Tratamento de Águas para Consumo Humano

Tratamento de Águas para Consumo Humano
A água, que é captada directamente de um lago, albufeira ou de um rio, pode conter impurezas altamente prejudiciais à saúde, se for consumida sem tratamento algum. Estas impurezas, que também podem conferir cor, turvação, sabor e cheiro desagradáveis à água em questão, podem ser agrupadas em três categorias:

FÍSICAS - se forem substâncias que não estão dissolvidos na água e que se encontram em suspensão; QUÍMICAS - se forem substâncias que estão dissolvidas na água; BIOLÓGICAS - se forem vírus, bactérias, algas ou outros pequenos seres vivos.

Assim, toda a água destinada ao consumo humano deve ser sujeita a um processo de tratamento, que remova as impurezas, para: a tornar agradável à vista e ao paladar; a tornar compatível com a saúde humana; e para evitar a destruição dos materiais do sistema de abastecimento de água.

O processo de tratamento da água para consumo humano consiste numa série de etapas (operações unitárias), que variam de acordo com o grau da qualidade da água bruta.

As várias etapas ocorrem em locais apropriados e dimensionados para uma determinada população (número de habitantes) e quantidade de água a tratar (caudal máximo), necessária para o abastecimento público – ETA (Estação de Tratamento de Águas). Deve-se evitar a afluência à ETA de caudais superiores ao caudal máximo.

Capitação da água, em litros por habitante e por dia, nas cidades de Lisboa e Porto.

O tratamento da água constitui a base do abastecimento de água e é uma tarefa que deverá ser mantida sem interrupções, para que se disponha da quantidade de água indispensável para a satisfação das necessidades das populações .

A quantidade da água produzida na ETA pode não ser suficiente para satisfazer as necessidade de consumo, não por insuficiência da capacidade de tratamento, mas devido aos elevados índices de perda na rede de distribuição. Deste modo, é altamente prioritário proceder-se à detecção e extinção de fugas ao longo do sistema de distribuição.

As águas subterrâneas, de uma maneira geral, só necessitam de uma desinfecção, o mesmo já não acontecendo com as águas superficiais, que necessitam de tratamentos mais completos antes de serem distribuídas.

Quando a adução à ETA é feita através de um canal a céu aberto, verifica-se o arrastamento dos organismos fitoplanctónicos presentes na superfície da albufeira: estes organismos desenvolvem-se ao longo do canal, dadas as condições climáticas propícias ao seu desenvolvimento (temperatura e radiação solar).

Para obter água, com melhor qualidade, a partir da profundidade, deve-se instalar uma torre de captação. No caso de albufeiras, deve-se realizar descargas de fundo, para diminuir a carga interna de nutrientes, acumulada no fundo da albufeira devido à retenção da água.

Entre o local de captação e a ETA pode existir uma Estação Elevatória, que permite elevar a água para uma cota superior. As Estações Elevatórias estão equipadas com uma ou duas bombas imersas, com comando automático por bóia de nível e válvulas de retenção, que impedirão o retorno da água, devido à inversão da pressão ou à formação de bolhas de ar no interior das canalizações, evitando assim danos nas bombas.

Um tratamento de águas para consumo humano pode ser constituído por 10 etapas, as quais podem variar de acordo com a qualidade da água da origem: Arejamento; Gradagem; Tamisação;

Mistura Rápida: - Remoção da Dureza ou Amaciamento; - Correcção da Acidez (Agressividade); Coagulação / Floculação; Sedimentação (Decantação); Filtração; Desinfecção; Fluoretação; Tratamento de Águas Residuais.

AREJAMENTO: O arejamento é adequado para remover sabores, cheiros, gases dissolvidos e os elementos químicos ferro e manganésio. Pode ser aplicado logo no local de captação da água.

Durante o arejamento, é introduzido ar na água: podem criar-se desníveis que obriguem a produzir pequenas cascatas artificiais, ou pode proceder-se ao arejamento mecânico. A quantidade de ar adicionada deve estar adequada ao caudal a tratar e às concentrações de ferro e manganésio a remover.

O ferro e o manganésio, que estão dissolvidos na água, reagem com o oxigénio do ar (reacção química de oxidação) e transformam-se em compostos insolúveis (precipitados). Isto também pode acontecer adicionando à água reagentes oxidantes como o cloro ou o permanganato de potássio . Os precipitados serão removidos nas etapas seguintes.

