UNIVERSIDADE DE SO PAULO
ESCOLA DE ENGENHARIA DE SO CARLOS
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA HIDRULICA E SANEAMENTO
MARCO ANTONIO CALAZANS DUARTE
Tratamento de gua para consumo humano de reservatrio eutrofizado atravs
de pr e interoxidao, adsoro em carvo ativado e dupla filtrao
SO CARLOS/SP
2011
MARCO ANTONIO CALAZANS DUARTE
Tratamento de gua para consumo humano de reservatrio eutrofizado atravs
de pr e interoxidao, adsoro em carvo ativado e dupla filtrao
Tese apresentada Escola de Engenharia de So Carlos, da Universidade de So Paulo, como parte dos requisitos para obteno do ttulo de Doutor em Engenharia Hidrulica e Saneamento.
Orientadora: Profa. Dra. Ruth de Gouva Duarte
SO CARLOS/SP
2011
AUTORIZO A REPRODUO TOTAL OU PARCIAL DESTE TRABALHO, POR
QUALQUER MEIO CONVENCIONAL OU ELETRNICO, PARA FINS DE ESTUDO
E PESQUISA, DESDE QUE CITADA A FONTE.
Ficha catalogrfica preparada pela Seo de Tratamento
da Informao do Servio de Biblioteca EESC/USP
Duarte, Marco Antonio Calazans D812t Tratamento de gua para consumo humano de reservatrio
eutrofizado atravs de pr e interoxidao, adsoro em carvo ativado e dupla filtrao / Marco Antonio Calazans Duarte; orientadora: Ruth de Gouva Duarte. - - So Carlos, 2011.
Tese (DoutoradoPrograma de Ps-Graduao e rea de Concentrao em Engenharia Hidrulica e Saneamento) Escola de Engenharia de So Carlos da Universidade de So Paulo, 2011. 1. Adsoro tratamento de gua. 2. Cianobactrias. 3. Dupla filtrao. 4. Tratamento de gua. 5. Oxidao. I. Ttulo
FOLHA DE APROVAO
Marco Antonio Calazans Duarte
Tratamento de gua para consumo humano de reservatrio eutrofizado atravs de pr e interoxidao, adsoro em carvo ativado e dupla filtrao
Tese apresentada Escola de Engenharia de So Carlos, da Universidade de So Paulo, como parte dos requisitos para obteno do ttulo de Doutor em Engenharia Hidrulica e Saneamento.
Aprovada em 25 de fevereiro de 2011.
BANCA EXAMINADORA
___________________________________________ Profa. Dra. Ruth de Gouva Duarte (orientadora)
Escola de Engenharia de So Carlos
___________________________________________ Prof. Dr. Andr Luis Calado Arajo
Instituto Federal de Educao, Cincia e Tecnologia do RN
___________________________________________ Prof. Dr. Marcelo Libnio
Universidade Federal de Minas Gerais
___________________________________________ Prof. Dr. Marco Antonio Penalva Reali Escola de Engenharia de So Carlos
___________________________________________ Profa. Tit. Dra. Maria do Carmo Calijuri Escola de Engenharia de So Carlos
DEDICATRIA
Ao meu pai Antonio de Souza Duarte (in memorian) com quem aprendi e hoje pratico
e tento ensinar valores como tica, honestidade e desprendimento.
A minha tia e madrinha Julieta Calazans, que sutil e inteligentemente soube nos
mostrar, desde jovens, a importncia do estudo, trabalho e superao de obstculos
com humildade, de cabea erguida, com o corao tranquilo.
AGRADECIMENTOS
INSTITUCIONAIS:
Escola de Engenharia de So Carlos, atravs dos professores Luis Antonio Daniel,
Maria do Carmo Calijuri e Eduardo Cleto Pires pelos ensinamentos atualizados e
didtica de ensino. Aos funcionrios Pavvlona Bueno (Pavi), Maria Auxiliadora (S),
Valdecir Arruda e Jlio Trofino pelo apoio tcnico-administrativo e pela cordialidade
durante a estada no campus So Carlos.
