Sistemas de Tratamento de Água para Abastecimento (ETA)

Introdução

A água constitui elemento essencial à vida vegetal e animal. O homem necessita de água de qualidade adequada e em quantidade suficiente para atender a suas necessidades, para proteção de sua saúde e para propiciar o desenvolvimento econômico.

Para seus diversos usos domésticos, a água deve ser potável, isto é, cristalina, fresca, inodora,  com certa quantidade de oxigênio dissolvido e teores reduzidos de substâncias estranhas. Deve ser capaz de dissolver o sabão, sem coagular-se, e cozinhar bem os legumes. Além do mais, não deve exalar odor por calefação, nem conter microorganismos patogênicos. Para beber, sua temperatura não deve ser inferior a 5°C, quando já se torna desagradável ao paladar.
Já as águas destinadas à indústria devem ter sua qualidade condicionada às características dos tipos de processamento e produtos das fábricas.
            Um sistema de abastecimento de água é o conjunto de obras, instalações e serviços, capazes de produzir e distribuir água a uma comunidade, em quantidade e qualidade compatíveis com as necessidades da população, para fins de consumo doméstico, serviços públicos, consumo industrial e outros usos. Caracteriza-se pela retirada da água da natureza, adequação de sua qualidade, transporte até os aglomerados humanos e fornecimento à população.

A construção de um sistema completo de abastecimento de água requer muitos estudos e pessoal altamente especializado. Para iniciar-se o trabalho é necessário definir:

1. a população a ser abastecida;
2. a taxa de crescimento da cidade e
3. suas necessidades industriais.

Com base nessas informações, o sistema é projetado para servir à comunidade, durante muitos anos, com a quantidade suficiente de água tratada.
            Os tipos de sistemas de abastecimento de água podem ser:
 Individuais: são mais indicados para regiões de moradias esparsas, como a zona rural. Geralmente nesses casos o abastecimento provém de lençóis subterrâneos, como poços e fontes. Devem ser seguidas uma série de recomendações para que este tipo de abastecimento ocorra de forma segura.
 Coletivos: são os mais recomendados para os centros urbanos. Possuem várias vantagens do ponto de vista sanitário, tais como:

1. mais fácil proteger o manancial;
2. mais fácil supervisionar um sistema do que fazer supervisão de grande número de mananciais e sistemas;
3. mais fácil controlar a qualidade da água consumida;
4. redução de recursos humanos e financeiros (economia de escala).

Partes constitutivas de um sistema de abastecimento de água
Um sistema de abastecimento de água geralmente compreende:

1. Manancial
2. Captação
3. Adução
4. Tratamento (ETA)
5. Recalque
6. Reservação
7. Distribuição
8. Ramal predial

A seqüência indicada não é obrigatória. Dependendo das características do manancial abastecedor, do uso dado a água e da topografia do terreno algumas etapas podem não ser necessárias.
O manancial é toda fonte de água usada para o abastecimento. Eles são classificados normalmente em três tipos:

1. Superficiais: é toda parte que escoa na superfície terrestre, como os rios, riachos, lagos, lagoas, reservatórios artificiais (açudes);
2. Subterrâneos: é a parte do manancial que se encontra totalmente abaixo da superfície terrestre, compreendendo o lençol freático raso e profundo. A captação nesses casos é feita normalmente através de poços rasos ou profundos, galerias de infiltração, nascentes, fontes de encosta.
3. Águas meteóricas: compreende a água existente na natureza na forma de chuva, neve ou granizo.

A captação é o conjunto de equipamentos e instalações utilizados para a tomada de água do manancial, com a finalidade de lançá-la no sistema de abastecimento. O tipo de captação varia de acordo com o manancial e com o
equipamento empregado:

1. superfície de coleta (água de chuva);
2. caixa de tomada (nascente de encosta);
3. galeria filtrante (fundo de vales);
4. poço escavado (lençol freático);
5. poço tubular profundo (lençol subterrâneo);
6. tomada direta de rios, lagos e açudes (mananciais de superfície).

A escolha das obras de captação deve ser antecedidas da avaliação de uma série de fatores, tais como: dados hidrológicos da bacia em estudo ou de bacias na mesma região; nível de água nos períodos de estiagem e enchente; qualidade da água; monitoramento da bacia, para localização de fontes poluidoras em potencial; distância do ponto de captação ao ponto de tratamento e distribuição; desapropriações; necessidade de elevatória; fonte de energia; facilidade de acesso.