GRADAGEM: Consiste na remoção de sólidos de grande dimensão (> 12,5 mm), que poderiam afectar o equipamento mecânico a jusante. Utilizam-se barras metálicas paralelas (grades grossas a 50 mm - , médias - 50 a 20 mm - e finas - 20 a 5 mm)

A água deve ter um limite de velocidade ao passar nas grades (< 0,7 – 1 m/s), porque comprime objectos sólidos (esponjas...) que, por serem compressíveis e flexíveis, podem acabar por passar pelas grades.

TAMISAÇÃO: Consiste na remoção de sólidos de pequenas dimensões, utilizando malhas (crivos) de dimensão igual ou inferior a 12,5 mm (macrotamisadores e microtamisadores). A instalação de microtamisadores, à entrada da ETA, permite reduzir a afluência de microorganismos fitoplanctónicos.

Os tamisadores podem ser estáticos ou móveis (com tambor rotativo ou banda móvel).

MISTURA RÁPIDA: Consiste na adição de produtos químicos em tanques com agitação (câmaras de mistura rápida). A agitação é provocada pelo movimento de grandes pás (electroagitadores) e garante as condições de mistura necessárias à dispersão dos produtos químicos.

As dosagens dos produtos químicos e o seu tempo de contacto, devem ser sistematicamente ajustados ao caudal a tratar e à concentração inicial do parâmetro que se pretende corrigir: para isso deve-se proceder à realização de um teste laboratorial simples, conhecido por jar test.

Quando se utilizam produtos químicos deve-se ter em atenção os seguintes factores: Transporte; Armazenamento; Preparação e Doseamento; Consumo diário, semanal e mensal (Stock); Bombagem e Injecção. A utilização de tratamentos biológicos pode evitar esta sequência complicada de factores.

A mistura rápida inclui os processos de Remoção da Dureza (Amaciamento) e de Correcção da Acidez. O agente coagulante, necessário para provocar o processo de coagulação/floculação, também pode ser adicionado na câmara de mistura rápida.

REMOÇÃO DA DUREZA OU AMACIAMENTO: Consiste na remoção dos compostos de cálcio e magnésio, que contribuem para a dureza da água, por precipitação química ou por permuta iónica.

Teores elevados de dureza não oferecem perigo para a saúde, mas estas águas têm vários inconvenientes: incrustações nas canalizações (principalmente nas de água quente); consumos suplementares de sabão.

Tratamento por precipitação química: adiciona-se cal viva, cal apagada (hidróxido de cálcio) ou soda cáustica (hidróxido de sódio), que têm como efeito transformar os compostos de cálcio e magnésio, dissolvidos na água, em compostos insolúveis (precipitados), que são depois removidos nas etapas seguintes. Este esquema de tratamento é particularmente vantajoso quando as águas são duras e turvas.

Tratamento por permuta iónica: utilizam-se resinas permutadoras (naturais ou artificiais) que têm a capacidade de trocar iões seus com iões de cálcio ou magnésio que existem em excesso na água. Em geral, este tipo de tratamento aplica-se apenas a uma parte do caudal, procedendo-se depois à mistura com o caudal restante.

CORRECÇÃO DA ACIDEZ (AGRESSIVIDADE): Consiste na adição de produtos químicos que neutralizem as águas ácidas (<10 mg CaCO3 /l), reduzindo ou eliminando o dióxido de carbono em excesso, que é um dos responsáveis pela acidez da água. As águas ácidas têm uma acção corrosiva sobre as canalizações e as máquinas.

Também é necessário manter o pH em valores convenientes para o processo de coagulação / floculação (entre 6,5 - 7). Mesmo que as águas não sejam ácidas, o agente coagulante aumenta a acidez devido à produção de dióxido de carbono gasoso, pelo que é necessário adicionar um agente neutralizante.

A acidez da água também pode ser neutralizada à saída do reservatório de água tratada (cisterna).

Os produtos químicos neutralizantes utilizados são a cal apagada (hidróxido de cálcio) ou o hidróxido de sódio (soda cáustica). Pode diminuir-se o tempo de contacto ou a dosagem do produto neutralizante através do arejamento prévio da água, para libertação do dióxido de carbono livre para a atmosfera.

