláteis mg.L
Sólidos sedimentáveis mg.L
Sólidos suspensos totais mg.L
Coliformes totais NMP.100mL-1
Escherichia coli NMP.100mL-1
Nitrogênio Total (NTK) mg.L-1
Fósforo total mg.L-1
DQO mg.L-1
DBO mg.L-1
Ferro mg.Kg -1
Manganês mg.Kg -1
Alumínio mg.Kg -1
Cobre mg.Kg -1
Zinco mg.Kg -1
Chumbo mg.Kg -1
Cromo mg.Kg -1
Cádmio mg.Kg -1
3.7.3. Comparativo entre os valores teóricos e os valores medidos in loco da
massa de sólidos gerada nos decantadores e filtros
Nesta etapa foram utilizadas fórmulas empíricas, para a estimativa da
massa de lodo gerado nos decantadores e filtros da ETA-Buíque, considerando
alguns parâmetros de qualidade da água bruta (teor de sólidos totais/turbidez),
dosagens de produtos químicos e outros parâmetros necessários aos cálculos da
massa do lodo retido nas unidades de decantação e água de lavagem dos filtros.
Os valores encontrados a partir da medição in loco foram comparados
com os valores estimados a partir das fórmulas empíricas propostas por alguns
autores (Tabela 2.6). Os valores teóricos correspondem ao valor total dos resíduos,
incluindo decantadores e filtros. E os valores estimados pela medição in loco, para
52
efeito comparativo, correspondem ao somatório dos valores encontrados para
decantadores e filtros. A massa foi expressa em toneladas e a produção de sólidos
(g) em relação ao volume de água tratada (m3)
3.7.4. Oportunidades de minimização do lodo
Baseado nos fatores que influem consideravelmente na formação do lodo
de ETA sob os aspectos qualitativos e quantitativos, tais como característica da
água bruta, dosagem e tipo de produto químico, tecnologia empregada e condições
de operação, são apresentadas as considerações sobre cada um destes fatores e o
plano de ação de melhorias que puderam ser implementadas considerando,
sobretudo, a viabilização técnica e econômica.
3.8. Coleta e preparação das amostras
3.8.1. Pontos de coleta
Os pontos de coleta foram determinados levando em consideração dois
aspectos: a representatividade da amostras e a segurança do coletor. O ponto de
coleta estabelecido para o lodo do decantador foi a caixa do registro de descarga
dos decantadores. Neste ponto o lodo é coletado após um (01) minuto depois da
abertura do registro, intervalo de tempo considerado adequado para que a amostra
se apresentasse de forma homogênea (Figura 3.19 A,B).
53
Figura 3.19 (A,B) – Ponto de coleta dos decantadores (caixa de descarga)
O ponto de coleta estabelecido para a água de lavagem dos filtros - ALF
foi a calha de recolhimento da água de lavagem. Neste ponto a ALF é coletada após
um (01) minuto do acionamento manual do registro de entrada da água, que vem do
reservatório, utilizada para lavar os filtros. O intervalo de tempo de 1 minuto foi
considerado adequado para que a amostra se apresentasse de forma homogênea
(Figura 3.20 A,B).
Figura 3.20 (A,B) – Ponto de coleta da água de lavagem dos filtros (calha)
A B
A B
54
3.8.2. Instruções de coleta
A coleta das amostras de lodo do decantador e da água de lavagem dos
filtros foi realizada de acordo com a metodologia indicada para cada parâmetro a ser
determinado. A Tabela 3.3 apresenta os parâmetros estabelecidos para avaliação e
caracterização do lodo e as instruções de coleta para cada item. Para identificação
das amostras adotou-se a seguinte codificação: água de lavagem dos filtros (F1, F2,
F3); lodo do decantador (D1, D2); água bruta e água tratada.
Tabela 3.2. Instruções de manuseio e preservação das amostras coletadas
Parâmetro Tipo de frasco Volume de amostra
Preservação química
Preservação física
Turbidez plástico 100 mL - Refrigeração Cor aparente Plástico 100 mL - Refrigeração pH plástico 50 mL - Refrigeração Sólidos Totais Plástico 500 mL - Refrigeração Sólidos totais fixos
Plástico 500 mL - Refrigeração
Sólidos totais voláteis
Plástico 500 mL - Refrigeração
Sólidos sedimentáveis
Plástico 1000 mL - Refrigeração
Sólidos suspensos totais
Plástico 500 mL - Refrigeração
Coliformes
totais
Vidro esterelizado 100 mL - Refrigeração
Escherichia
coli
Vidro esterelizado 100 mL - Refrigeração
Nitrogênio Total (NTK) plástico 100 mL 1 mL H2SO4 Refrigeração
Fósforo total plástico 400 mL 1 mL H2SO4 Refrigeração DQO Vidro ambar 100 mL 1 mL H2SO4 - DBO Plástico 500 mL - Refrigeração Ferro
Vidro 1 L 2 mL HNO3 Refrigeração
Manganês Alumínio Cobre Zinco Chumbo Cromo Cádmio
Fonte: SMEWW (2005)
55
3.8.3 Preparação das amostras
Algumas amostras necessitaram de uma preparação específica para
posteriormente serem analisadas. Segue abaixo a preparação realizada de acordo
com a determinação analítica a ser executada.
Análise de metais
As amostras de lodo do decantador e a água de lavagem dos filtros são
amostras líquidas que possuem uma significativa porcentagem de sólidos. Portanto,
para proceder à análise dos metais foi necessário proceder à abertura desta amostra
de acordo com EPA Method 3051A e a metodologia proposta pelo fabricante do
digestor Figura (3.21). Para as amostras de água tratada e água bruta procederam a
determinação dos metais, somente a partir do passo 3.
Figura 3.21. Esquema de preparação e digestão de amostras para análise de
metais
Secagem das amostras em estufa a 60ºC (300 mL)
Pesar 0,5 g da amostra + 6mL HNO3 (65%)
Digestão:
Filtrar as amostras
Análise dos metais FAAS/GF
Concentração em mg.L-1
Programa de digestão Tempo Potência 5’ ......... 300 w (eliminação MO) 5’ .......... 400 w 3’ .......... 800 w (dissolve os metais) 5’ …….. 000 w (resfriamento) MO: matéria orgânica
2
3
4
5
6
1
56
Análise de sólidos
O volume de amostra utilizada para a determinação de sólidos foi:
amostras contendo pouco resíduo: utilizar um volume de 100 mL e amostras
contendo muito resíduo: utilizar somente 50 mL.
A determinação de sólidos nas amostras de lodo, água de lavagem dos
filtros e água bruta foi precedida da seqüência de preparação da Figura 3.22.
Figura 3.22. Esquema de preparação de amostras para análise de sólidos
ANÁLISE
Determinação do volume da amostra
50 mL p/ as amostras: F2, F3, D1, D2
100 mL p/ as amostras: F1 e água bruta
Transferir para cápsula e evaporar até secura em
banho-maria (100ºC)
INÍCIO
FIM
57
A Figura 3.23 apresenta as amostras na estufa que foram evaporadas até
a secura, em temperatura 60 ºC, e a Figura 3.24 apresenta os resultados das
amostras após secagem. As amostras estão identificadas na foto.
Figura 3.23. Amostras de lodo e água bruta na estufa para secagem
Figura 3.24. Amostras de lodo e água bruta após secagem a 60ºC para análise
de sólidos
F1
B D1 D2
F2 F3
58
3.9. Análises físico-químicas e bacteriológicas
Abaixo estão relacionadas as principais análises realizadas durante este
estudo com o objetivo de determinar as características da água bruta, água tratada,
lodo do decantador e água de lavagem dos filtros.
3.9.1. Análise de pH
A concentração hidrogeniônica é uma função da proporção entre os íons
H+ e os íons OH- em solução. Essa propriedade tem influência sobre as funções
fisiológicas da biocenose (comunidade biótica) e sobre a permeabilidade das
membranas vivas, tão importante no metabolismo dos organismos. O pH comanda a
especiação química da água e os processos físico-químicos. O método utilizado foi o
potenciométrico, que se baseia na atividade dos íons hidrônios, por medida
potenciométrica usando o eletrodo de vidro e um eletrodo de referência, ou os dois
combinados.
3.9.2. Análise da turbidez
Turbidez na água é causada pela presença de materiais suspensos, como
argila, sedimentos, matérias orgânicas e inorgânicas e outros organismos
microscópicos. É a alteração da penetração da luz pelas partículas em suspensão,
que provocam a sua difusão e absorção.
O método é baseado na comparação da intensidade da luz espalhada
pela amostra em condições definidas, com a intensidade da luz espalhada por uma
suspensão de padrão de referência. Quanto maior a intensidade da luz espalhada,
maior será a turbidez da amostra. A leitura da turbidez e feita em turbidímetro em
unidades nefelométricas de turbidez (UNT).
A turbidez pode reduzir a eficiência da cloração, pela proteção física dos
microrganismos do contato direto com os desinfetantes. Além disto, as partículas de
turbidez transportam matéria orgânica absorvida que podem provocar sabor e odor.
59
3.9.3. Análise de cor
Cor da água é o resultado principalmente dos processos de
decomposição que ocorrem no meio ambiente. Por este motivo, as águas
superficiais são mais sujeitas a ter cor do que as águas subterrâneas. Alem disso,
pode-se ter cor devido à presença de íons metálicos como ferro e manganês,
plâncton, macrófitas, despejos industriais e substâncias coradas dissolvidas.
Águas superficiais podem parecer ter cor devido ao material em
suspensão, essa coloração é dita “aparente”, porque é como o ser humano a vê,
mas é, na verdade, em parte, o resultado da reflexão e dispersão da luz nas
partículas em suspensão responsáveis pela turbidez. A cor dita “verdadeira” ou “real”
e causada por material dissolvido e colóide. As substâncias que mais
frequentemente adicionam cor as águas naturais são os ácidos húmicos. A
diferenciação entre cor verdadeira e a aparente e dada pelo tamanho das partículas,
isto é, pode-se generalizar que partículas com diâmetro superior a 1,2 µm, causam
turbidez e as com diâmetro inferior, já na classe dos colóides, e substâncias
dissolvidas causam cor verdadeira. Os padrões de potabilidade recomendam para
as águas de abastecimento público, cor não superior a 15 uC.
3.9.4. Análise de metais
As análises de metais foram realizadas pelo Laboratório Central da
COMPESA (GQL) na cidade de Recife, utilizando como metodologia de referência o
Standard Methods for Examination of Water and Wastewater, 21a (2005).
Para a determinação de metais, as amostras foram digeridas em meio
ácido. A digestão foi realizada em forno microondas e a preparação das amostras
para digestão e análise foram executadas de acordo com a EPA Method 3051A
também em acordo com a metodologia proposta pelo fabricante. A Figura 3.25
apresenta as amostras após digestão.
60
Figuras 3.25 (A,B) – Amostras após digestão
As microondas afetam o meio de digestão e são absorvidas pelas
moléculas da amostra. Isto aumenta a energia cinética da matriz causando seu
aquecimento interno que leva a agitação e ruptura da camada superficial do material
que está sendo analisado, expondo sua superfície ao ataque dos ácidos.
Normalmente são utilizados frascos de teflon nestes sistemas por serem
transparentes às radiações e inertes a ácidos minerais até temperaturas superiores
a 200ºC.