Ao professor Marcelo Zaiat, pelas sugestes e recomendaes e apoio financeiro
para a realizao de anlises laboratoriais.
professora Ruth de Gouva Duarte pela continuidade voluntria da orientao,
solidariedade, estmulo e importantes sugestes na reviso de textos; pelo exemplo
de pessoa e professora.
Ao engenheiro Luis Di Bernardo, pela recepo e apoio no incio da pesquisa, pelas
idias iniciais sobre o tema da investigao e delineamento da instalao piloto
disponibilizada.
CAERN, atravs dos Diretores Presidentes Pedro Augusto Lisboa e Walter Gasi e
dos Diretores Tcnicos Marcelo Caetano Rosado e Clvis Veloso Freire, por todas
as concesses, permisses e despesas realizadas durante a pesquisa e pela
confiana manifestada.
Ao IFRN, atravs do Reitor professor Belchior de Oliveira Rocha, pela autorizao
de afastamento e pelo apoio pesquisa no Laboratrio de Pesquisa Ambiental da
Diretoria de Tecnologia e Educao em Recursos Naturais.
Pr-Reitoria de Pesquisa e Inovao Tecnolgica do IFRN, na pessoa do prof.
Jos Yvan Pereira Leite, pelas bolsas de iniciao cientfica concedidas.
BAHIACARBON LTDA., pelo fornecimento gratuito de carves ativados
pulverizado e granulado de endocarpo de cco.
Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientfico e Tecnolgico pela bolsa de
doutorado concedida (processo 142.110/2006-0) e pela aprovao de projeto
coordenado pelo professor Andr Luis Calado Arajo (processo no 476043/2008-5),
fundamentais para a obteno dos resultados da pesquisa.
AGRADECIMENTOS
INSTITUCIONAIS:
BERACA SABAR LTDA., na pessoa de Jefferson Teixeira, pela doao de
produtos qumicos (coagulante hidrxicloreto de alumnio, cloro granulado e dixido
de cloro) e pela cordialidade de atendimento na visita unidade de produo de
Pernambuco.
ACQUATRAT DO NORDESTE LTDA., que forneceu todo o material filtrante e
suporte dos filtros utilizado na pesquisa, pelo apoio e pronto atendimento.
OFICINA TORNOSERVICE ME, pelo esmero e fino acabamento das peas
especiais em plstico e metlicas confeccionadas artesanalmente.
POUSADA GARGALHEIRAS ME, seus proprietrios (Lindalva e Chico) e
funcionrios (Titi, Celso, Neto, Leida, Leninha, Jair) pela hospitalidade e cordialidade
durantes as estadas em Acari/Aude Gargalheira.
Ao professor Djalma Ribeiro da Silva e ao aluno Andr Luiz Almeida pela realizao
das anlises de Carbono Total, no Ncleo de Estudos em Petrleo e Gs Natural, do
Departamento de Qumica da UFRN.
Ao Gerente da Regional Caic da CAERN, eng. Welington Queiroga e sua substituta
Rosy, pelo apoio financeiro no pagamento de prestadores de servios durante a
montagem e ensaios na IP-DF.
Ao chefe do escritrio da CAERN em Acari, Paulo Alves da Silva e aos operadores
da ETA Gargalheira, Jos Joelson de Medeiros, Joclio Rodrigues (To), Francisco
Ferreira dos Santos (seu Chico), Antonio Marcelino de Morais (Toinho) e Rubens
Franklin de Lucena (Rubinho), pelo apoio voluntrio e nos momentos em foi
solicitado, pela parceria e cumplicidade.
Ao tcnico de engenharia da CAERN Aldemrio Oliveira pelo paciente e esmerado
trabalho de desenho e detalhamento das unidades da IP-DF.
Ao coordenador do setor de transportes da CAERN, Sandro Saraiva e aos
motoristas Maurcio Larry, Waldemir Jnior, Wilson Vicente e Erivaldo Freitas que ao
longo de cerca de 120 semanas de viagens conduziram a equipe de pesquisa e
juntos percorremos 60.000 km no trajeto Natal-Gargalheira-Natal sem sobressaltos.