Pode-se adicionar dióxido de carbono quando o pH no final do tratamento for elevado, devido à adição produtos químicos neutralizantes.

Também se pode obter o mesmo efeito obrigando a água a passar por um reservatório com brita calcária: o carbonato de cálcio existente no calcário funciona como um agente neutralizante, reagindo com o dióxido de carbono em excesso.

A acidez pode estar associada à presença de ferro e manganésio. Nestes casos, a remoção de ferro e manganésio deve anteceder a correcção da acidez, evitando que o ferro se deposite na superfície da brita.

COAGULAÇÃO / FLOCULAÇÃO: A coagulação consiste na adição de produtos químicos que têm por finalidade agrupar partículas de dimensões microscópicas (coloidais). A floculação consiste na formação de agregados maiores e mais pesados (flóculos), devido a uma agitação moderada da água.

Após a retenção das partículas de maior dimensão, a água ainda pode apresentar turvação devido à presença de partículas coloidais de argila e lama. Estas partículas, por possuírem cargas electrostáticas do mesmo sinal, não se atraem e não se aglomeram de forma natural em partículas de maiores dimensões e mais pesadas (flóculos).

Para provocar esta aglomeração, é necessário adicionar um produto químico (coagulante), de modo a neutralizar a carga eléctrica e formar pequenos núcleos com capacidade de atrair as partículas coloidais (coagulação).

A agitação moderada da água favorece a colisão entre as partículas coloidais e a formação de agregados maiores e mais pesados - flóculos (floculação). Além disso, a agitação também garante as condições de mistura necessárias à dispersão do coagulante.

Os coagulantes contêm alumínio ou ferro, sendo o sulfato de alumínio o mais utilizado. Nesta operação consegue-se remover a cor, a turvação e, em certa medida, os microrganismos presentes.

Os processos de coagulação e floculação dependem muito das características do coagulante e das condições de temperatura, turvação, acidez (pH entre 6,5 e 7) e grau de agitação da água.

Durante a adição do sulfato de alumínio é necessário ajustar o pH da água, porque ocorre uma reacção química com os carbonatos da água, dando origem a dióxido de carbono gasoso, o que provoca uma diminuição do pH: AI2(S04)3 (aq) + 3 Ca(HC03) (aq)  2 AI(OH)3 (s) + 3 CaS04 (aq) + 6 C02 (g)

Por isso, a adição de sulfato de alumínio ocorre na câmara de mistura rápida, onde também se adiciona hidróxido de cálcio (cal apagada) para neutralizar o pH.

SEDIMENTAÇÃO (DECANTAÇÃO): Consiste na remoção da matéria suspensa na forma de flóculos, que se depositam no fundo de um tanque, por acção da gravidade (sedimentação), formando lamas.

As lamas não são biodegradáveis (acumulam-se sem decomposição) e são retiradas pela parte inferior do tanque.

A sedimentação ocorre em decantadores (tanques de sedimentação), sem agitação, e é facilitado aumentando o tamanho e a densidade das partículas e esperando um tempo suficiente para que se depositem no fundo. Pode ser discreta, floculenta, retardade ou acelerada.

Na entrada do decantador (ou na saída da câmara de mistura rápida) pode-se adicionar carvão activado em pó, de modo a obter um tempo de contacto mais elevado, entre a água e o carvão activado; Isto é importante em condições de acentuado cheiro e sabor.

Os decantadores podem ser rectangulares, quadrados ou circulares. Têm um ligeiro declive na base para permitir uma fácil remoção das lamas.

O decantador deve possuir um sistema de módulos de lamelas, garantindo uma carga hidráulica inferior a 1 m3/m2.h, e permitir uma boa separação sólido/líquido; Deve também possuir um sistema de protecção superficial, para minimizar a interferência do vento.

Tratamento de Águas para Consumo Humano Decantador PULSATOR

É o decantador que obtém melhores performances. Tem uma grande fiabilidade, é simples de utilizar e é facilmente adaptável a tanques pré-existentes aumentando assim a eficácia do tratamento.

Permite o tratamento de mais de 1 milhão de m3 de água por hora. Permite a obtenção de velocidades compreendidas entre m/h, conseguindo-se velocidades maiores em casos excepcionais, dependendo do valor do coeficiente de coesão das lamas.

