Associao Brasileira de Engenharia Sanitria e Ambiental ABES

Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental – ABES, seção ES

Vitória, 2018 OPERAÇÃO DE ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA - ETA Balanço 2016 Parte III Márcia Cristina Martins C. Cardoso Mestre em Eng. Ambiental – Saneamento Operadora de ETA

Monitoramento da qualidade da água Água bruta Matéria prima É preciso conhecer as características da água bruta para determinar a melhor forma de transformá-la num produto de qualidade com o melhor custo-benefício. Análises físico-químicas: Rio Jucu - p. H; - Turbidez; - Cor; - Alcalinidade; Ensaios de tratabilidade: - Jartest

Monitoramento da qualidade da água Dentro da ETA devem ser feitas análises de controle tanto da água bruta (matéria-prima) quanto da água tratada (produto final). Tipo de Análise Água Bruta Água tratada p. H x x Cor x x Turbidez x x Alcalinidade x Flúor x Cloro x Alumínio x

Monitoramento da qualidade da água Após o tratamento, a água deve ter uma qualidade mínima para ser considerada potável. Portaria MS nº 2914/2011 foi revogada PRC nº 5, de 28 de setembro de 2017, Anexo XX Nele estão regulamentados procedimentos e padrões para vigilância e controle da qualidade da água. Vigilância: A vigilância é de responsabilidade de órgãos de fiscalização, onde se verifica se a água distribuída atende a estes padrões. Controle: O controle é feito durante o tratamento da água, pelo próprio órgão responsável pelo tratamento e abastecimento. Para controle da qualidade da água, devem ser utilizadas planilhas, de maneira a se registrar esses valores monitorados na estação de tratamento de água e na rede de distribuição. O operador deve avaliar de forma crítica os resultados obtidos nas medições dos parâmetros avaliados, pois alterações bruscas desses resultados podem significar que alguma coisa está errada. O não monitoramento de forma adequada pode ter conseqüências graves para a saúde pública, como surtos de doenças.

Monitoramento da qualidade da água Existem vários parâmetros de qualidade de água que devem ser monitorados. A seguir serão citados os mais utilizados para controle da qualidade da água dentro da ETA, p. H - É a medição do potencial hidrogênio da água e que expressa a intensidade que uma solução é ácida, básica ou neutra. De acordo com Portaria 2914/2011 do Ministério da Saúde o valor mínimo recomendado para água de abastecimento é 6, 0 e o valor máximo de 9, 5.

Monitoramento da qualidade da água O monitoramento do p. H é uma das análises mais importantes na operação, dada sua influência na coagulação química, na desinfecção e no controle da corrosão. O medidor de p. H requer a calibração diária para garantir a confiabilidade dos resultados obtidos. Cuidados com o eletrodo: -Secar cuidadosamente com papel absorvente, -Evitar movimentos bruscos, -O orifício superior do eletrodo deve estar aberto durante as medições e fechado quando estiver fora de uso fechado; - O eletrólito interno deve estar no máximo 10 mm abaixo do orifício,

Monitoramento da qualidade da água Cor - A cor é devida a substâncias coloridas dissolvidas na água, na maioria dos casos de origem orgânica oriundas de matéria vegetal (folhas) em decomposição, e/ou pela presença de partículas inorgânicas (ferro, manganês), finamente divididas e dispersas na água. A cor é um parâmetro estético de aceitação ou rejeição do produto, e um teor acentuado pode causar repugnância e/ou prejuízo econômico ao consumidor, tais como manchas em roupas e utensílios. Cor verdadeira - presença apenas de subs. dissolvidas ou coloidais Análise de cor verdadeira pré-tratamento da amostra (centrifugação); Cor aparente - também pela presença de partículas em suspensão Análise de cor aparente amostra original, sem pré-tratamento. • Nas ETA’s só se realiza a cor aparente.

Monitoramento da qualidade da água Métodos de determinação da cor recomendados pelo Standart Méthods 20ªEd. • Método de Comparação visual – consiste na comparação com padrões de padrões coloridos; • Método Colorimétrico – consiste em passar um feixe de luz através de um filtro ótico que transmite em um determinado comprimento de onda e detectar a quantidade de luz absorvida pela amostra. A diferença entre a luz transmitida e a luz absorvida é diretamente proporcional à concentração. • A Portaria MS 2914/2011 recomenda que o valor VMP da água tratada 5, e que o VMP na rede de distribuição seja 15 u. C (unidade Hazen). Os padrões devem ser passados diariamente para confirmar a faixa de trabalho está aceitável A calibração deve ser feita sempre que necessário