As concentrações dos metais Fe, Mn, Cu, Zn, foram determinadas
utilizando a técnica espectrofotometria de absorção atômica por chama (FAAS),
enquanto que os metais Pb, Al, Cr e Cd foram determinados utilizando a
espectrofotometria de absorção atômica em forno grafite (GFAAS).
Na técnica de absorção atômica, a solução a ser analisada é aspirada e
convertida em aerosol, este se mistura com um gás combustível (acetileno) e um
gás oxidante (ar ou óxido nitroso) e fluem para o atomatizador (chama ou forno
grafite), onde sob a elevada temperatura, o solvente é evaporado e as pequenas
partículas que se formam são fundidas e vaporizadas. O vapor é constituído por uma
mistura de compostos que tendem a se decompor em átomos. A radiação de uma
fonte característica do elemento a ser determinado atravessa o sistema de
atomatização, onde parte desta luz é absorvida pelos átomos do analito, sendo o
grau de absorção proporcional à quantidade de átomos livres presentes na chama,
obedecendo a Lei de Lambert-Beer (Vogel, 1986):
A B
61
ABSORBÂNCIA = log I0 / It = K.C.L
I0 = Intensidade da radiação incidente emitida pela fonte de luz
It = Intensidade da radiação transmitida (não absorvida)
C = Concentração da amostra (átomos livres)
K = Constante de proporcionalidade
L = Caminho óptico
A região do espectro a ser lida é isolada por um monocromador, cujo
sistema contém uma célula fotomultiplicadora que registra um sinal que será
processado digitalmente para exprimir os resultados (Vogel, 1986).
3.9.5. Análise de sólidos sedimentáveis
Todas as impurezas da água, com exceção dos gases dissolvidos
contribuem para a carga de sólidos presentes nos recursos hídricos. Sólidos podem
ser classificados de acordo com seu tamanho e características químicas.
O método baseia-se na sedimentação dos resíduos em suspensão devido
à influencia da gravidade o resultado e dado em mg.L-1.
O método e aplicável a amostras de água de superfície, despejos
domésticos e industriais.
As amostras devem ser colocadas em frascos de vidro ou de polietileno.
A análise deve ser efetuada imediatamente após a coleta devida à
impraticabilidade de preservar as amostras.
O método apresenta sensibilidade na faixa acima de 1 mL.L-1 por hora.
Quando ocorrer uma separação do material sedimentável flutuante, não
considerar este último.
62
3.9.6. Análise de sólidos totais e sólidos suspensos
Em saneamento, sólidos nas águas correspondem a toda matéria que
permanece como resíduo, após evaporação, secagem ou calcinação da amostra a
uma temperatura pré-estabelecida, durante um tempo fixado. Em linhas gerais, as
operações de secagem, calcinação e filtração são as que definem as diversas
frações de sólidos presentes na água (sólidos totais, em suspensão, dissolvidos,
fixos e voláteis). Os métodos empregados para a determinação de sólidos são
gravimétricos (utilizando-se balança analítica ou de precisão), com exceção dos
sólidos sedimentáveis, cujo método mais comum é o volumétrico (uso do cone
Imhoff).
Definições das diversas frações
a) Sólidos totais (ST): resíduo que resta na cápsula após a evaporação
em banho-maria de uma porção de amostra e sua posterior secagem em estufa a
103-105°C até peso constante. Também denominado resíduo total.
b) Sólidos em suspensão (ou sólidos suspensos) (SS): é a porção dos
sólidos totais que fica retida em um filtro que propicia a retenção de partículas de
diâmetro maior ou igual a 1,2 µm. Também denominado resíduo não filtrável (RNF).
c) Sólidos Voláteis (SV): é a porção dos sólidos (sólidos totais, suspensos
ou dissolvidos) que se perde após a ignição ou calcinação da amostra a 550-600°C,
durante uma hora para sólidos totais ou dissolvidos voláteis ou 15 minutos para
sólidos em suspensão voláteis, em forno mufla. Também denominado resíduo
volátil.
d) Sólidos Fixos (SF): é a porção dos sólidos (totais, suspensos ou
dissolvidos) que resta após a ignição ou calcinação a 550-600°C após uma hora
(para sólidos totais ou dissolvidos fixos) ou 15 minutos (para sólidos em suspensão
fixos) em forno mufla. Também denominado resíduo fixo.
63
3.9.7. Análise de DBO e DQO
Neste trabalho as análises de DBO e DQO foram realizadas pelos
Laboratórios do Instituto de Tecnologia de Pernambuco – ITEP de acordo com o
Standard Methods for Examination of Water and Wastewater, 21a (2005).
DBO
O teste consiste na determinação de oxigênio dissolvido na amostra antes
e após um período de incubação a 20°C. O período de incubação é comumente de
cinco dias. O método aplica-se às águas receptoras de cargas poluentes, aos
despejos domésticos e indústrias e aos efluentes de tratamento de despejos. O
conhecimento da DBO é essencial para o controle de poluição dos corpos d`água e
para os projetos de estação de tratamento de despejos.
DQO
O método baseia-se na oxidação de matéria orgânica por dicromato de
potássio em meio ácido. Os compostos orgânicos de peso molecular baixo e os
ácidos graxos só são oxidados em presença de sulfato de prata, que é catalisador.
O excesso de dicromato é titulado com sulfato ferroso amoniacal, e usa-se ferroína
como indicador.
3.9.8. Análise de nitrogênio e fósforo total
Os elementos nitrogênio e fósforo, essenciais para o crescimento dos
microorganismos, plantas e animais, são conhecidos como nutrientes ou
bioestimulantes. A presença de traços de outros elementos, como o ferro, são
também necessários para o crescimento biológico, mas nitrogênio e fósforo são, na
maioria dos casos, os principais nutrientes de importância. Uma vez que o
Nitrogênio é um elemento construtivo essencial na síntese da proteína, os dados de
nitrogênio serão necessários para avaliar a tratabilidade do efluente por processos
64
biológicos. Nitrogênio insuficiente pode necessitar de adição de nitrogênio para
tornar o efluente tratável. Os requisitos de nutrientes para o tratamento biológico de
efluentes devem ser avaliados onde o controle do crescimento algal nos corpos
receptores do efluente tratado é necessário, desta maneira, a remoção ou redução
de nitrogênio em efluentes antes do despejo em corpo receptor faz-se necessária.
O nitrogênio em recursos hídricos pode se apresentar de diversas formas,
como: nitrato (NO3-), nitrito (NO2
-), amônia (NH3), nitrogênio molecular (N2) e
nitrogênio orgânico. É um elemento indispensável para o crescimento de algas e
quando em grandes quantidades, pode levar a um processo de eutrofizacão de
lagos e represas. O nitrogênio amoniacal pode estar nas formas de NH3 (amônia) e
do ion NH4+ (amônio), em equilíbrio numa solução aquosa. A amônia pode ser
oxidada através das bactérias (nitrosomonas) a nitrito e, dando continuidade à
oxidação, as nitrobactérias o transformam em nitrato. Águas com predominância de
nitrogênio orgânico e amoniacal caracterizam poluição por descarga de esgoto
recente. Já os nitratos indicam poluição remota, porque os nitratos é o produto final
de oxidação do nitrogênio. Nitratos e nitritos podem acusar problemas de ordem
fisiológica ao consumidor, que é a perda da capacidade de oxigenação do sangue.
O termo Nitrogênio Kjeldahl Total – NKT refere-se à combinação de
amônia e nitrogênio orgânico. O método de determinação de NKT foi desenvolvido
em 1883 por Johan Kjeldahl, e tornou-se um método de referência para
determinação de nitrogênio (Labconco, 2005). O método consiste de uma completa
digestão das amostras em ácido sulfúrico concentrado com catalisadores tais como
sais de cobre e titânio, em alta temperatura. Outros aditivos podem ser introduzidos
durante a digestão de maneira a aumentar o ponto de ebulição da mistua.
O fósforo se apresenta na água de varias formas, tais como: ortofosfatos
(PO43-, HPO42-, H2PO4-), a principal forma de fósforo encontrado nas águas,
polifosfatos e fósforo orgânico. O método baseia-se na liberação de fósforo como
ortofosfato da matéria orgânica em suspensão e da matéria em suspensão
presentes na água e posterior análise colorimétrica. Os ortofosfatos liberados
reagem com o molibdato de amônio em presença de tartarato de antimônio e
potássio, formando um complexo antimônio-fosfomolibdico. Este complexo é
reduzido pelo ácido ascórbico a um complexo intensamente azul. A cor desenvolvida
é proporcional à concentração do fósforo e é lida em espectrofotômetro a 860nm. O
65
método é aplicável a amostras de despejos industriais e esgotos sanitários. As
amostras são coletadas em frascos de vidro previamente lavados com acido
clorídrico (HCl) e enxaguados varias vezes com água destilada. Os arsenatos
reagem com o molibdato formando uma cor azul, idêntica à produzida pelo fósforo.
Concentrações elevadas de ferro podem precipitar o fósforo dando interferência
negativa.
As análises de Nitrogênio e Fósforo Total foram realizadas no Instituto de
Tecnologia de Pernambuco – ITEP. Os métodos utilizados para a determinação
destes elementos foram: Método Nitrogênio Kjeldahl Total e Persulfato,
respectivamente.
3.9.9. Análises bacteriológicas
A preservação da qualidade das águas é uma necessidade universal que
exige séria atenção por parte das autoridades sanitárias e órgãos de saneamento,
particularmente em relação aos mananciais e águas destinadas ao consumo
humano, visto que sua contaminação por excretas de origem humana ou animal
pode torná-los um veículo na transmissão de agentes de doenças infecciosas e
parasitárias.
Embora estejam disponíveis vários métodos para determinação dos
microrganismos patogênicos responsáveis pelas doenças de veiculação hídrica,
essas análises são complexas, demoradas e dispendiosas. Além disso, somente
pessoas e animais infectados eliminam esses microrganismos, que podem estar em
concentrações extremamente baixa nas amostras de água. Por esse motivo
considera-se contaminada a água que contenha bactérias indicadoras de poluição
fecal, devido ao risco da presença de microrganismos enteropatogênicos (Cetesb,
2005).
Segundo Cetesb (2005), além de fornecer informações sobre a presença
de contaminação fecal na água, as análises microbiológicas são úteis para avaliar-
66
se a eficácias de métodos de tratamento para determinados grupos de
microrganismos.
As bactérias coliformes, como a Escherichia coli, e os Estreptococos
fecais (enterecocos), que residem no intestino do homem, são eliminados, em
grandes quantidades, nas fezes do homem e de outros animais de sangue quente,
em média 50 milhões por grama. Esgoto doméstico bruto geralmente contém mais
de 3 milhões de coliformes por 100 mL. As bactérias e vírus patogênicos causadores
de doenças ao homem originam-se da mesma fonte, ou seja, descargas fecais de
pessoas contaminadas. Logo, a água contaminada por poluição fecal é identificada
como sendo potencialmente perigosa pela presença de coliformes (Barbosa, 2005).
A Escherichia coli é encontrada em esgotos, efluentes tratados e águas naturais e
solo sujeitos à contaminação fecal recente de humanos, animais domésticos,
selvagens e pássaros, e sua presença requer providências imediatas.