É constituído por um tanque de fundo plano, munido na sua base por uma série de tubos perfurados(9) que permitem a introdução da água bruta(1) uniformemente por todo o fundo do decantador. Na parte superior uma série de tubos perfurados(2) permitem uma recolha uniforme da água tratada, evitando velocidades diferentes nas diferentes zonas do decantador.

Para alimentar o colector inferior de uma forma descontínua podem ser empregues diferentes modos, baseando-se todos numa introdução rápida de um certo volume de água bruta no decantador.

O procedimento mais económico para efectuar esta operação consiste na introdução da água bruta numa secção individual dentro do tanque, "cloche"(6), à qual se retira o ar através de uma aparelho de sucção(7), de maneira a que quantidade de ar que é retirado seja aproximadamente igual à quantidade máxima de água que se quer fazer entrar no decantador.

Nestas condições o nível de água sobe progressivamente dentro da "cloche", até atingir uma valor entre 0,6 – 1 m acima do nível da água do decantador. Um comando eléctrico regula a abertura brusca de uma válvula(8) pondo a "cloche" em comunicação com a atmosfera. A pressão atmosférica exerce força na água da "cloche" fazendo com que esta penetre rapidamente no decantador.

Estes aparelhos são normalmente regulados de modo que a entrada da água bruta na "cloche" dure durante 20 – 40 s enquanto que a sua descarga para o decantador se faz durante 5 – 20 s. A abertura e fecho da válvula de comunicação com a atmosfera são feitas através do nível atingido pela água bruta dentro da "cloche".

O colector geral situado na parte inferior do decantador, tem uma secção grande de modo a reduzir-se a perda de carga. Os orifícios são dispostos de modo a permitir que o fundo de decantador tenha uma camada de lamas homogénea(4).

Esta camada de lamas está sujeita a movimentos verticais e tende a aumentar de volume à medida que a água bruta vai chegando ao decantador, ficando retidas as impurezas em suspensão. A coagulação é realizada por intermédio da adição de reagentes apropriados(11).

As extremidades do decantador são constituídos por fossas de fundo inclinado(10),onde chegam as lamas em excesso que atingiram o nível máximo(5) da camada de lamas, e que depois de sofrerem uma concentração, são purgadas intermitentemente para as condutas(3).

Uma vantagem deste decantador, é que mesmo que se efectue uma purga demasiado grande de lamas, devido a que estas lamas estão em fossa separada, não afecta a homogeneidade da camada de lamas, ou seja não afecta o bom funcionamento do aparelho.

Uma outra vantagem é que o decantador não possui qualquer raspagem mecânica susceptível de destruir os flocos previamente formados.

FILTRAÇÃO: Consiste na remoção de substâncias em suspensão ou no estado coloidal, para as quais a sedimentação não foi eficaz (flóculos, compostos de ferro e manganésio, bactérias), através da passagem da água por um leito filtrante de areia, gravilha, carvão, telas ou membranas.

A areia, gravilha, telas e membranas só permitem a passagem de partículas com dimensões inferiores aos seus poros, bem como partículas dissolvidas. Tal como acontece na Natureza, em que a água se vai purificando ao atravessar camadas sólidas mais ou menos arenosas.

O carvão adsorve as substâncias, isto é, liga-se às substâncias através da sua superfície de contacto e impede-as de serem arrastadas com a água (elimina detergentes, insecticidas, toxinas, hidrocarbonetos e compostos organoclorados). Podem existir filtros de carvão activado granulado, a jusante dos filtros de areia.

A Filtração pode ser gravítica ou em pressão, lenta ou rápida (quando existe  10 g/m3 de sólidos). Os filtros, perdem a permeabilidade com o tempo, por obstrução dos orifícios de passagem da água (colmatação).

Por esta razão, é fundamental proceder à sua limpeza periódica e eventual substituição: substituir sempre que necessário a camada superficial de areia (nos filtros lentos) ou procedendo à sua lavagem em contracorrente (nos filtros rápidos).

Deve-se também verificar os respectivos sistemas de drenagem e de lavagem, por forma a evitar perdas de areia.

Os filtros de areia só com uma camada são lavados do seguinte modo: 10 min só com água; 2 – 3 min com ar e 6 – 7 min com água ou ar + água ao mesmo tempo; só com água. Os filtros de areia de dupla camada nunca são lavados com ar + água ao mesmo tempo, para evitar que as camadas se misturem.