Monitoramento da qualidade da água Flúor - A dosagem de flúor na água de abastecimento tem a finalidade de prevenir a cárie dental. O flúor contribuiu para fortalecer a constituição mineral do dente. Mas o excesso de dosagem pode causar uma doença chamada Fluorose. • De acordo com Portaria vigente do Ministério da Saúde o valor máximo permissível é de 1, 5 mg/l. A determinação pode ser feita de duas maneiras segundo o Standart Methods: Potenciométrico (eletrodo íon seletivo) – consiste em determinar o íon fluoreto através de eletrodos específicos para este íon. Colorimétrico com SPADNS – utiliza o reagente SPANDS e passar um feixe de luz através de um filtro ótico que transmite só um determinado comprimento de onda e detectar a quantidade de luz absorvida pela amostra. A diferença entre a luz transmitida e a luz absorvida é diretamente proporcional à concentração. No caso do flúor é inversamente proporcional.

Monitoramento da qualidade da água • Este método é simples e rápido, mesmo assim não dispensa atenção do operador. O importante neste método é o volume das alíquotas, devido à alta concentração de SPANDS. O volume das alíquotas do reagente e da amostra precisam ser exatos, para que não haja erros na análise. Cuidado também com o alinhamento das cubetas ao inserí-las dentro do sistema óptico do aparelho. • A tecnologia permite que o aparelho não necessite de calibração frequente, basta uma vez ao dia confirmar o padrão. • Por se tratar de procedimento óptico, a limpeza das cubetas é muito importante, sempre lavar após as análises, para que não haja impregnação da cor na cubeta e interferência nos resultados. • Tentar segurar sempre pela tampa.

Monitoramento da qualidade da água

Monitoramento da qualidade da água • Turbidez - presença de partículas em suspensão que podem ser: sílica, argila, matéria orgânica ou inorgânica finamente divididas, m. o. • A turbidez se define como a medida da interferência à passagem da luz, provocada pelas matérias em suspensão. Além do efeito estético, a turbidez é prejudicial ao processo de desinfecção da água, uma vez que os m. o. patogênicos podem utilizar as partículas em suspenção como suporte/proteção impedindo o contato direto com o cloro e reduzindo a eficiência da desinfecção. • Outro problema esta relacionado à sabor e odor, pois dependendo da partícula pode adsorver matéria orgânica que confere estas características.

Monitoramento da qualidade da água • O resultado da análise permite evidenciar alterações na qualidade da água bruta, bem como controlar a eficiência do processo de decantação e de filtração, indicando em geral o momento que se faz necessário a lavagem dos filtros e ainda se a dosagem está coerente com a água tratada. • A Portaria 2914/2011 do Ministério da Saúde estabelece como valor máximo permitido para turbidez na saída do tratamento 1, 0 u. T e na rede de distribuição de 5, 0 u. T. • A metodologia recomendada pelo Standart Methods para determinação de turbidez é a Nefelometria. O princípio do método é baseado na comparação da luz que atravessa uma amostra sob condições definidas, com a intensidade da luz atravessada por um padrão de referência sob as mesmas condições.

ANEXO II - Tabela de padrão de turbidez para água pós-filtração ou pré-desinfecção Tratamento da água Desinfecção (para águas subterrâneas) VMP (1) 1, 0 u. T (2) em 95% das amostras Filtração rápida (tratamento completo ou 0, 5 (3) u. T(2) em 95% das amostras filtração direta) Filtração lenta 1, 0 (3) u. T (2) em 95% das amostras NOTAS: (1) Valor máximo permitido. (2) Unidade de Turbidez. (3) Este valor deve atender ao padrão de turbidez de acordo com o especificado no § 2º do art. 30. TURBIDEZ- indicador da qualidade sanitária da água e não meramente estética.

Em geral bactérias e vírus são inativados por meio de processos de desinfecção Protozoários e helmintos são preponderantemente removidos p/ filtração Para assegurar a adequada eficiência de remoção de enterovírus, cistos de Giardia spp e oocistos de Cryptosporidium sp, recomenda-se, enfaticamente, que a turbidez de saída nos filtros seja < 0, 5.

Monitoramento da qualidade da água Cloro - O cloro é dosado visando promover a desinfecção da água, para tanto é essencial que uma quantidade suficiente de cloro seja adicionado assegurando a destruição da vida bacteriana. A permanência de um residual assegura a qualidade microbiológica da água da saída do tratamento até o usuário. O resultado da análise é expresso em mg/l. • De acordo com Portaria 2914/2011 do Ministério da Saúde após a desinfecção a água deverá conter, obrigatoriamente, no mínimo 0, 5 mg/l; e em qualquer ponto da rede de distribuição o valor mínimo deve ser 0, 2 mg/l e máximo de 2, 0 mg/l, sendo o valor máximo permitido de 5, 0 mg/l.