Na Portaria 518 do Ministério da Saúde (Brasil, 2004), coliformes são
definidos como todos os bacilos gram-negativos, aeróbios facultativos, não
formadores de esporos, oxidase-negativa, capazes de crescer na presença de sais
biliares ou outros compostos ativos de superfície (surfactantes) com propriedades
similares de inibição de crescimento e que fermentem a lactose com produção de
aldeído e gás a 35ºC (trinta e cinco graus Celsius), em 24-48 (vinte e
quatro/quarenta e oito) horas. Quanto às técnicas de detecção, consideram-se do
grupo coliformes aqueles organismos que na técnica dos tubos múltiplos (ensaios
presuntivo e confirmatório) fermentem a lactose, com produção de gás a 35ºC (trinta
e cinco graus Celsius); no caso da técnica da membrana filtrante, aqueles que
produzem colônias escuras, com brilho metálico, a 35ºC (trinta e cinco graus
Celsius), em meios de cultura do tipo endo, no prazo máximo de 24 (vinte e quatro)
horas (BRASIL, 2004). Coliformes fecais ou coliformes termotolerantes: são as
bactérias do grupo coliformes que apresentam as características do grupo, porém à
temperatura de incubação de 44,5ºC (quarenta e quatro e meio graus Celsius), mais
ou menos 0,2 (dois décimos) por 24 (vinte e quatro) horas (BRASIL, 2004).
Neste Trabalho o coliforme total foi determinado pelo método dos tubos
múltiplos do número mais provável (NMP), utilizando-se a lactose como meio de
cultura com produção de ácido, gás e aldeído à temperatura de 35,ºC ± 0,5 ºC, em
24- 48 horas. Já o coliforme fecal foi determinado pelo subgrupo das bactérias do
67
grupo coliforme que fermentam a lactose com produção de ácido e gás à
temperatura de 44,5 ºC ± 0,2 ºC, em 24 horas.
3.9.10. Ensaios de floculação
Os ensaios de floculação são utilizados em estações de tratamento de
água, visando determinar as condições ótimas de floculação, no que diz respeito às
dosagens de coagulantes e pH adequado para floculação.
O ensaio consiste na simulação dos processos de coagulação, floculação,
decantação e filtração de uma ETA. Um conjunto de seis jarros de vidro ou
polietileno é colocado sobre uma plataforma, com sistema de agitação que permite
variações de rotações no jarro de 0-300 rpm, e sistema de adição simultânea de
produtos químicos. A filtração é simulada usando-se sistema de filtração simples
com papel de filtro (filtração rápida).
3.10. Reagentes e soluções
Para a análise de metais, na preservação das amostras e na digestão, foi
utilizado o ácido nítrico (65%) do fabricante Merck.
Para as análises microbiológicas utilizou-se os seguintes meios de
cultura: solução de caldo lactosado de concentração dupla e solução de caldo verde
brilhante do fabricante Merck.
Na preservação das amostras para análise de DQO e fósforo total foi
utilizado o ácido sulfúrico 95-97 % p.a. ISO, fabricante Merck.
Os padrões de calibração do medidor de pH foram as soluções tampão
pH 7,00 ± 0,007 e pH 4,00 ± 0,007, do fabricante Isosol.
Para a calibração do Turbidimetro foi utilizado o padrão formazina 4.000
NTU, fornecido pelo fabricante Policontrol.
68
Para a calibração do Colorímetro Aquacolor foi utilizado o padrão de Cor
500 uC fornecido pelo fabricante Policontrol.
As soluções foram preparadas utilizando-se água destilada, exceto para
metais, que foi utilizada água destilada e deionizada.
3.11. Instrumentação
As análises de metais foram realizadas no Laboratório Central da
Gerência de Qualidade da COMPESA (GQL), na cidade de Recife, utilizando como
metodologia de referência o Standard Methods for Examination of Water and
Wastewater, 21a (2005), aplicando a técnica de Espectrofotometria de Absorção
Atômica por Chama e Forno Grafite. O equipamento utilizado foi o SpectrAA modelo
220FS – marca Varian (Figura 3.26. A,B,C).
A
69
Figura 3.26 (A,B,C) - Espectrofotômetro de Chama e Forno Grafite
A preservação das amostras e a digestão foram feitas com ácido nítrico
(65%) da Merck. O forno microondas utilizado para realizar a digestão das amostras
foi o modelo DGT 100 plus do fabricante Provecto Analítica (Figura 3.27).
C
B
70
Figura 3.27. Forno microondas utilizado na digestão de amostras para análise
de metais
As análises de Sólidos Totais também foram realizadas na GQL (Gerência
de Qualidade) pelo método gravimétrico.
As análises de DBO, DQO, Nitrogênio Total, Fósforo Total e Sólidos
Suspensos Totais foram realizadas no ITEP (Instituto de Tecnologia de Pernambuco
– Recife/PE) de acordo com o Standard Methods for Examination of Water and
Wastewater, 21a (2005).
As análises de Cor, Turbidez, pH e bacteriológico foram realizadas no
Laboratório Regional de Controle de Qualidade em Arcoverde-PE.
O equipamento utilizado para determinação de Cor foi o Aquacolor da
Policontrol e, para determinação da Turbidez foi o Turbidímetro Policontrol, modelo
AP 2000 (Figura 3.28).
71
Figura 3.28. Turbidímetro AP 2000 e Aquacolor Policontrol
As análises bacteriológicas foram realizadas no Laboratório de Controle
de qualidade da água em Arcoverde. Os instrumentos utilizados para esta análises
foram autoclave, estufa de incubação e estufa de esterilização (Figuras 3.29 e 3.30).
Figura 3.29. Estufa incubação e autoclave
72
Figura 3.30. Estufa de esterilização (marca FANEM)
O equipamento utilizado para os ensaios de floculação foi o Jar test –
Policontrol - modelo Floc Control II. Composto por seis (06) béqueres de polietileno,
um (01) sistema de agitação com faixa de rotação de 0 – 150 rpm e um sistema de
adição simultânea de soluções (Figura 3.31 A,B).
A
73
Figura 3.31 (A,B) Jar test – Policontrol (modelo Floc Control II)
O equipamento utilizado para medição de pH foi o potenciômetro modelo
DM20 (Digimed).
B
74
CAPÍTULO IV
RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1. Considerações iniciais
A exposição dos resultados tem como primeiro ponto a caracterização da
área determinada para estudo, ou seja, apresentar as especificações técnicas da
Estação de Tratamento de Água de onde foram levantados os dados dos resíduos,
no intuito de obter uma visão ampla dos processos que envolvem sua geração.
Posteriormente, são também apresentados os dados de qualidade da água bruta e
da água tratada. Por fim, os resultados das análises executadas que caracterizam e
quantificam o lodo da ETA e as principais ações de minimização destes resíduos
associadas aos custos/benefícios.
O objetivo principal deste trabalho está voltado para a caracterização e
quantificação do lodo gerado nos decantadores e filtros. Portanto, as avaliações da
qualidade da água bruta e água tratada foram abordadas visando apenas os
parâmetros Turbidez e Cor, no qual refletem sua influência direta na qualidade do
lodo e são monitorados com uma freqüência significativamente maior.
4.2. Dados operacionais da ETA de Buíque
Estão abaixo relacionados os principais dados operacionais da Estação de
Tratamento em estudo. As informações foram extraídas dos relatórios internos da
empresa.
Tipo de Manancial: superficial / barragem de acumulação
Nome do manancial de superfície: Açude Mulungu
75
Capacidade do açude: 1.228.670 m3.
Tipo de captação: gravidade
Vazão de operação: 98,71 m3.h-1 (27,42 L.s-1)
Horas de funcionamento: 24 h.dia-1
Processos e operações da ETA: pré-oxidação/desinfecção; mistura rápida
(coagulação); floculação; decantação; filtração rápida descendente
Tecnologia: tratamento convencional (ciclo completo)
Unidade de mistura rápida: placa de orifício
Unidade de floculação: 02 floculadores (alabama)
Unidade de decantação: 02 decantadores (modular)
Unidade de filtração: 03 filtros (rápido descendente)
Reservatório de água tratada: reservatório elevado com 500 m3 de capacidade
Macro-medição da água bruta/tratada: não possui macro-medidores
Volume consumido por economia: 20 m3
Número de economias: 2.988
População abastecida: 13.180 habitantes
Cobertura do serviço: 26%
Índice de perda de água: 43,95%
A Figura 4.1 demonstra uma visão geral do tratamento e os principais
processos envolvidos, sendo que F1, F2 eF3 indicam os (03) três filtros, DEC1 e
DEC2 indicam os (02) dois decantadores e FLOC1, FLOC2 representam os (02) dois
floculadores que constituem as unidades de tratamento.
76
Figura 4.1. Unidades de tratamento da ETA de Buíque
4.3. Características do manancial e dados de monitoramento
O manancial de superfície de onde é captada a água que é tratada pela
ETA de Buíque é classificado conforme Resolução CONAMA nº 357/05 como água
doce, classe 3, destinada ao abastecimento doméstico após tratamento
convencional.
Os dados do manancial monitorados pela empresa atendem parcialmente
a legislação vigente. Até o presente momento são determinados os parâmetros Cor
e Turbidez da água bruta, decantada e tratada. O monitoramento da Cor e Turbidez
é executado diariamente a cada 2 horas na própria unidade de tratamento, as
análises são realizadas pelos operadores da ETA. É realizado também o
monitoramento semestral dos parâmetros físico-químicos e metais preconizados
pela Portaria Federal Nº 518 de 2004 do Ministério da Saúde.
FLOC 1 FLOC 2
DEC 1 DEC 2
F 2 F 3 F 1
77
4.3.1 Monitoramento físico-químico
A Tabela 4.1 indica os valores médios anuais e os valores médios dos
períodos de chuva (setembro a fevereiro) e estiagem (março a agosto) do ano de
2007 e 2008 para a Cor e Turbidez da água bruta. As Figuras 4.2 e 4.3 apresentam
graficamente o comparativo da variação média mensal dos anos 2007 e 2008 para
Turbidez e Cor, respectivamente.
Tabela 4.1. Qualidade da água bruta (Açude Mulungu)
Parâmetros Turbidez (NTU) Cor (mg Pt-Co. L-1)
2007 2008 2007 2008
Média anual 24,9 40,8 251,5 268,2
Média (set – fev) 26,9 34,4 346,4 264,5
Média (mar – ago) 23,0 41,5 194,6 273,8
Fonte: COMPESA – Laboratório de Arcoverde
Turbidez - Água Bruta
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez
Período
Va
lore
s M
éd
ios
de
Tu
rbid
ez
(NT
U)
20072008
Fonte: Compesa
Figura 4.2. Variação da média mensal da Turbidez da água bruta
78
Cor - Água Bruta
0
100
200
300
400
500
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez
Período
Va
lore
s M
éd
ios
de
Co
r (m
g P
t-C
o/L
)
20072008
Fonte: Compesa
Figura 4.3. Variação da média mensal da Cor da água bruta
O que se pode verificar de acordo a Tabela 4.1 e as Figuras 4.2 e 4.3 é
que existe uma sazonalidade ao traçar o perfil das concentrações de Turbidez e Cor.