AGRADECIMENTOS
PESSOAIS:
Ao engenheiro Francisco Horcio Dantas, pela amizade simples e grandiosa como o
serto nordestino, pelo multi aprendizado hidrulico-eltrico-mecnico e pelas
orientaes e sugestes gentil e prontamente oferecidas.
Ao tcnico de engenharia Jos Targino dos Santos Neto, que, juntamente com Dr.
Horcio (como conhecido na CAERN) compartilhou das experincias e vivncias
pessoais antes, durante e depois da montagem da instalao piloto, ao longo de
1.800 horas de trabalho incansvel, diariamente das 06:00 h s 18:00 h.
Ao amigo professor Andr Luis Calado Arajo, parceiro do IFRN, pela hospitalidade
no mestrado de 1996 em Campina Grande/PB, com quem aprofundei o sentido e
valor da solidariedade e amizade, pelo constante apoio na seleo de bolsistas de
IC e pela inestimvel colaborao na anlise e crtica de textos e na sistematizao
de dados. Minha gratido, para sempre.
Aos professores e colegas Ricardo da Fonseca Varella Filho e Walterler Alves de
Souza, pelo apoio imediato formalizado no sentido de suprir a ausncia de sala de
aula durante os anos de 2006.2 a 2010.2.
Ao amigo e parceiro novo Hugo Mozer Barros Eustquio, que esteve comigo
praticamente em todos os momentos dos ensaios em escala de laboratrio e na IP-
DF, pelos resultados fundamentais para o andamento da pesquisa, pela
responsabilidade, presteza e bom humor constantes.
Ao amigo Sandro Saraiva, do LARHISA/UFRN, pelas horas dispensadas ao paciente
trabalho de orientao e consultoria tcnica para utilizao de diversos programas
para tratamento de dados e formatao/edio de textos.
Ao colega engenheiro Joo Alberto Dantas da Costa, pelo importante apoio
financeiro de pequena e mdia monta e disponibilizao do tcnico Jos Targino,
sem os quais no teria sido possvel a montagem da instalao piloto de dupla
filtrao.
Ao amigo engenheiro Josildo Loureno dos Santos pela compreenso e
cumplicidade no perodo de abril de 2009 a outubro de 2010, nas fases de execuo
dos ensaios na IP-DF e redao da tese.
AGRADECIMENTOS
PESSOAIS:
Aos amigos e amigas da Gerncia de Qualidade do Produto e Meio Ambiente da
CAERN, por ordem alfabtica: Amacell Barros, Ftima Bezerra, Jlio Beda, Liana
Cristina, Loilde Damasceno, Marcos Freire, Marco Aurlio, Marineida Oliveira,
Roberta Medeiros, pelas palavras de incentivo, apoio e reagentes cedidos para
anlises de microcistinas, dentre muitos outros atos de solidariedade.
Aos alunos bolsistas de iniciao cientfica do IFRN, Jos Rinaldo Fernandes Jnior,
Larissa Caroline Saraiva Ferreira, Mayra de Arajo Bezerra Dantas, pelas horas
despendidas com as anlises de laboratrio e pelo apoio durante os ensaios na
instalao piloto de dupla filtrao, em Acari/RN.
Aos amigos da Vila Gargalheira, Acari, Rafael Medeiros e Leandro Silva que
participaram ativa e alegremente, juntamente com Jos Targino, da montagem das
unidades da IP-DF e da sua operao: sem a ajuda de vocs tudo teria sido muito
mais difcil.
Aos novos amigos da Repblica Mineira em So Carlos: Ricardo Bidone, Slvia
Snia, Anbal Santiago, Eduardo "Curi", pelo aprendizado tcnico e convivncia e
pelas noites regadas a quento/cervejas, bruschettas, msica e muita descontrao.
biloga e mestre em Bioecologia Aqutica Margarida Melo Santos pelas
incansveis horas consumidas para realizao das anlises de identificao e
quantificao de fitoplncton, pelas palavras e pelos gestos de amizade.
Para minha amada companheira Juliana e meu filho Mateo pela rica e desafiadora
experincia de convivncia em Natal e em So Carlos, diferente nos aspectos
pessoais, sociais e culturais: maravilhosa !.