Pode-se lavar os filtros por gravidade, construindo-se um reservatório sobre os filtros (principalmente se existirem muitos filtros) e utilizando bombas de pequeno caudal menos dispendiosas.

DESINFECÇÃO: Consiste na eliminação dos microrganismos, principalmente os patogénicos (transmissores de doenças), através de um processo de oxidação, a fim de garantir a qualidade bacteriológica da água.

O processo de oxidação mais utilizado é a cloração, adicionando-se cloro (de preferência dióxido de cloro em vez de cloro gasoso ou de hipoclorito de sódio, que podem reagir com a matéria orgânica existente na água, produzindo compostos químicos organoclorados perigosos (trihalometanos, como o tetracloreto de carbono - CHCI3).

Assim, deve-se ter cuidado quando a água é captada em albufeiras com muita matéria orgânica, porque a adição de cloro pode provocar a formação de compostos muito tóxicos, que dificilmente poderão ser eliminados posteriormente.

O cloro é um antiséptico poderoso e persistente. A acção antiséptica do cloro é consequência da existência das espécies químicas HCIO e CIO-, que são verdadeiros desinfectantes e constituem o chamado "cloro livre" da água: CI2 (g) + H2O(I)  HCIO (aq) + H+(aq) + CI- (aq) HCIO(aq)  CIO-(aq) + H+(aq)

A destruição dos microrganismos patogénicos, por adição de cloro à água, pode ser realizada: à entrada do processo (câmara de mistura rápida) - pré-cloração (pré-oxidação); no final do processo (reservatório) – pós-cloração (pós-oxidação); à entrada e no final – supercloração (super-oxidação).

A quantidade de cloro a adicionar depende das características da água e do tempo de contacto entre o cloro e a água. Isto porque deve existir sempre um nível residual de cloro, durante o transporte da água até aos consumidores, de modo a evitar uma contaminação bacteriológica após o seu tratamento.

Para manter um nível residual de cloro, adiciona-se à água, no final do tratamento, dióxido de enxofre, que se combina com o excesso de cloro, e solução aquosa de amoníaco, que evita a evaporação do cloro dissolvido.

A desinfecção também pode ser feita com ozono ou com radiação ultravioleta. Ambos os processos são eficazes porque eliminam os microrganismos. Porém, nenhum deles garante um efeito residual como o cloro, que proteja a água de posteriores contaminações, por isso não devem substituir o cloro.

FLUORETAÇÃO: Consiste na adição de flúor, elemento essencial na prevenção da cárie dentária, de modo a garantir o teor recomendado nas normas da OMS.

TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUAIS: A ETA também produz águas residuais (lamas provenientes do decantador e água de lavagem dos filtros), que devem ser tratadas: podem ser espessadas num espessador e desidratadas em filtro de prensa, após o que são ensacadas e enviadas para aterro sanitário.

OUTROS CUIDADOS A TER NUMA ETA: Beneficiar as instalações. Verificar o estado dos equipamentos e da instalação eléctrica, e indicar medidas para a sua beneficiação. Manutenção das cubas de preparação de produtos químicos.

Verificação da capacidade de transporte das caleiras superficiais dos decantadores. Verificação do sistema de distribuição de água no fundo do decantador, dos estabilizadores e do sistema "Pulsator“. Verificação dos electroagitadores e bombas doseadoras face às necessidades actuais.

Adquirir equipamento de laboratório, para determinar as doses de reagentes a utilizar e para realizar determinações de rotina de modo a optimizar o funcionamento do sistema de tratamento.

COMO SE GARANTE A QUALIDADE DA ÁGUA DISTRIBUíDA? A realização de análises, só por si, não garante um efectivo controlo de qualidade. A garantia de qualidade da água distribuída por sistemas públicos de abastecimento só é possível pela articulação de um conjunto de medidas, tais como:

Adopção de medidas preventivas da contaminação dos recursos hídricos; Protecção adequada das captações; Adequação do tratamento às características da água captada; Manutenção adequada do sistema de distribuição;

Diagnóstico periódico e sistemático da qualidade da água captada e distribuída aos consumidores; Actuação rápida e eficaz em face de anomalias diagnosticadas analiticamente.

A protecção eficaz das captações de água destinada ao consumo humano, investindo prioritariamente na prevenção da contaminação, é a única forma de preservar convenientemente a qualidade final da água que consumimos.

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