            A adutora é o conjunto de tubulações, peças especiais e obras de arte, destinados a promover a circulação da água entre:

1. Captação e a Estação de Tratamento de Água (ETA);
2. Captação e o Reservatório de Distribuição;
3. Captação e a Rede de Distribuição;
4. ETA e o Reservatório de Distribuição;
5. ETA e a Rede de Distribuição.

A tubulação que deriva de uma adutora indo alimentar um setor qualquer da área a ser abastecida, é chamada sub-adutora.
As adutoras podem ser classificadas em função:

1. Da natureza da água transportada:
2. adutora de água bruta: transporta a água da captação até a Estação de Tratamento de Água;
3. adutora de água tratada: transporta a água da Estação de Tratamento de Água até os reservatórios de distribuição.
4. Da energia usada para movimentação da água:
   1. adução por gravidade;
   2. adução por recalque;
   3. adução mista: parte por gravidade e parte por recalque.
5. Do modo de escoamento:
   1. adução em conduto livre: mantém a superfície sob o efeito da pressão atmosférica. Os condutos podem ser abertos (canal) ou fechados. A água ocupa apenas parte da seção de escoamento, não funcionam à seção plena (totalmente cheios);
   2. adução em conduto forçado: a água ocupa a seção de escoamento por inteiro, mantendo a pressão interna superior à pressão atmosférica. Permite à água movimentar-se, quer em sentido descendente por gravidade quer em sentido ascendente por recalque, graças à existência de uma carga hidráulica.
   3. adução mista: parte em conduto forçado, parte em conduto livre.

O tratamento da água consiste em melhorar suas características organolépticas, físicas, químicas e bacteriológicas, a fim de torná-la adequada ao consumo humano.
Essas características são expressas em diversos parâmetros (índices físicos, químicos e biológicos), que têm seus valores máximos fixados, no Brasil, pela portaria n° 35, de 19 de janeiro de 1990, do Ministério da Saúde.
As águas de superfície são as que mais necessitam de tratamento, porque se apresentam com qualidades físicas e bacteriológicas impróprias e variando ao longo do tempo de acordo com a época do ano e o regime das chuvas.
Já as águas subterrâneas e as águas de nascente apresentam, na maioria das vezes, boa qualidade, onde com uma simples proteção do local de captação e cloração, pode-se consumir essas águas sem perigo. Mas é importante ressaltar que antes de se utilizar qualquer tipo de água deve-se realizar um estudo para identificar de forma segura qual a melhor forma de tratamento.
            Uma Estação de Tratamento de Água (ETA) é o local onde se realizam uma série de operações, de forma controlada, para se garantir a qualidade da água a ser distribuída.

Numa ETA convencional o tratamento da água se realiza através das seguintes etapas:

1. oxidação/aeração
2. correção do ph
3. coagulação/floculação
4. decantação/sedimentação
5. filtração
6. desinfecção
7. correção do ph
8. fluoretação

O primeiro passo é oxidar os metais presentes na água, principalmente o ferro e o manganês, que normalmente se apresentam dissolvidos na água bruta. Para isso, injeta-se cloro ou produto similar, pois tornam os metais insolúveis na água, permitindo, assim, a sua remoção nas outras etapas de tratamento. Além disso a adição de cloro funciona como uma desinfecção, destruindo muitos microorganismos e algas já nesta etapa. Já a aeração pode ser feita através de aeradores artificiais ou por agitação mecânica. Neste caso o ferro e manganês dissolvidos reagem com o oxigênio transformando-se num precipitado, possibilitando sua remoção por decantação ou filtração.
A correção do pH, utilizando-se normalmente a cal,  é feita para ajustar o pH da água  num ponto ótimo que proporcione a melhor formação de flocos na coagulação.
A coagulação tem por objetivo transformar as impurezas que se encontram em suspensão fina, em estado coloidal, e algumas que se encontram dissolvidas, em partículas que possam ser removidas posteriormente pela decantação (sedimentação) e filtração. A coagulação é realizada geralmente adicionando a água reagentes coagulantes, como o sulfato de alumínio ou o sulfato ferroso. O sulfato de alumínio normalmente é o produto mais utilizado, tanto pelas suas propriedades, como pelo seu menor custo.