Aos filhos amigos e amados Thiago, Rafael e Gustavo, por tudo que vivenciamos
juntos e pelas pessoas lindas que vocs so; em So Carlos, vocs foram
presenas virtuais quase concretas, tal a saudade... .
A minha me Jria Calazans e irmos Ricardo, Ana Jlia e Juliana, pelo ncleo e
estrutura de vida proporcionados ao longo dos anos de convivncia e exemplos
pessoais importantes para minha formao e pelos anos de fraternidade e apoio
mtuos que ainda viro.
Eu vou torcer pela paz, pelo amor, pela alegria Eu vou torcer pelo sorriso, pela dignidade Pela amizade, pelo cu azul Eu vou torcer pela tolerncia, pela natureza Pelos meninos, pelas meninas Pelas diferenas, pela compreenso Pela Paz (Fernanda Abreu)
RESUMO
DUARTE, M. A. C. Tratamento de gua para consumo humano de reservatrio eutrofizado atravs de pr e interoxidao, adsoro em carvo ativado e dupla filtrao. 2011. 301 f. Tese (Doutorado) - Escola de Engenharia de So Carlos, da Universidade de So Paulo, So Carlos, 2011.
A ocupao desordenada das bacias hidrogrficas provocou a acelerao da eutrofizao que, alm de problemas meramente estticos e paisagsticos, resulta na ocorrncia de elevadas densidades de fitoplncton com dominncia de cianobactrias potencialmente txicas nos mananciais. Paralelamente ao envelhecimento e deteriorao fsica das instalaes, as tecnologias usuais de tratamento no renem condies para tratar adequadamente guas de mananciais onde ocorre aporte de substncias qumicas recalcitrantes como agrotxicos, fertilizantes e disruptores endcrinos. O presente trabalho teve como objetivo estudar e avaliar a tcnica da dupla filtrao em leitos de pedregulho e areia, com pr ou interoxidao e adsoro com carvo ativado granulado e pulverizado, para a potabilizao de gua de reservatrio eutrofizado com elevada densidade de cianobactrias Aude Gargalheiras, Acari, semirido do RN. A pesquisa constou de quatro fases: fase 01 caracterizao fsico-qumica e biolgica contnua da gua bruta do manancial e realizao de ensaios estticos de filtrao direta em equipamento de jarteste e filtros de laboratrio de areia, fase 02 avaliao de pr-filtrao ascendente em pedregulho com camadas filtrantes de diferentes granulometrias, fase 03 comportamento da dupla filtrao sob quatro taxas de filtrao e quatro pr-filtros e fase 04 estudo de arranjos da instalao piloto com pr e interoxidao e adsoro com carvo ativado granulado e pulverizado. Concentraes mdias da srie nitrogenada, fsforo total e ortofosfato solvel enquadraram o Aude Gargalheira como eutrfico. Elevadas densidades de cianobactrias mostraram necessidade de monitoramento semanal do manancial (bioensaios de toxicidade e anlise de cianotoxinas). Ensaios estticos em bancada definiram dosagens de coagulante hidrxicloreto de alumnio entre 13 mg.L-1 e 15 mg.L-1 e pH de coagulao de 7,6, sob gradiente e tempo de mistura rpida de 700 s-1 e 17 s; dosagens de oxidante (cloro) entre 2,0 mg Cl2.L
-1 e 3,0 mg Cl2.L-1 e
tempo de oxidao de 20 minutos, com eliminao da acidificao e dosagem de CAP de 15 mg.L-1 com tempo de adsoro de 30 minutos. FAP4 (pr-filtro com camada filtrante entre 2,0 mm e 3,2 mm) apresentou menores mdias de turbidez e cor aparente remanescentes. Taxa de filtrao entre 160 m3.m-2.d-1 e 200 m3.m-2.d-1 foi a faixa escolhida pela melhor performance e menores custos financeiros de implantao e reforma e ampliao de unidades existentes. Dupla filtrao com granulometria, espessura das camadas suporte e filtrante e taxas de filtrao escolhidas e nas condies operacionais aplicadas, mostrou bom desempenho em relao remoo de flocos de clulas de cianobactrias e, consequentemente, de microcistinas totais-LR. As remoes de cianobactrias nos pr-filtros variaram entre 52% (FAP2) e 96% (FAP4), representando densidades remanescentes entre 20.000 clulas.mL-1 e 13.000 clulas.mL-1. Os filtros descendentes de areia atuaram como sistemas de polimento final com remoo na faixa de 61% a 98% (9.400 clulas.mL-1
a 5.800 clulas.mL-1). Oxidao com cloro (inter e pr-oxidao), com residual de cloro livre da ordem de 0,1 mg.L-1, associada adsoro com CAP e CAG produziu efluentes finais com qualidade aceitvel quanto aos nveis de TAM, turbidez e cor