Monitoramento da qualidade da água • Quando o cloro gasoso é adicionado a uma água isenta de impurezas, ocorre a seguinte reação de formação do ácido hipocloroso: Cl 2 (g) + 2 H 2 O(l) HCl. O(aq) + H 3 O+ (aq) + Cl– (aq) • Mas quando p. H água está acima de 6, o HCl. O se dissocia formando o íon hipoclorito (Cl. O– ), segundo a reação a seguir: HCl. O(aq) + H 2 O(l) H 3 O + (aq) + OCl- (aq)

Monitoramento da qualidade da água • 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). • CLORO LIVRE: [HOCl] + [OCl-]

Monitoramento da qualidade da água • O cloro presente sob a forma de cloraminas é denominado cloro residual combinado (Opas, 1987; Rossin, 1987). • Ou seja cloro combinado se refere ao cloro que está combinado com amônia (NH 3) formando cloraminas: monocloramina (NH 2 Cl), dicloramina (NHCl 2) e tricloramina ou tricloreto de nitrogênio (NCl 3).

Monitoramento da qualidade da água • Cloro total é a quantidade de cloro reagida ou não com os elementos presentes na água. Vieira et al. (2004) informam que, quanto maior a quantidade de substâncias químicas, orgânicas ou inorgânicas, maior o consumo de cloro residual livre, oferecendo menor garantia de desinfecção no ponto de consumo, além de maiores dosagens de cloro na estação.

Monitoramento da qualidade da água • Método de determinação do cloro: • A determinação da concentração (mg/L) de cloro residual livre pode ser efetuada por meio de visualização colorimétrica (disco comparador) comumente usado, ou por espectrofotometria. • Princípio do método: Oxidação da N, N - dietil – p - fenilendiamina (DPD) em presença de cloro (Cl 2 ), ácido hipocloroso (HCLO) e íons hipoclorito (OCl), resultando num produto de reação vermelho violeta.

Monitoramento da qualidade da água • • • Metodologia: a) Encher uma cubeta com a amostra de água até a marca de 5, 0 ml; b) Colocá-la na abertura do lado esquerdo do aparelho; c) Encher outra cubeta com a amostra a ser testada até a marca de 5, 0 ml; d) Adicionar a solução ou liofilizado de DPD na segunda amostra e homogeneizar; e) Colocar a cubeta com a amostra e DPD no compartimento localizado à direita do aparelho; • f) Após três minutos, e não mais que seis minutos, proceder a leitura. Observação: ao fazer a leitura, posicionar o comparador contra uma fonte de luz, rotacionando o disco do aparelho até que se obtenha a mesma tonalidade nos dois tubos. Resultado: o resultado é expresso em mg/L de cloro residual livre.

Monitoramento da qualidade da água • A alcalinidade é causada por sais alcalinos, principalmente de sódio e cálcio, e mede a capacidade da água em neutralizar os ácidos. Os diversos tipos de alcalinidade dependem do valor do p. H, composição mineral, temperatura e força iônica. O sistema químico predominante na água natural é o equilíbrio dos íons de bicarbonato, carbonato e ácido carbônico. • Isoladamente, a alcalinidade pode não tem maior importância como indicador da qualidade da água, mas é essencial no controle do processo de operação do tratamento da água.

Ensaio de Tratabilidade - Jartest

Teste de Jarros • Importância • Determinar dosagem de produtos químicos e determinar parâmetros de projeto de uma ETA. • Parâmetros relevantes no ensaio Para a realização de um ensaio de jar-test, é fundamental a reprodução das condições hidráulicas da estação de tratamento de água, portanto se vê necessário conhecer: - Vazão da Eta - Volume dos floculadores - Gradiente de velocidade nos floculadores - Área superficial dos decantadores

Teste de Jarros • Para a determinação da melhor dosagem e o melhor p. H de floculação, utiliza-se o seguinte procedimento para calcular as condições hidráulicas da ETA. • Tempo de mistura rápida Se o tempo de M. R. não for definido ou informado, adota-se o tempo de 1 minuto. Quando existir um tanque com volume conhecido para a M. R. utiliza-se a seguinte fórmula: t=V/Q , onde t= tempo(minutos) de mistura rápida ; V= volume do tanque de mistura (m 3) e Q = vazão da ETA (m 3/min)