Estes parâmetros dependem do fator natureza que altera significativamente durante
os períodos de chuva e/ou estiagem. Outro fator bastante influente é a concentração
de alguns metais que estão presentes neste manancial, a depender do período, ferro
e manganês interferem sensivelmente na cor da água. Nos meses de setembro,
outubro e novembro de 2007 não foram efetuadas as análises de Cor. Nos meses
de novembro e dezembro de 2008 não constam os resultados devido ao projeto ter
sido finalizado no mês de outubro deste mesmo ano.
4.3.2. Avaliação de metais presentes na água bruta
Os parâmetros investigados para as análises de metais na água bruta
são: alumínio, ferro, manganês, chumbo, cobre, cádmio, cromo e zinco. Os
resultados foram expressos em mg.L-1. A Tabela 4.2 apresenta os resultados para
os meses de agosto, setembro e outubro de 2008.
79
Tabela 4.2. Resultados para os metais analisados na água bruta
Metais
Concentrações (mg.L-1)
Agosto/08 Setembro/08 Outubro/08
Fe 3,63 3,91 3,97
Mn < 0,05 0,06 0,11
Zn < 0,05 < 0,05 < 0,05
Cu < 0,05 < 0,05 < 0,05
Cd < 0,004 < 0,004 < 0,004
Cr 0,01 < 0,005 < 0,005
Pb 0,01 < 0,005 < 0,005
Al 2,90 2,35 1,34
Os metais que apresentaram concentrações consideráveis foram: ferro,
alumínio e manganês. O Fe e o Mn são metais que presentes na água bruta
dificultam bastante seu tratamento, sendo necessário removê-los no início do
processo. Para removê-los, é utilizada uma pré-oxidação com cloro. No caso da ETA
Buíque, utiliza-se o cloro gasoso em cilindros de 900 kg com uma vazão de 2 kg.h-1.
4.3.3. Monitoramento hidrobiológico
O artigo 5º da Portaria Nº 518/04 MS preconiza que ao exceder o número
de 20.000 células.mL-1 de cianobactérias na água do manancial, no ponto de
captação durante o monitoramento semestral, será exigida a análise semanal de
cianotoxinas na água na saída do tratamento e nas entradas (hidrômetros) das
clínicas de hemodiálise e indústrias de injetáveis, sendo que esta análise pode ser
dispensada quando não houver comprovação de toxicidade na água bruta por meio
da realização semanal de Bioensaios em camundongos.
A Tabela 4.3 indica o Monitoramento Hidrobiológico na amostra de água
bruta do Açude Mulungu no ano de 2007 e 2008, com seus respectivos resultados
de concentração de organismos (cel.mL-1) para cada mês. O ano de 2007 foi
80
caracterizado pelo monitoramento mensal, enquanto que o período de 2008 ocorreu
apenas o cumprimento da Portaria Nº 518/04 MS com uma avaliação semestral.
Tabela 4.3. Qualidade hidrobiológica da água bruta (Açude Mulungu)
Ano 2007 2008
Mês Concentração
(cel.mL-1) Toxicidade Concentração
(cel.mL-1) Toxicidade
Jan
< 10.000 Não realizada
< 10.000 Não realizada
Fev Mar Abri Mai Jun Jul > 20.000 Não detectada Ago > 10.000 Não realizada Set
< 10.000 Não realizada Out Nov Dez
Fonte: COMPESA – GQL * Apenas para valores acima de 20.000 cel.mL-1é obrigatória a análise de Toxicidade através de Bioensaio com camundongos (Portaria 518/04 M/S).
No segundo semestre do ano de 2007 foram detectadas florações de
cianobactérias com concentrações acima de 10.000 cel.mL-1, entretanto, não foram
observadas toxicidades (efeitos deletérios) na amostra testada através do método de
Bioensaios com camundongos. Para o período de 2008, as concentrações não
superaram o valor preconizado como limite de segurança pela legislação.
O grupo detectado pelas análises hidrobiológicas realizadas foram as
Cianofíceas e os principais organismos encontrados foram:
� Aphanizonema � Merismopedia
� Aphanocapsa � Microcystis
� Coelomoron � Planktolyngbya
� Cylindrospermopsis � Planktothrix
� Geitlerinema � Raphidiopsis
81
4.4. Qualidade da água tratada distribuída
4.4.1. Monitoramento físico-químico
A Tabela 4.4 indica os valores médios anuais e os valores médios dos
períodos de chuva (setembro a fevereiro) e estiagem (março a agosto) do ano de
2007 e 2008 para a Cor, Turbidez e Cloro Residual Livre (CRL) da água tratada
coletada na saída do reservatório. As Figuras 4.4 e 4.5 apresentam graficamente o
comparativo da variação média mensal dos anos 2007 e 2008 para Turbidez e Cor
respectivamente. Para garantir o valor mínimo determinado pela legislação de 0,2
mg.L-1. de Cloro Residual Livre e a qualidade bacteriológica em qualquer ponto da
rede de distribuição, é estipulado o valor de 3,0 mg.L-1 de CRL na saída do
reservatório.
Tabela 4.4. Qualidade da água tratada (saída da ETA)
Parâmetros
Turbidez (NTU) Cor (mg Pt-Co. L-1) CRL (mg.L-1.)
*VMP: 5 uT *VMP: 15 uC ≥ 0,5
2007 2008 2007 2008 2007 2008
Média anual 2,18 2,85 11,06 8,88 2,94 2,92
Média (set – fev) 2,47 2,09 12,73 5,76 2,90 2,98
Média (mar – ago) 1,89 3,36 9,95 10,95 2,91 2,93
*VMP: valor máximo permitido (Portaria Nº 518/04 MS) CRL: cloro residual livre uT: unidade de turbidez / uC: unidade de cor
82
Turbidez - Água Tratada
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out nov Dez
Período
Val
ore
s M
éd
ios
de
Tu
rbid
ez
(NTU
)20072008
Fonte: COMPESA – GQL
Figura 4.4. Variação mensal da Turbidez da água tratada da ETA de Buíque
Cor - Água Tratada
0
5
10
15
20
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out nov Dez
Período
Val
ore
s M
éd
ios
de
Co
r (m
g P
t-C
o/L
)
2007
2008
Fonte: COMPESA – GQL
Figura 4.5. Variação mensal da Cor da água tratada da ETA de Buíque
83
De acordo com o que determina a Portaria Nº 518 do Ministério da Saúde
de 2004, os valores de Cor, Turbidez e CRL na saída do tratamento, após
desinfecção são respectivamente, 15 (uC), 5 (uT) e CRL ≥ 0,5 mg.L-1. Observando
apenas a média anual da Tabela 4.4, pode-se dizer que a ETA de Buíque
apresentou-se dentro dos valores exigidos como padrão de potabilidade. O
monitoramento da água na saída do tratamento é executado diariamente a cada
duas horas pelos operadores da ETA.
4.4.2. Avaliação de metais na água tratada
Os parâmetros investigados para as análises de metais na água tratada
são: alumínio, ferro, manganês, chumbo, cobre, cádmio, cromo e zinco. Os
resultados foram expressos em mg.L-1. A Tabela 4.5 apresenta os resultados para
os meses de agosto, setembro e outubro de 2008.
Tabela 4.5. Resultados para os metais analisados na água tratada
Metais
Concentrações (mg.L-1) Portaria 518/MS
Agosto/08 Setembro/08 Outubro/08 * VMP
Fe 0,65 0,79 0,56 0,3
Mn < 0,05 < 0,05 0,05 0,1
Zn < 0,05 < 0,05 < 0,05 5,0
Cu < 0,05 < 0,05 0,05 2,0
Cd < 0,004 < 0,004 < 0,004 0,005
Cr 0,01 0,02 < 0,005 0,05
Pb 0,01 < 0,005 < 0,005 0,01
Al 3,24 4,47 2,39 0,2
*VMP: valor máximo permitido (Portaria nº518 MS/04)
84
Os metais que apresentaram concentrações consideráveis foram: ferro e
o alumínio. Sendo que a concentração dos metais Fe e Al estão fora dos padrões de
potabilidade estabelecidos na Tabela 5, Artigo 16º da Portaria Nº 518 do Ministério
da Saúde de 2004.
Na Tabela 4.5, constam os resultados encontrados nas análises e os
valores máximos permitidos pela Legislação. A utilização de sulfato de alumínio
como coagulante, quando utilizado sem o devido acompanhamento de sua dosagem
ideal, acaba proporcionando o efeito inverso ao objetivo do tratamento. Comparando
os valores encontrados na água bruta (Tabela 4.2) com os resultados para água
tratada, percebe-se um aumento na concentração destes metais, o que se
caracteriza como contaminação e risco para a saúde humana e de animais.
4.5. Caracterização do lodo do decantador
A caracterização do lodo gerado no decantador foi realizada mediante as
análises de pH, DBO, DQO, Fósforo Total, Nitrogênio Total, Sólidos Totais, Metais,
Bacteriológicas, Cor e Turbidez. Os resultados encontrados estão abaixo
relacionados a seguir por grupo.
a) Sólidos Totais, Sólidos Suspensos Totais e Sólidos Sedimentáveis
A determinação da concentração de sólidos no lodo de ETA é uma das
principais análises a serem feitas com o objetivo de realizar sua caracterização e
quantificação.
A característica orgânica ou inorgânica do lodo, a produção de matéria
seca e o direcionamento para escolha das alternativas de tratamento e disposição
do lodo, são todos justificados pela determinação do teor de sólidos. A Tabela 4.6
apresenta os resultados encontrados para a concentração de sólidos totais, sólidos
85
suspensos totais e sólidos sedimentáveis para o lodo proveniente dos decantadores
01 e 02.
Tabela 4.6. Resultados dos sólidos para o lodo dos decantadores
Data da coleta Decantador 1 (mg.L-1) Decantador 2 (mg.L-1)
ST SST SS (mL.L-1) ST SST SS (mL.L-1)
25/08/08 (Ago) 7.296 7.430 900 4.140 4.110 220
30/09/08 (Set ) 9.270 9.750 800 2.412 2.095 200
06/10/08 (Out) 3.328 3.010 270 5.230 5.025 750
Média 6.631 6.730 657 3.927 3.743 390
Média D1/D2 5.279 5.237 524
ST: sólidos totais; SST: sólidos suspensos totais; SS: sólidos sedimentáveis. Média D1/D2: média geral para os resultados dos Decantadores 1 e 2.
De acordo com os resultados supracitados na Tabela 4.6, tem-se que o
valor médio encontrado para a concentração de sólidos totais no lodo do decantador
foi de 5.279 mg.L1. O que confere com os dados de literatura (Richter, 2001) que
definem um a faixa de 1.000 a 40.000 mg.L1 ou 0,1 a 4,0 %.
A Tabela 4.7 apresenta os mesmos dados em porcentagem, convergindo
com os dados fornecidos pela literatura pesquisada (Richter, 2001), média de 0,53%
de sólidos totais para os resultados encontrados dos decantadores 1 e 2.
Tabela 4.7. Percentual de sólidos totais nas amostras de lodo dos decantadores
Data da coleta Decantador 1 (mg.L-1) Decantador 2 (mg.L-1)
ST % ST %
25/08/08 (Ago) 7.296 0,73 4.140 0,41
30/09/08 (Set ) 9.270 0,93 2.412 0,24
06/10/08 (Out) 3.328 0,33 5.230 0,52
Média 6.631 0,66 3.927 0,39
Média D1/D2 5.279 0,53
ST: sólidos totais; Média D1/D2: média geral para os resultados dos Decantadores 1 e 2.