verdadeira. Arranjos de pr e interoxidao, dupla filtrao e adsoro com CAG exibiram melhores desempenhos de remoo de MON, COT, ABS254, cor aparente e verdadeira e turbidez e foram eficientes para assegurar a qualidade dos efluentes finais especialmente em relao remoo de MCT-LR e TAM: efluentes das colunas FCAG tiveram concentrao de MCT-LR reduzida, consistentemente, para
valores inferiores a 1,0 g/L. Palavras chave: adsoro. cianobactrias. dupla filtrao. tratamento de gua. oxidao.
ABSTRACT
DUARTE, M. A. C. Drinking water treatment of eutrophic reservoir by pre and interoxidation, activated carbon adsorption and double filtration. 2011. 301 p. Thesis (Doctoral) - Escola de Engenharia de So Carlos, da Universidade de So Paulo, So Carlos, 2011.
Disordered basins occupation provoked acceleration of eutrophication, which besides purely aesthetic and landscaping problems, results in occurrence of high phytoplankton densities with potentially toxic cyanobacteria dominance. Alongside physical aging and consequent deterioration of installations, usual treatment technologies do not provide adequate conditions for treating water from reservoirs where occurs recalcitrant chemicals such as pesticides, fertilizers and endocrine disrupters. This work aimed to evaluate double filtration in gravel and sand filters, pre and interoxidation and adsorption with powdered and granulated activated carbon, for water potabilization from eutrophic reservoir with high cyanobacteria density Gargalheira Weir, Acari, semi-arid region of RN Brazil. The survey consisted of four phases: phase 1 continuous physic-chemical and biological raw water characterization and static tests in jartest equipment and direct filtration with laboratory sand filters, phase 2 evaluation of up flow prefiltration with different graded layers, phase 03 double filtration behavior under four filtration rates and four pre filters and phase 04 double filtration arrangements study with pre and interoxidation and adsorption with PAC and GAC columns. The average concentrations of nitrogen series, total phosphorus and soluble orthophosphate classified the Gargalheira Weir as eutrophic. High cyanobacteria densities showed the need for weekly monitoring (toxicity bioassays and cyanotoxins analysis). Static bench tests established aluminum hidroxicloride dosages from 13 mg L-1 to 15 mg L-1 and pH coagulation 7.6, with flash mixing gradient 700 s-1 and contact time 17 s; oxidant (chlorine) dosages 2.0 mgCl2.L
-1 - 3.0 mgCl2.L-1 and 20 minutes for oxidation
time, with acidification elimination; 15 mg.L-1 CAP dosage with 30 minutes adsorption time. FAP4 (pre filter with layer size 2.0 mm 3.2 mm) had lower average turbidity and apparent color remnants. Flow rate between 160 m3.m2.d-1 and 200 m3.m2.d-1 was chosen for its performance and lower financial costs of deployment, reform and expansion of existing units. Double filtration with particle size, thickness of layers and filter support and filtration rates choosed under operational conditions applied showed good performance regarding removal of cyanobacteria cells flakes and total microcystin-LR. Cyanobacteria removal in pre filters ranged from 52% (FAP2) and 96% (FAP4), representing remaining densities between 20,000 and 13,000 cells.mL-1. Down flow sand filters done final polishing with removal 61% to 98% (9,400 cells.mL-1 to 5,800 cells.mL-1). Oxidation with chlorine in both inter and pre oxidation with free chlorine residual of about 0.1 mg.L-1, associated with GAC and PAC adsorption produced final effluent with acceptable quality for TAM, turbidity and true color levels. Pre and interoxidation arrangements with double filtration and GAC adsorption as post treatment stage showed better performances in removal MON, TOC, ABS254, true and apparent color and turbidity and exhibitid efficience to ensure final effluent quality in particular MCT-LR and TAM removing: GAC columns effluents
had reduced MCT-LR concentrations consistently to less than 1.0 g.L-1. Keywords: adsorption. cianobacteria. double filtration. eutrofization. water treatment. chemistry oxidation. prefilter.