Teste de Jarros • Tempo de floculação Para o cálculo do tempo de floculação procede-se de forma idêntica para a determinação do tempo de mistura rápida, porém deve ser considerado o tempo de floculação individual para cada gradiente de velocidade aplicado no processo (diferentes gradientes em cada câmara). • Velocidade de sedimentação A velocidade de sedimentação é expressa em cm/min, pode ser obtida da seguinte equação: Vs=(Q/Ad)x 100, onde: Vs= velocidade de sedimentação (cm/min); Q= Vazão da ETA (m 3/min); Ad=Área total de decantação (m 2)

Teste de Jarros • Ensaio Padrão Quando não se conhece as variáveis hidráulicas de operação, utiliza-se parâmetros fixos para o ensaio. Tipo de agitação Gradiente de velocidade (RPM) Tempo (min) Mistura rápida (coag. ) 100 1 Floculação rápida 60 5 Floculação média 40 5 Floculação lenta 30 10 Decantação 0 2 Altura da coluna dágua a ser coletada após 10 minutos= 7 cm Cintra, Orlando, 2012. Curso Ensaios de jartest

Teste de Jarros • O que se observa na prática Tipo de agitação Gradiente de velocidade (RPM) Tempo (min) 150 -160 1 Floculação rápida 40 -60 15 Floculação média - - Floculação lenta - - Decantação (Vs=3, 5 cm/min 0 15 Mistura rápida (coag. ) Altura da coluna d’água a ser coletada após 15 minutos = 10 cm

Teste de Jarros Ensaio comparativo alterando os parâmetros Dosagem Cor M 1 Turbidez M 2 M 1 p. H M 2 M 1 M 2 12 135 195 45 51, 7 6, 04 6, 02 14 72 65, 5 15, 8 14, 2 5, 94 5, 92 16 48, 2 45 10, 8 9, 5 5, 87 18 40, 7 33, 5 7, 95 6, 85 5, 71 5, 75 20 40, 1 38, 8 7, 75 7, 63 5, 62 5, 64 22 43 41, 4 8, 11 8, 60 5, 55 5. 57 Ensaio realizado dia 07/03/2018 Características água bruta: T=78 , Cor=288, p. H= 6, 48, Alcalinidade= 14. M 1 - Método padrão M 2 - Método prático

Teste de Jarros • Determinação da dosagem de coagulante - Quando não se conhece a água teste preliminar - Pode ser feito manualmente ou no próprio jartest

Teste de Jarros Cálculo diluição Exemplo: Você recebe uma carga de Sulfato com concentração 50% (p/v). Mas como a vazão da ETA é de 50 L/s, você precisa fazer uma solução a 10% para dosagem. O volume do tanque de preparação da solução é de 1000 L. Qual o volume necessário a ser tomado da solução mãe? C 1 V 1 = C 2 V 1 50 V 1 = 10 x 1000 V 1= 10000/50 V 1= 200 L - Bombear 200 L de sulfato e completar o volume com água até 1000 L.

Teste de Jarros Preparo da solução para teste de jarro. - Preparar 1 L de solução 0, 2% a partir da solução 10% (tanque). - 1 L -1000 m. L C 1 V 1 = C 2 V 1 10 x V 1 = 0, 2 x 1000 V 1= 200/10 V 1= 20 m. L Tomar 20 m. L da solução a 10% do tanque, tranferir para uma balão de 1 L e completar com água até o menisco.

Teste de Jarros Por que preparar uma solução a 0, 2%? 0, 2% 0, 2 g – 100 m. L de solução 200 mg – 100 m. L de solução 2 mg – 1 m. L de solução Isto equivale dizer que a cada 1 m. L desta solução eu terei 2 mg, logo se eu tomo 1 m. L desta solução e coloco em 2 litros de água (capacidade do jarro do jartest), eu passo a ter uma solução 1 mg/L. Isso facilita na hora de preparar o ensaio, pois o volume dosado em m. L será equivalente à concentração final do jarro (dosagem do sulfato).

Teste de Jarros • Cálculo da vazão de produto no dosador: • Para efeito de cálculos vamos considerar que o ensaio de jartest já foi feita e encontrou-se a dosagem ótima de 10 mg/L. Qual será o volume de solução a 10% aplicado no tratamento? Vd = Qeta x MD x t , C x 10 Onde: Vd=Vazão do dosador de produto químico em m. L/s. Qeta= vazão de entrada da ETA MD= melhor dosagem encontrada no jartest C= concentração da solução de produto a ser dosada ( % p/v)

Avaliação da eficiência do processo • Coletar amostras de água, para análises físico-químicas necessárias ao controle operacional do processo de tratamento da água • p. H de coagulação (certificar que a dosagem está correta, certificar se a vazão está correta) • Água decantada, • Efluentes dos filtros atender portaria,