86
A Tabela 4.8 apresenta os valores encontrados para as análises de
sólidos totais fixos e sólidos totais voláteis. Estas análises têm como objetivo
determinar as características inorgânica ou orgânica do lodo.
Tabela 4.8. Relação entre sólidos suspensos e sólidos totais voláteis
Data da coleta Decantador 1 (mg.L-1) Decantador 2 (mg.L-1)
STF STV % STV STF STV % STV
25/08/08 (Ago) 5.344 1.952 27 3.386 754 18
30/09/08 (Set ) 6.598 2.673 29 1.642 770 32
06/10/08 (Out) 2.320 1.008 30 3.782 1.448 28
Média 4.754 1.877 28 2.937 991 25
Média D1/D2 3.845 1.434 27
STF: sólidos totais fixos; STV: sólidos totais voláteis; %SVT: percentual de sólidos totais voláteis. Média D1/D2: média geral para os resultados dos Decantadores 1 e 2.
A partir dos resultados demonstrados pela Tabela 4.8, pode-se observar o
caráter inorgânico do lodo em análise, concordando com os dados citados por
Richter (2001), devido à predominância do valor de sólidos totais fixos em relação
aos sólidos totais voláteis, apresentando, portanto, uma pequena porção
biodegradável e prontamente oxidável em torno de 27% de compostos voláteis. Por
diferença, tem-se 73% de sólidos totais fixos.
Segundo a Resolução CONAMA Nº 357/2005, os efluentes de qualquer
fonte poluidora somente poderão ser lançados, direta ou indiretamente, nos corpos
d’água desde que obedeçam às condições e padrões exigidos em seu artigo 34º.
Observando a atual forma de lançamento do lodo do decantador e da água de
lavagem dos filtros, apesar de serem lançados no solo, não deixam de ser um
efluente potencialmente tóxico, podendo contaminar mananciais subterrâneos ou
superficiais próximos a estes lançamentos. Portanto, comparando os resultados
encontrados para sólidos sedimentáveis, média de 524 mL.L-1 (Tabela 4.6) com o
que preconiza o artigo nº 34 da Resolução CONAMA 357/05, todos os resultados
estão fora do limite determinado (1mL.L-1).
87
b) Nitrogênio Total, Fósforo Total, DBO, DQO, pH
Os parâmetros nitrogênio e fósforo total, DBO, DQO e pH são importantes
indicadores estabelecidos para caracterizar o resíduo das ETAs. Através das
análises é possível se ter uma noção do grau de poluição e dos impactos que
podem ser gerados no meio ambiente com o lançamento dos resíduos sem
tratamento prévio e adequado.
A partir do diagnóstico dos resultados para as análises mencionadas e,
dependendo das características, os resíduos de ETA podem estar potencializando a
degradação do meio ambiente e a perda da qualidade de vida das comunidades que
estão próximas à área onde estes lançamentos são realizados.
A Tabela 4.9 apresenta os resultados para as análises de nitrogênio e
fósforo total, DBO, DQO e pH realizadas nos lodos dos decantadores 01 e 02 da
ETA de Buíque.
Tabela 4.9. Resultados de N, P, DBO, DQO e pH para o lodo dos decantadores
Parâmetros Decantador 1 (mg.L-1) Decantador 2 (mg.L-1) Set Out Média Set Out Média
DBO 113 71 92 117 109 113 DQO 495 670 582 904 756 830 Nitrogênio Total 10,4 14,6 12,5 7,5 11,6 9,6 Fósforo Total 2,13 2,45 2,29 8,6 2,38 5,5 pH 4,3 3,6 3,95 4,2 3,3 3,8
De acordo com Von Sperling (1988), a elevada relação entre DQO e DBO
indica a predominância de material não biodegradável, o que pode ser observado na
Figura 4.6. A média geral da relação DQO/DBO (7,1), encontrada entre os
decantadores 1 e 2 para os meses de setembro e outubro de 2008, mostra que o
lodo tem um conteúdo orgânico bastante estável e baixa biodegradabilidade,
característica que anteriormente foi observada a partir dos resultados da
concentração dos sólidos voláteis em relação aos sólidos totais fixos.
88
Relação DQO/DBO para o decantadores 1 e 2
6,1
8,2
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
9,0
10,0
set/08 out/08Período
D1D2Média
Figura 4.6. Relação DQO/DBO para o lodo dos decantadores 1 e 2 da ETA
Buíque
c) Bacteriológico
Com relação aos agentes patogênicos, os resultados dependem das
condições sócio-ambientais e econômicas de cada região onde está localizada a
ETA. Não existe uma caracterização generalizada para este parâmetro, cada ETA
possui um comportamento, sendo este também influenciado pelas condições
operacionais e tratamentos disponibilizados para a água. A Tabela 4.10 mostra os
resultados encontrados para os decantadores 1 e 2 da ETA Buíque.
Tabela 4.10. Resultados bacteriológicos para o lodo dos decantadores
Parâmetros Decantador 1 (NMP.100mL-1) Decantador 2 (NMP.100mL-1)
Set Out Set Out Coliformes totais - Ausência - Ausência Escherichia coli 28.000 Ausência 14.000 Ausência
89
Os resultados apresentam uma baixa concentração e/ou ausência destes
microorganismos no lodo, este comportamento se deve ao fato de que no tratamento
da água aplica-se cloro gasoso no início do processo, como forma de pré-oxidação
do ferro e manganês presentes em concentrações significativas e que devem ser
removidos.
d) Metais
Os parâmetros que foram investigados para as análises de metais no lodo
dos decantadores são: alumínio, ferro, manganês, chumbo, cobre, cádmio, cromo e
zinco. Os resultados foram expressos em mg.kg-1. A Tabela 4.11 apresenta os
resultados para os meses de agosto, setembro e outubro de 2008.
Tabela 4.11. Resultados para os metais analisados no lodo gerado pelos
decantadores
Metais
Concentrações (mg.kg-1)
Agosto/08 Setembro/08 Outubro/08 Média
Fe 9.292,08 15.155,60 11.397,04 11.948,24
Mn 150,28 111,58 76,43 112,76
Zn 8,12 6,39 4,81 6,44
Cu 5,72 2,22 1,47 3,13
Cd 0,11 0,24 0,09 0,15
Cr 7,79 6,76 4,39 6,31
Pb 5,56 3,92 21,94 10,47
Al 1.079,81 5.547,01 5.783,61 4.136,81
A partir dos resultados encontrados na Tabela 4.11, é possível avaliar a
concentração de metais presentes no lodo gerado nos decantadores para o período
de monitoramento proposto neste estudo. Os metais que se apresentaram em
concentrações consideráveis são: ferro, alumínio e manganês.
90
A presença do alumínio e ferro em concentrações bastante significativas
no lodo se deve à utilização do sulfato de alumínio como coagulante, o qual se
precipita nos decantadores na forma de hidróxido de alumínio. Os teores de Fe e Mn
se devem também às características da água bruta que é tratada na ETA
proveniente do açude Mulungu. Esta água bruta possui elevadas concentrações de
Fe e Mn, tomando-se como referência o monitoramento da concentração destes
metais na água bruta durante os meses de agosto, setembro e outubro de 2008,
tem-se a concentração média de 3,8 mg.L-1 e 0,1 mg.L-1 respectivamente.
4.6. Quantificação do lodo gerado nos decantadores da ETA-Buíque
A determinação da quantidade de lodo gerado pelos decantadores foi
estimada através do volume de lodo gerado medido in loco. O resultado está
expresso em g de matéria seca por m3 de água tratada.
A ETA Buíque possui 02 (dois) decantadores tipo modular, estes módulos
proporcionam uma taxa de aplicação de 120 m3 / m2 x dia e sua capacidade nominal
é de 105 m3.h-1. Cada decantador possui um volume total de 32,4 m3, entretanto,
para os cálculos de massa de lodo gerada é utilizado o volume vazio do decantador
após sua descarga, que é de 16,84 m3.
4.6.1. Cálculo da produção de sólidos em relação ao volume de água tratada
produzida
Para calcular a massa de sólidos em relação ao volume de água tratada
produzida foi adotada a média dos resultados das análises de Sólidos Totais dos
três meses de monitoramento (agosto/setembro/outubro) como referência (Tabela
4.6).
91
Tabela 4.12. Produção de lodo em relação ao volume de água tratada produzida
Mês Nº descargas (D1+D2)
Volume produzido
água tratada (m3.mês-1)
Volume lodo (m3)
Massa lodo (g)
Produção de lodo
(g de matéria seca – m3
água tratada) (g.m-3)
Agosto 62 69.707 1.044 5.512.046 79,07 Setembro 60 69.707 1.010 5.334.238 76,52 Outubro 62 69.707 1.044 5.512.046 79,07 Média 61 69.707 1.033 5.452.777 78,22
Cálculos:
Volume de Lodo: este dado é calculado a partir do volume vazio do decantador
após sua descarga do lodo. O volume para cada descarga é de 16,84 m3 de lodo.
Multiplicando o volume unitário de uma descarga de lodo no decantador pelo
número de descargas por mês para os dois decantadores, temos o volume total de
lodo gerado por mês.
Massa do lodo: este dado é calculado a partir da concentração média de sólidos
totais encontrada para o decantador 1 e decantador 2 conforme Tabela 4.6 (5.279
mg.L-1). A concentração média de sólidos totais é multiplicada pelo volume de lodo e
o resultado é igual à massa de lodo gerada.
Produção de sólidos (g de matéria seca por m3 de água tratada): este dado é
calculado dividindo-se a massa de lodo encontrada pelo volume produzido de água
tratada por mês.
De acordo com a Tabela 4.12, a média mensal da produção de sólidos, g
de matéria seca por m3 de água tratada produzida, para os três meses de
monitoramento na ETA Buíque foi de 78,22 g.m-3. A massa de lodo gerada somente
pelos decantadores é em média de 5,45 t.mês-1.
92
4.7. Caracterização e quantificação do volume de água de lavagem dos filtros
da ETA Buíque
A caracterização da água de lavagem dos filtros foi realizada mediante as
análises de pH, DBO, DQO, Fósforo Total, Nitrogênio Total, Sólidos Totais, Metais,
Bacteriológicas, Cor e Turbidez. Os resultados encontrados estão abaixo
relacionados e apresentados por grupo.
a) Sólidos Totais, Sólidos Suspensos Totais e Sólidos Sedimentáveis
A determinação da concentração de sólidos no lodo da ETA é uma das
principais análises a serem feitas com o objetivo de realizar sua caracterização.
A característica orgânica ou inorgânica do lodo, a produção de matéria
seca e o direcionamento para escolha das alternativas de tratamento e disposição
do lodo, são todos justificados pela determinação do teor de sólidos. A Tabela 4.13
apresenta os resultados encontrados para a concentração média de sólidos totais,
sólidos suspensos totais e sólidos sedimentáveis para a água de lavagem
provenientes dos filtros 01, 02 e 03 da ETA de Buíque.
Tabela 4.13. Resultados dos sólidos para a água de lavagem dos filtros
Data da coleta
Valores médios2
dos filtros 01, 02, 03 (mg.L-1)
ST SST SS
25/08/08 (Ago) 1.387 1.239 55
30/09/08 (Set ) 893 558 27
06/10/08 (Out) 1.157 727 20
Média 1.146 841 34
ST: sólidos totais; SST: sólidos suspensos totais; SS: sólidos sedimentáveis.