Também podem ser usados outros compostos para auxiliar a coagulação. Os alcalinizantes, como o hidroxido de cálcio e de sódio,  o carbonato de sódio, são usados para conferir a alcalinidade necessária para a coagulação. Em algumas estações não é adicionado nenhum produto pois a alcalinidade natural da água já é suficiente. Já as substâncias coadjuvantes, como os polieletrólitos por exemplo, são utilizadas para melhorar a capacidade de floculação.
O processo envolve a dispersão do coagulante, sua reação com a alcalinidade para a formação do gel e a aglomeração dessa gelatina para a formação do floco. Geralmente os reagentes são aplicados por via úmida (o composto granulado é dissolvido em água e aplicado contando-se os ml/mim para se controlar a floculação).
A dosagem do coagulante ocorre no tanque de mistura rápida, que proporciona uma rápida homogeneização do mesmo no meio líquido. Já na  etapa seguinte, de floculação,  a agitação da água vai diminuindo gradualmente de forma a possibilitar a formação dos flocos e esses não serem destruídos pela agitação intensa da água nem se depositarem no fundo por uma agitação muito lenta.
Alguns fatores que influenciam numa boa floculação são:

1. pH
2. tempo de mistura
3. temperatura
4. grau de agitação da água

Então os flocos, ainda em suspensão são carreados pela água para a etapa seguinte onde irão sedimentar-se.
No decantador, os flocos gelatinosos em suspensão na água serão removidos por gravidade, sedimentando-se lentamente nos pontos de descarga no fundo do tanque de decantação, deixando a maior parte da água livre de partículas. Os decantadores podem ser do tipo convencional (baixa taxa) ou de escoamento laminar (elementos tubulares ou de placas) denominados decantadores de alta taxa.


Em uma E.T.A. convencional os decantadores são horizontais simples, geralmente retangulares ou circulares, que tem boa profundidade e volume , onde retém-se a água por longo tempo, o necessário para a deposição dos flocos. Em alguns locais pode-se observar decantadores verticais que tem um menor tempo de retenção da água, porem é necessário equipamentos como módulos tubulares que dificultam a saída dos flocos.
O decantador pode ser dividido em quatro zonas:

1. Zona de turbilhonamento: É a zona situada na entrada da água; observa-se nesta zona uma certa agitação onde a localização das partículas é variável.
2. Zona de decantação: Nesta zona não há agitação e as partículas avançam e descem lentamente.
3. Zona de ascensão: Os flocos que não alcançam a zona de repouso seguem o movimento da água e aumentam a velocidade.
4. Zona de repouso:  onde se acumula o lodo. Esta zona não sofre influencia da corrente de água do decantador em condições normais de operação.

O decantador deve ser lavado quando a camada de lodo tornar-se muito espessa, ou quando em processos descontínuos se iniciar a fermentação.
A decantação é o preparo para a filtração, quanto melhor for a decantação, melhor será a filtração. Para tanto a cor da água de ser baixa, 5 a 10 no máximo, e o decantador deve remover 90%, pelo menos, da turbidez encontrada na água bruta.
A saída da água é feita junto à superfície, e comumente por calhas dispostas, formando desenhos diversos e sobre cujos bordos superiores a água flui, constituindo esses bordos autênticos vertedouros.
Na filtração ocorre a remoção das partículas que não foram removidas na etapa de decantação. A filtração consiste em fazer a água passar por substâncias porosas capazes de reter e remover algumas de suas impurezas. Como meio poroso, emprega-se em geral camadas de areia ou camada de areia e antracito, sustentadas por camadas de seixos, sob as quais existe um sistema de drenos para recolher a água filtrada.

Durante a filtração ocorrem os seguintes fenômenos:

1. ação mecânica de coar;
2. sedimentação de partículas sobre grãos de areia;
3. floculação de partículas, que estava em formação, pelo aumento da possibilidade de contato entre elas;
4. formação de partículas gelatinosas na areia, promovida por microorganismos que aí se desenvolvem (filtro lento).

Os filtros podem ser classificados de acordo com sua velocidade ou sua pressão.

1. Pela velocidade de filtração:
   1. Filtros lentos: funcionam com taxa média de 4 m3/m2/dia;
   2. Filtros rápidos: funcionam com taxa média de 120m3/m2/dia.
2. Pela pressão:
   1. De pressão: fechados, metálicos, nos quais a água é aplicada sobre pressão (usado em piscinas e industrias);
   2. De gravidade: os mais comuns.

Na lavagem, a areia que constitui o leito filtrante deverá ser posta em suspensão ou expansão na água. A velocidade ascensional da água deverá ser suficiente para expandir a areia, mas insuficiente para carrega-la para a calha de coleta de água de lavagem. A lavagem e feita quando a entrada de água é maior que a saída provocando o acúmulo de água no filtro (afogamento). Porém essas condições variam de acordo com o funcionamento da ETA, como a turbidez da água bruta e decantada.
Se a operação for bem conduzida a água filtrada apresentará: remoção de materiais em suspensão e substâncias coloidais, redução de bactérias presentes em até 90%, alteração das características da água, deixando-a límpida.