2 Estimados com base nas amostras coletadas 1 (um) minuto após o início da retrolavagem
93
De acordo com os resultados supracitados na Tabela 4.13, tem-se que o
valor médio encontrado para a concentração de sólidos totais na água de lavagem
dos filtros foi de 1.146 mg.L-1. Cujos valores estão dentro do esperado e definido por
Richter (2001), que define uma faixa de 40 a 1.000 mg.L-1 ou 0,004 a 0,1 %.
A Tabela 4.14 apresenta os mesmos dados em porcentagem,
confirmando os padrões estabelecidos e citados por Richter (2001), média de 0,11%
de sólidos totais para os três filtros.
Tabela 4.14. Percentual de sólidos totais nas amostras de água de lavagem dos filtros
Data da coleta Filtro 01 Filtro 02 Filtro 03
ST % ST % ST %
25/08/08 (Ago) 610 0,06 2.290 0,23 1.260 0,13
30/09/08 (Set ) 1.172 0,12 518 0,05 988 0,10
06/10/08 (Out) 1.622 0,16 1.056 0,11 794 0,08
Média 1.135 0,11 1.288 0,13 1.014 0,10
Média F1,F2,F3 1.146 0,11
Média F1, F2 e F3: média geral para os resultados dos filtros 1, 2 e 3.
A Tabela 4.15 apresenta os valores encontrados para as análises de
sólidos totais fixos e sólidos totais voláteis. Estas análises têm como objetivo
determinar as características inorgânica ou orgânica do lodo.
94
Tabela 4.15. Relação entre sólidos totais fixos e sólidos totais voláteis
Data da coleta
Valores médios
entre os filtros 01, 02 e 03
(mg.L-1)
STF STV % STV
25/08/08 (Ago) 813 322 28
30/09/08 (Set ) 943 345 27
06/10/08 (Out) 763 251 25
Média 840 306 28
STF: sólidos totais fixos; STV: sólidos totais voláteis; %SVT: percentual de sólidos totais voláteis.
A partir dos resultados demonstrados pela Tabela 4.15, pôde-se observar
o caráter inorgânico do lodo em análise, conforme citado por Richter (2001), devido
à predominância do valor de sólidos totais fixos em relação aos sólidos totais
voláteis. Apresentando, portanto, uma pequena porção biodegradável e prontamente
oxidável em torno de 28% de compostos voláteis.
b) Nitrogênio Total, Fósforo Total, DBO, DQO, pH
Os parâmetros nitrogênio e fósforo total, DBO, DQO e pH são importantes
indicadores estabelecidos para caracterizar o resíduo das ETAs. É possível se ter
uma noção do grau de poluição e dos impactos ambientais, que podem ser gerados
no meio ambiente, a partir do diagnóstico dos resultados para as análises citadas.
Após avaliação dos resultados para as análises mencionadas e
dependendo das características, os resíduos de ETA podem ser considerados um
fator a mais de contribuição para a degradação do meio ambiente e a perda da
qualidade de vida das comunidades que estão próximas às áreas de lançamentos
destes efluentes.
95
A Tabela 4.16 apresenta os resultados para as análises de nitrogênio e
fósforo total, DBO, DQO e pH realizadas na água de lavagem dos filtros 01, 02 e 03
da ETA de Buíque.
Tabela 4.16. Resultados de N, P, DBO, DQO e pH para o lodo dos filtros
Parâmetros Filtro 01 Filtro 02 Filtro 03
Média Set Out Set Out Set Out
DBO 11 32 16 44 21 54 30 DQO 128 188 184 208 168 244 187
N Total 4,8 3,6 6,2 9,6 5,0 2,2 5,2 P Total 0,45 0,98 2,05 1,27 1,46 0,65 1,1
pH 3,6 3,1 3,6 3,2 3,1 3,3 3,3
De acordo com Von Sperling (1988), a elevada relação entre DQO e DBO
indica a predominância de material não biodegradável, o que pode ser observado na
Figura 4.7. A média geral da relação DQO/DBO (7,7), encontrada entre os filtros 01,
02 e 03 para os meses de setembro e outubro de 2008, mostra que o lodo tem um
conteúdo orgânico bastante estável e baixa biodegradabilidade, característica que
anteriormente foi observada a partir dos resultados da concentração dos sólidos
voláteis em relação aos sólidos totais fixos (Tabela 4.15).
96
Relação DQO/DBO para os filtros 01, 02 e 03
10,4
5,0
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
set/08 out/08 Período
F1F2F3MÉDIA
Figura 4.7. Relação DQO/DBO para a água de lavagem dos filtros 01, 02 e 03 da
ETA Buíque
c) Bacteriológico
Com relação aos agentes patogênicos, utiliza-se o mesmo critério de
avaliação do lodo de decantador para água de lavagem dos filtros. Os resultados
dependem também das condições sócio-ambientais e econômicas de cada região
onde está localizada a ETA. Não existe uma caracterização generalizada para este
parâmetro, cada ETA possui um comportamento, sendo este também influenciado
pelas condições operacionais e tratamentos disponibilizados para a água.
A Tabela 4.17 mostra os resultados encontrados para a água de lavagem
dos filtros 01, 02 e 03 da ETA Buíque.
97
Tabela 4.17. Resultados bacteriológicos para a água de lavagem dos filtros
Parâmetros Filtro 01 (NMP.100mL-1)
Set Out Coliformes totais Ausência Ausência Escherichia coli Ausência Ausência Filtro 02 (NMP.100mL-1)
Set Out Coliformes totais Ausência Ausência Escherichia coli Ausência Ausência Filtro 03 (NMP.100mL-1)
Set Out Coliformes totais Ausência Ausência Escherichia coli Ausência Ausência
Explica-se a baixa concentração e/ou ausência destes microorganismos
na água de lavagem dos filtros pelo fato de no tratamento da água aplicar-se cloro
gasoso no início do processo como forma de pré-oxidação do ferro e manganês,
presentes em concentrações significativas.
O cloro gasoso aplicado no início do tratamento determina também a
desinfecção da água, sendo aplicado numa vazão de 2 kg.h-1 e produzindo uma
concentração de cloro residual livre no final do processo de 3 mg.L-1.
d) Metais
Os parâmetros que foram investigados para as análises de metais na
água de lavagem dos filtros são: alumínio, ferro, manganês, chumbo, Cobre, cádmio,
cromo e zinco. Os resultados foram expressos em mg.kg-1. A Tabela 4.18 apresenta
os resultados para os meses de agosto, setembro e outubro de 2008.
98
Tabela 4.18. Resultados para os metais analisados na água de lavagem dos
filtros
Metais
Concentrações (mg.kg-1)
Agosto/08 Setembro/08 Outubro/08
Fe 1.224,14 2.524,76 2.655,19 Mn 10,80 15,29 15,12 Zn 1,32 35,97 16,00 Cu 0,93 5,12 6,31 Cd 0,01 0,04 0,07 Cr 1,01 1,28 1,59 Pb 0,35 0,50 0,67 Al 152,44 1.159,15 895,80
A partir dos resultados encontrados na Tabela 4.18 é possível avaliar a
concentração de metais presentes na água de lavagem dos filtros para o período de
monitoramento proposto neste estudo. Os metais que apresentaram concentrações
consideráveis foram: ferro, alumínio, manganês e zinco.
A presença do alumínio e ferro em concentrações bastante significativas
no lodo se deve à utilização do sulfato de alumínio como coagulante, o qual se
precipita na forma de hidróxido de alumínio. O que não é retido nos decantadores é
posteriormente removido nos filtros. Os teores de Fe e Mn se devem também às
características da água bruta que é tratada na ETA proveniente do Açude Mulungu,
este manancial possui elevadas concentrações de Fe e Mn.
4.7.1. Cálculo da produção de sólidos em relação ao volume de água tratada
produzida
Para calcular a massa de sólidos descartados em relação ao volume de
água tratada produzida foi adotada a média dos resultados das análises de sólido
totais (Tabela 4.13) dos três meses de monitoramento (agosto/setembro/outubro de
99
2008) como referência. A Tabela 4.19 apresenta os parâmetros utilizados no cálculo
da massa do lodo.
Tabela 4.19. Cálculo da produção de sólidos em relação ao volume de água tratada produzida
Mês Nº
lavagens/mês (F1, F2, F3)
Volume produzido
água tratada (m3.mês-1)
Volume ALF (m3)
Massa lodo (g)
Produção de sólidos (g de matéria seca
por m3 de água tratada produzida )
(g.m-3)
Agosto 44 69.707 1.760 2.016.960 28,93
Setembro 44 69.707 1.760 2.016.960 28,93
Outubro 25 69.707 998 1.143.708 16,41
Média 38 69.707 1.506 1.725.876 24,76
ALF: água de lavagem de filtro
Cálculos:
Volume de água de lavagem de filtros: este dado é calculado a partir da fórmula
citada abaixo. O volume total de ALF gerada por mês é calculado tendo os dados
operacionais como tempo médio, velocidade e freqüência de lavagem dos filtros.
Além da área unitária dos filtros.
V= Va x Af x Tm X L ↔ V= 0,8 X 5,0 x Tm X N
V= Volume de água de lavagem dos filtros (m3.mês-1)
Va= velocidade ascensional da água de lavagem = 0,8 m.min-1
Af= área unitária dos filtros da ETA de Buíque = 5,0 m2
Tm= tempo médio de duração da lavagem (min)
N= nº total de lavagens dos filtros
100
Massa do lodo: este dado é calculado a partir da concentração média de sólidos
totais encontrada para os filtros 01, 02 e 03, conforme Tabela 4.14 (1.146 mg.L-1). A
concentração média de sólidos totais é multiplicada pelo volume de água de
lavagem dos filtros e o resultado é igual à massa de lodo gerada.
Produção de sólidos (g de matéria seca por m3 de água tratada): este dado é
calculado dividindo-se a massa de lodo encontrada pelo volume produzido de água
tratada por mês.
A média mensal da produção de sólidos g de matéria seca por m3 de
água tratada produzida para os três meses de monitoramento na ETA Buíque foi de
24,76 g.m-3. A massa de lodo gerada somente pela lavagem dos filtros foi em média
de 1,73 t.mês-1.
A Tabela 4.20 apresenta dados operacionais relevantes para a
caracterização dos resíduos gerados através dos filtros. O volume de água de
lavagem produzida, a freqüência e o tempo médio de lavagem dos filtros são dados
de controle operacional que permitem avaliar a eficiência dos filtros. A freqüência de
lavagem e o volume de água gasto dependem da qualidade do afluente ao filtro.
Tabela 4.20. Dados operacionais para a água de lavagem dos filtros da ETA
Buíque
Período Nº de lavagens (F 1,2,3)
Volume de água de
lavagem (m3)
Tempo médio de lavagem
(min)
Relação ALF/ Volume AT (%)
Ago 44 1.760 10,00 2,52 Set 44 1.760 9,87 2,52 Out 25 998 9,58 1,43
Média 38 1.506 9,82 2,16 Fonte: COMPESA – Laboratório de Arcoverde ALF: água de lavagem dos filtros / AT: água tratada
Em média, no período de monitoramento, foram realizadas 38 lavagens
incluindo os três filtros. A relação ALF/AT apresentou em média 2,16% o que condiz
com os dados citados por Richter (2001), onde o percentual de lodo encontra-se
entre 0,2 e 5% do volume de água tratada produzida.