A desinfecção é feita logo após a filtração, e tem a finalidade de eliminar microorganismos patogênicos da água, inclusive em relação a um eventual ponto de contaminação ao longo da rede, pois é dada uma dosagem de desinfetante de modo que se tenha um residual ao longo da rede até os pontos de utilização da água. Como medida de segurança, em casos de surtos epidêmicos a dosagem de desinfetante deve ser aumentada.


O cloro constitui o mais importante dentre todos os elementos (ozônio, iodo,prata) utilizados na desinfecção da água. Ele pode ser usado nos seguintes formatos:

1. Cloro líquido
2. Cal clorada
3. Hipocloritos

O cloro é aplicado na água por meio de diversos tipos de dosadores, que são aparelhos que regulam a quantidade do produto a ser ministrado, dando-lhe vazão constante.

Quando aplicado sob a forma gasosa, o acondicionamento do cloro gasoso é feito em cilindros de aço, com várias capacidades de armazenamento.
Pode ainda ser aplicado sob a forma líquida, proveniente de diversos produtos que libertam cloro quando dissolvidos na água. Os aparelhos usados nesse caso são os hipocloradores e as bombas dosadoras.
Além disso, ele também reduz gostos e odores da água e evita a putrefação do material lodoso que se deposita no fundo dos tanques. Numa grande ETA são usadas diariamente algumas toneladas de cloro.
A correção do pH é um método preventivo da corrosão do encanamento. Consiste na alcalinização da água para remover o gás carbônico livre e para provocar a formação de uma película de carbonato na superfície interna das canalizações.
Para a formação da camada ou película protetora eleva-se o pH da água ao ponto de saturação (geralmente utiliza-se o HIDROXIDO DE CALCIO). Como é necessário um pequeno residual de pH, então procura-se manter o pH final pouco superior a 7.0 (ligeiramente alcalino). O objetivo é com isso formar uma camada protetora de 1 mm, para que não haja incrustações.

A fluoretação é a adição, por meio de dosadores, de flúor na água, sendo normalmente usados o fluoreto de sódio, o fluossilicato de sódio  o ácido fluossilícico. Ela é feita para diminuir a incidência de cárie dental na população, especialmente no período de formação dos dentes, que vai do nascimento até os 15 anos de idade aproximadamente.
A concentração de íon fluoreto varia, em função da média das temperaturas máximas diárias, observadas durante um período mínimo de um ano (recomenda-se cinco anos). A concentração ótima situa-se em torno de 1,0mg/l.
Após dez a 15 anos de aplicação do fluor na água, para cada criança é efetuado um levantamento dos dentes cariados, perdidos e obturados, denominado índice cpo, para avaliação da redução de incidência de cáries.
A água logo que sai do processo de tratamento vai para os reservatórios, que tem por finalidade:

1. atender as variações de consumo ao longo do dia, mesmo nos casos extraordinários, como os horários de máximo consumo em dias muito quentes;
2. promover a continuidade do abastecimento no caso de paralisação da produção de água;
3. manter pressões adequadas na rede de distribuição;
4. garantir uma reserva estratégica em casos de incêndio.

De acordo com sua localização e forma construtiva os reservatórios
podem ser:

1. reservatório de montante: situado no início da rede de distribuição, sendo sempre o fornecedor de água para a rede;
2. reservatório de jusante: situado no extremo ou em pontos estratégicos do sistema, podendo fornecer ou receber água da rede de distribuição;
3. elevados: construídos sobre colunas quando há necessidade de aumentar a pressão em conseqüência de condições topográficas;
4. apoiados, enterrados e semi-enterrados : aqueles cujo fundo está em contato com o terreno.

Os reservatórios são normalmente construídos em: concreto armado, aço, fibra de vidro, alvenaria e argamassa armada.
Os reservatórios são sempre um ponto fraco no sistema de distribuição de água. Para evitar sua contaminação, é necessário que sejam protegidos com estrutura adequada, tubo de ventilação, impermeabilização, cobertura, sistema de drenagem, abertura para limpeza, registro de descarga, ladrão e indicador de nível.
Sua limpeza e desinfecção devem ser realizadas rotineiramente. Quanto a capacidade de reservação, recomenda-se que o volume armazenado seja igual ou maior que 1/3 do volume de água consumido referente ao dia de maior consumo.

A água do reservatório encontra-se pronta para ser distribuída através do sistema de rede de abastecimento de água.Convém ressaltar que todo este processo requer grandes investimentos. A água é um bem comum da humanidade, mas devido ao manejo impróprio ela tende a se tornar cada vez mais cara. Evitar o desperdício, além de ser um grande exemplo de cidadania, é construir um futuro onde a água nunca falte.

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