101
4.8. Estimativa da produção de sólidos em relação ao volume de água tratada
produzida usando fórmulas empíricas
No item 4.7 estimou-se o volume (m3), a massa (t) e a produção de
sólidos em g de matéria seca por m3 de água tratada a partir das medições in loco.
Com o objetivo de propor um estudo comparativo entre valores medidos e resultados
teóricos, este item do trabalho pretende estimar através do uso de fórmulas
empíricas, citadas por autores distintos na literatura consultada, os parâmetros
massa do lodo e a produção de sólidos em g de matéria seca por m3 de água
tratada.
Para calcular a produção de sólidos gerados em relação ao volume de
água tratada foi adotada a média dos resultados de Cor e Turbidez dos três meses
de monitoramento (agosto/setembro/outubro de 2008) como referência, de acordo
com cada variável das fórmulas indicadas.
Segue abaixo os dados necessários utilizados como referência nos
cálculos de acordo com a proposta de cada autor.
dados:
P: produção de sólidos (g.m-3)
Valor médio de turbidez: 42,12 uT
Valor médio de Cor: 310,86 uC
K = coeficientes de precipitação para sulfato de alumínio: 0,26
D= dosagem de sulfato de alumínio: 70 mg.L-1
102
Resultados:
a) Fórmula de Kawamura (1991):
P = (1,5.T + kD)
P = (1,5 . 42,12) + (0,26.70)
P= 81,38 g.m-3
b) Fórmula do Water Research Center – WRC (1979):
P = (1,2.T + 0,07.C + K.D + A)
P = (1,2 . 42,12) + (0,07 . 310,86) + (0,17 . 70) + 0
P= 84,21 g.m-3
c) Fórmula da Amercan Water Association - AWA (1996):
P = 3,5.T 0,66
P= 3,5. (42,12)0,66
P = 40,83 g.m-3
d) Fórmula de Cornwell (1987):
P = (0,44.DSA + 1,5.T + A)
P = (0,44.70 + (1,5 . 40,12) + 0)
P = 93,99 g.m-3
e) Fórmula de Richter (2001):
P = 0,2.C + 1,3.T + K.D
P = (0,2 . 310,86) + (1,3 . 40,12) + (0,26 . 70)
P = 135,13 g.m-3
103
As Figuras 4.8 e 4.9 apresentam os resultados encontrados para a massa
do lodo em toneladas e a produção de sólidos em g de matéria seca por m3 de água
tratada produzida, calculadas a partir das fórmulas empíricas supracitadas.
Produção de sólidos
5,67 5,87
2,85
6,55
9,42
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
Kawamura WRC AWWA CORNWELL RICHTER
Fórmula
Ma
sa
de
Lo
do
(t)
Figura 4.8. Massa de lodo estimada a partir de fórmulas empíricas
Produção de sólidos
81,39 84,21
40,83
93,99
135,13
0,00
50,00
100,00
150,00
200,00
Kaw amura WRC AWWA CORNWELL RICHTER
Fórmula
g d
e m
até
ria
se
ca
/ m
3 de
ág
ua
tra
tad
a
Figura 4.9. Produção de sólidos estimada a partir de fórmulas empíricas
104
Analisando os resultados expressos nas Figuras 4.8 e 4.9, conclui-se que
existe uma variação significativa entre os resultados estimados mediante a proposta
de cada autor. Os valores ficaram entre 2,85 e 9,42 toneladas de lodo. E 40,83 a
135,13 g de matéria seca por m3 de água tratada.
4.9. Comparativo entre os valores teóricos e os valores medidos in loco da
massa de sólidos gerada nos decantadores e filtros
Partindo-se dos dados apresentados nos itens 4.7 e 4.8, que expressam
os resultados para os valores estimados a partir de medições in loco e os valores
avaliados a partir de cálculos teóricos baseados em fórmulas empíricas,
respectivamente, tem-se um quadro comparativo destas duas bases de dados.
A Tabela 4.21 apresenta os resultados para a massa total de lodo gerada
a partir da contribuição dos decantadores e da água de lavagem dos filtros. E a
Tabela 4.22 apresenta os resultados estimados com base nas fórmulas empíricas já
mencionadas.
Tabela 4.21. Massa Total de lodo gerada na ETA de Buíque
Mês
Decantadores Filtros Total
g.m-3 Massa
(t) g.m-3
Massa
(t) g.m-3
Massa
(t)
VLT/VAT
%
Agosto 79,07 5,51 28,93 2,02 108,01 7,53 4,02
Setembro 76,52 5,33 28,93 2,02 105,46 7,35 3,97
Outubro 79,07 5,51 16,41 1,14 95,48 6,66 2,93
Média 78,22 5,45 24,76 1,73 102,98 7,18 3,64
VLT: volume de lodo total VAT: volume de água tratada
105
Tabela 4.22. Massa total de lodo estimada através de fórmulas
Fórmulas Massa (t) g.m-3
Kawamura (1991) 5,67 81,39
WRC (1979) 5,87 84,21
AWWA (1996) 2,85 40,83
Cornwell (1987) 6,55 93,99
Richter 9,42 135,13
Medido 7,18 102,98
De acordo com os resultados apresentados, permite-se verificar uma
variação significativa entre os resultados estimados mediante as fórmulas propostas.
Portanto, esta consideração reafirma o caráter peculiar de cada sistema de
tratamento de água e as condições operacionais particularizadas a que são
submetidas. Esta observação revela a necessidade de não generalizar resultados e
de investir cada vez mais em estudos de caracterização de sistemas de tratamento
de água. As Figuras 4.10 e 4.11 apresentam de forma gráfica estes resultados,
complementando as observações realizadas.
P ro dução de só lido s
81,39 84,21
40,83
93,99
135,13
102,98
0,00
50,00
100,00
150,00
200,00
Kawamura WRC AWWA CORNWELL RICHTER M EDIDO
F ó rmula
Figura 4.10. Comparativo da produção de sólidos por m3 de água tratada (g.m3)
estimadas a partir de fórmulas empíricas e medição in loco
106
Produção de sólidos
5,67 5,87
2,85
6,55
9,42
7,18
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
Kawamura WRC AWWA CORNWELL RICHTER MEDIDO
Fórmula
Mas
a d
e L
od
o (
t)
Figura 4.11. Comparativo das massas de lodo (t) estimadas a partir de fórmulas
empíricas e medição in loco
4.10. Avaliação das oportunidades de minimização do lodo
Embora a presente pesquisa tenha se concentrado mais nos aspectos
caracterização e quantificação do lodo, por serem as principais atividades que
devem ser desenvolvidas inicialmente e servem como parâmetros para projetos de
recuperação, tratamentos, disposição etc, a análise das oportunidades de
minimização do lodo também é objetivo deste trabalho e busca, dentro de um curto
prazo, diminuir os impactos sócio-ambiental e econômico do sistema de tratamento
de água do município de Buíque.
Esbarrando na crua realidade do país, onde o tratamento de efluentes
não é incorporado nos projetos da maioria das indústrias brasileiras. E que o alto
custo desta atividade é o maior empecilho para a implementação da gestão
ambiental, baseada nestas considerações e no intuito de reduzir custos e impactos
sem esperar por projetos de alto investimento, colocou-se como objetivo deste
trabalho a análise e implementação de ações rápidas que possam minimizar os
impactos dos resíduos produzidos na ETA de Buíque.
107
Baseado nos fatores que influem consideravelmente na formação do lodo
de ETA sob os aspectos qualitativos e quantitativos, são elucidados na Figura 4.12
os interferentes e posteriormente são realizadas as considerações para cada fator
identificado.
Figura 4.12. Fatores que determinam à formação do lodo de ETA Considerações: a) Qualidade da água bruta
A característica da água bruta utilizada no sistema de tratamento do
município de Buíque, com exceção do parâmetro alumínio, daqueles monitorados
pela Compesa, encontram-se dentro dos limites estabelecidos pela Resolução
CONAMA 357/05 para águas doces classe 3, demonstrando compatibilidade com a
tecnologia de tratamento utilizada.
LODO DE ETA
Decantador + Filtro
Qualidade da água bruta
Produto químico
Condições operacionais
Perdas / desperdício
Tecnologia de tratamento
CAUSAS
EFEITO
108
Para que a qualidade da água bruta mantenha-se dentro dos padrões
exigidos por lei é necessário que a Compesa exerça seu dever de proteger o
manancial e implementar condições adequadas de captação e adução da água para
que não seja alterada sua qualidade.
b) Tecnologia de tratamento
A ETA de Buíque emprega a tecnologia de tratamento convencional, que
é compatível com as características da água bruta destinada ao abastecimento, de
acordo com as recomendações citadas em Di Bernado (2005) para os parâmetros
turbidez e cor.
c) Produtos químicos
A dosagem dos produtos químicos utilizados na ETA é um aspecto
bastante relevante quando se pretende amenizar os impactos sócio, ambiental e
econômico de um sistema de tratamento de água. A determinação correta da
dosagem que deve ser utilizada dos produtos químicos deve ser realizada com
relativa freqüência através de testes de bancada.
Como alternativas de redução do lodo é possível diminuir a quantidade de
sulfato de alumínio empregando um coagulante auxiliar (polímero), a quantidade de
sulfato adicionado na água bruta influi diretamente na quantidade de lodo gerado.
O sulfato de alumínio utilizado na ETA de Buíque é do tipo granulado,
fornecido em sacos de 25 kg e possui as características abaixo relacionadas na
Tabela 4.23
109
Tabela 4.23. Características do sulfato de alumínio fornecido pelo fabricante de
acordo com os requisitos estabelecidos em norma da ABNT-EB-2005 (1989)
Características Fornecedor
Alumínio total solúvel em água (Al2O3) - min. 14,3%
Ferro total solúvel em água como Fe2O3 – máx. 2,00%
Resíduo insolúvel - máx 5,20%
Basicidade - % em massa como Al2O3 - máx 0,10%
Fonte fornecedor: SULFNOR (Out/08)
O consumo médio de sulfato de alumínio no período de janeiro a outubro
de 2008 foi de 6.103 kg.mês-1. A dosagem aplicada durante todo este período foi de
aproximadamente 80 mg.L-1 o que corresponde na prática a 200 kg.dia-1.
Na primeira semana de novembro de 2008, foi implementado um sistema
de dosagem de polieletrólito (coagulante auxiliar), a partir dos testes de jarro. Foi
determinado a aplicação de 0,15 mg.L-1 do polímero, permitindo uma redução
significativa no uso do coagulante inorgânico (sulfato de alumínio) para 65 mg.L-1, o
que corresponde na prática a uma redução de 200 para 150 kg.dia-1. Esta iniciativa
reduziu não somente os custos com o produto químico, mas também diminui
significativamente a produção de lodo, deixando de usar 1,5 toneladas de sulfato no
mês e promovendo também uma melhoria na qualidade da água tratada.
d) condições operacionais
A água tratada na saída do reservatório apresenta pH abaixo do limite
mínimo recomendado pela Portaria nº 518/04 M/S (6,0 a 9,5), a água sofre
alterações em conseqüência do tratamento executado. A correção do pH faz-se
necessária não só para se atender a portaria que trata da potabilidade, mas também
para neutralizar a acidez da água e proteger as estruturas, equipamentos e as
tubulações contra a corrosão. Esta correção deve ser realizada com adição de
alcalinizante apropriado.
110
O acompanhamento da rotina operacional e o monitoramento freqüente
dos parâmetros de processos, incluindo as análises físico-químicas, bacteriológicas
e de metais permitem uma adequada operacionalidade evitando assim o desperdício
e a formação desnecessária de resíduos. Controles como de descargas de
decantadores, lavagem de filtros, dosagem de cloro e coagulantes, cor, turbidez da
água bruta, decantada e tratada devem ser cobrados e avaliados frequentemente.
As descargas dos decantadores devem ser efetuadas periodicamente de
acordo com a determinação das boas práticas operacionais, o não cumprimento
adequado das condições de descargas promove uma sobrecarga nas unidades de
filtração, tendo que se realizar um maior número de lavagens e consequentemente
mais lodo será formado e lançado no meio ambiente.
A lavagem dos filtros deve também obedecer às condições impostas pelo
responsável pelo tratamento para que sua eficiência seja máxima, evitando o
desgaste precoce do leito filtrante e a má qualidade da água tratada.
Uma possibilidade de diminuir a quantidade de resíduos nos filtros seria a
redução da vazão de captação, ou seja, a vazão de chegada da água bruta na ETA
é superior à capacidade nominal de tratamento dos floculadores, o que sobrecarrega
posteriormente a operação dos filtros. Diminuindo o arraste de flocos para os filtros
diminui-se o número de lavagens e consequentemente reduz-se a quantidade de
resíduo gerado. Esta operação não faz parte da política da empresa, portanto,
reduzir a vazão não foi considerado estratégia operacional.
e) perdas / desperdícios
No balanço hídrico realizado pelas empresas de saneamento, é
considerada como perdas a água utilizada no processo para lavagem de filtros,
remoção de lodo, lavagem de tanques de produto químico, vazamentos em
tubulações, equipamentos, e estruturas, e o extravasamento de reservatórios e
adutoras. A ETA de Buíque possui um índice alto de perdas, em torno de 44%. A
identificação e solução para estas perdas no sistema de distribuição são
consideradas complexas, sendo que a otimização do processo e o controle efetivo
destes fatores podem ser realizados mediante um planejamento operacional.
111
Consequentemente, controlando-se as perdas, existirá um controle também
relacionado à produção dos resíduos.
112
CAPÍTULO V
CONCLUSÕES FINAIS
As conclusões gerais desta pesquisa estão abaixo apresentadas e
seguem a ordem dos principais tópicos apresentados no desenvolvimento deste
trabalho:
Considerações sobre as condições técnicas e operacionais da ETA Buíque
� A água bruta utilizada como fonte de abastecimento e classificada como água
doce, classe 3, de acordo com a Resolução CONAMA nº 357/05, encontra-se
dentro dos padrões estabelecidos, com exceção para o alumínio que
apresenta concentração superior a 0,2 mg.L-1. Sua média anual da Cor e
Turbidez foi de 40,8 uT e 268,2 uC em 2008, respectivamente. A tecnologia
adotada pela ETA Buíque para o tratamento é compatível com as
características desta água, segundo (Di Bernado 2005);
� O ferro e manganês são metais presentes na água bruta em concentrações
significativas durante o ano todo e por esse motivo é aplicado no início do
processo um oxidante, o cloro gasoso. Este procedimento diminui o pH da
água tratada, em média, para valores inferiores a 5,0. É necessário que seja
implementado na rotina de tratamento uma correção do pH no final do
processo, não só para atender aos padrões de potabilidade exigidos pela
legislação, mas também para proteger os equipamentos, estruturas e
tubulações contra a corrosão.
� Com relação à água tratada, os parâmetros Cor e Turbidez apresentaram
médias anuais em conformidade com a Portaria nº 518/04 do Ministério da
113
saúde, mas os parâmetros Al e Fe estiveram acima dos valores máximos
permitidos. Um importante problema tem ocorrido não só nesta ETA, mas em
diversas outras unidades de tratamento, que é o aumento da concentração de
alumínio na água tratada. Ou seja, a água bruta possui menor concentração
em relação à água tratada e o problema está na aplicação desmedida do
coagulante. É necessário à otimização na dosagem deste produto químico, e
a solução é acompanhar as variações de cor e turbidez da água bruta e
aumentar a freqüência dos testes de jarro durante o ano;
� A preocupação com a concentração do alumínio fora dos padrões de
potabilidade está voltada para os riscos inerentes à saúde pública, mas
também para o fator econômico e ambiental. O valor do kg de sulfato de
alumínio custa em média R$ 0,88. Durante o projeto, foi implementada na
ETA um sistema de dosagem de coagulante auxiliar (polieletrólito catiônico)
com o objetivo de diminuir a dosagem aplicada de sulfato de alumínio. O
procedimento trouxe uma redução de 1,5 toneladas por mês de sulfato e em
termos financeiros uma economia de R$ 1.320,00. Além é claro, reduzindo o
coagulante, reduzem-se diretamente a carga de resíduos.
Aspectos qualitativos e quantitativos dos resíduos gerados na ETA Buíque:
� O lodo de ETA formado pelos decantadores e a água de lavagens dos filtros
possuem em sua composição o caráter inorgânico. Esta afirmativa baseia-se
nos resultados encontrados para a concentração de sólidos presentes nas
amostras analisadas. Os resíduos provenientes dos decantadores e filtros
apresentaram em média 73% de sólidos totais fixos e 27% de sólidos totais
voláteis, indicando um resíduo com baixa biodegradabilidade;
� O resultado para a porcentagem de sólidos totais nas amostras, tanto
provenientes dos decantadores como dos filtros, estão de acordo com o
114
previsto em citações bibliográficas: 0,11% para água de lavagem dos filtros e
0,53% para o lodo dos decantadores (Richter, 2001);
� A relação DQO/DBO, em média 7,7, confirma também o que já demonstraram
os resultados para sólidos, um conteúdo orgânico estável e a baixa
biodegradabilidade do lodo;
� Em relação aos resultados para sólidos sedimentáveis, todas as amostras
apresentaram-se fora dos padrões exigidos para lançamentos de efluentes,
artigo 34º da Resolução CONAMA nº 357/05. Os valores encontrados foram
em média 524 mL.L-1 para os decantadores e 34 mL.L-1 para a água de
lavagem dos filtros. O valor preconizado pela legislação é de 1 mL.L-1,
portanto, considera-se um resíduo de caráter poluidor e seu despejo
inadequado pode alterar as características do meio ambiente;
� Os resíduos de ETA analisados também apresentaram concentrações de
metais com índices significativamente elevados em relação aos padrões de
lançamento de efluentes. Os metais alumínio, ferro e manganês foram os que
tiveram índices consideráveis, média de 184,46 mg.L -1, 533,02 mg.L -1 e 3,22
mg.L -1 respectivamente para a água de lavagem dos filtros, e, para o lodo de
decantadores, 374,50 mg.L -1 (Al) 804,32 mg.L -1 (Fe) e 7,62 mg.L -1 (Mn).
Todos estes resultados devem-se ao emprego do coagulante inorgânico
sulfato de alumínio, que em sua composição também possui o metal ferro em
torno de 2%. Outra contribuição relevante para o resultado expressivo de Fe e
Mn no lodo da ETA é a presença desses metais em concentrações elevadas
na água bruta utilizada para o abastecimento;
� Apesar de neste estudo de caso, o lodo não ser lançado em corpos d’águas
superficiais, e sim no solo, este resíduo possui características potencialmente
poluidoras, podendo provocar alterações significativas no meio ambiente. A
contaminação do solo, de animais, de águas subterrâneas e a possibilidade
115
de ser arrastado pelas chuvas para fontes de água próximas ao seu
lançamento, são possibilidades reais de ocorrência;
� O lançamento deste efluente é feito em um terreno às margens de uma
rodovia estadual e bastante próximo a residências, sem nenhuma
preocupação com o meio ambiente e a saúde da população. A poluição é
visivelmente uma realidade e não somente neste caso, mas na maioria dos
sistemas de abastecimento de água do Estado de Pernambuco. Após as
considerações expostas, conclui-se que há necessidade de projetos urgentes
de adequação aos padrões de lançamentos de resíduos industriais. A
inviabilidade econômica é o fator que mais pesa no momento de traçar
investimentos nesta área. Entretanto, começar a implantar a cultura de
otimização e redução de perdas, considera-se um bom começo para redução
dos resíduos gerados nas ETAs. A Compesa tem investido tanto em pessoal,
quanto em projetos para viabilizar esta minimização de perdas em todas as
áreas. É louvável esta iniciativa e espera-se que em um futuro próximo, ações
mais enérgicas sejam estabelecidas.
116
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esgoto. 2 ed. Belo Horizonte: UFMG/DESA: Bloch, 1998.
123
GLOSSÁRIO
Barragem - qualquer obstrução em um curso permanente ou temporário de água,
ou talvegue, para fins de retenção ou acumulação de substâncias líquidas ou
misturas de líquidos e sólidos, compreendendo a estrutura do barramento, suas
estruturas associadas e o reservatório formado pela acumulação. Diques para
proteção contra enchentes e aterros-barragem de estradas também incluem-se
nessa definição.
Capacidade hidráulica - Vazão máxima relacionada com o dimensionamento
hidráulico da instalação, independentemente das condições sanitárias
Capacidade máxima - Vazão máxima que a ETA pode produzir, mantido o efluente
dentro dos padrões de potabilidade.
Capacidade nominal - Vazão, em condições normais de funcionamento, para a
qual a ETA é projetada
Decantadores - São unidades destinadas à remoção de partículas presentes na
água, pela ação da gravidade. Podem ser convencionais, ou de baixa taxa, e de
elementos tubulares, ou de alta taxa.
Economia: termo utilizado como sinônimo de residência, utilizado nos cálculos de
consumo de água realizados por empresas de saneamento.
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Estação de tratamento de água – ETA Conjunto de unidades destinado a adequar
as características da água aos padrões de potabilidade.
Etapas de construção - Ampliações sucessivas que podem ser feitas a fim de que
a ETA atenda, sem sobrecarga, às demandas impostas pelo consumo.
Floculadores - São unidades utilizadas para promover a agregação de partículas
formadas na mistura rápida.
Mistura rápida - Operação destinada a dispersar produtos químicos na água a ser
tratada, em articular no processo de coagulação, para o qual são destinadas as
disposições seguintes.
Período de detenção - Relação entre o volume útil, referido a determinada unidade
da ETA, e sua vazão.
Poço de sucção: é o compartimento de dimensões limitadas, de onde parte a
tubulação que conduz água para a bomba.
Registro - Dispositivo para controle da vazão de um sistema hidráulico.
Taxa de aplicação superficial - Relação entre a vazão, referida a determinada
unidade da ETA, e a área de sua superfície útil.
Tempo de funcionamento - Tempo necessário para que a ETA produza o volume
de água demandado em um dia.
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Unidade de estação de tratamento - Cada um dos elementos da ETA em que certo
processo de tratamento se realiza.
Vazão - Quantidade de fluído que a bomba deverá fornecer ao sistema. Unidades
mais comuns: m3.h-1, L.h-1, L.m-1, L.s-1.