LISTA DE ILUSTRAES
Figura 3.1 Localizao geogrfica do Aude Gargalheira, Acari/RN. ..................... 59
Figura 3.2 Colnias flutuantes de cianobactrias, margem direita do Aude
Gargalheiras, montante da captao de gua........................................................... 61
Figura 3.3 Barramento em concreto ciclpico e ombreiras de apoio do Aude
Gargalheira, Acari/RN ............................................................................................... 62
Figura 3.4 Torre de abrigo das vlvulas de controle da tomada de gua do Aude
Gargalheira, Acari/RN. .............................................................................................. 62
Figura 3.5 Tubulaes superior (150 mm) e inferior revestida em concreto (400
mm). Captao tipo tomada direta do Aude Gargalheira, Acari/RN. ....................... 63
Figura 3.6 Vista geral do lado direito da IP-DF montada em Acari/RN .................. 65
Figura 3.7 Perfil longitudinal esquerdo da IP-DF, de jusante para montante. ........ 66
Figura 3.8 Agitador mecnico de fabricao NOVA TICA modelo 103/1 DE ....... 67
Figura 3.9 Agitador mecnico controlado por inversor de frequncia (montagem
prpria) ...................................................................................................................... 67
Figura 3.10 Detalhe do motor eltrico, haste de mistura e quadro de comando com
inversor de frequncia do agitador mecnico (montagem prpria). .......................... 68
Figura 3.11 Planta baixa das unidades de tratamento da IP-DF ............................ 71
Figura 3.12 Perfil longitudinal das unidades de tratamento da IP-DF .................... 72
Figura 3.13 Esquema unifilar simplificado e fluxos da gua na IP-DF ................... 75
Figura 3.14 Bombas dosadoras, agitadores e bombonas de soluo de produtos
qumicos .................................................................................................................... 77
Figura 3.15 Equipamento de Jarteste Nova tica modelo 218/LDBE. ................... 81
Figura 3.16 Estrutura de suporte dos filtros de laboratrio de areia. ...................... 82
Figura 3.17 Filtros de laboratrio de areia e meio filtrante. .................................... 82
Figura 3.18 Ponto de coleta de gua bruta, derivao da adutora a 10 m da ETA 93
Figura 4.1 Variao mensal de OD, temperatura, OD de saturao e relao
OD/ODsat no Aude Gargalheira (janeiro de 2009 a janeiro de 2010)......................107
Figura 4.2 Variao temporal da alcalinidade total, cloretos, dureza total e CE na
gua bruta do Aude Gargalheira (janeiro de 2009 a janeiro de 2010) ................... 109
Figura 4.3 Variaes mensais observadas para a cor aparente e verdadeira,
turbidez e pH no Aude Gargalheira (janeiro de 2009 a janeiro de 2010). .............. 110
Figura 4.4 Variao de teores de COT e MON e ABS254 no Aude Gargalheira
(janeiro de 2009 a janeiro de 2010). ........................................................................ 113
Figura 4.5 Variao temporal de valores mdios de ST, SDT e SST no aude
Gargalheira (janeiro de 2009 a janeiro de 2010) ..................................................... 117
Figura 4.6 Variao temporal de nutrientes eutrofizantes no Aude Gargalheira
(janeiro de 2009 a janeiro de 2010) ......................................................................... 120
Figura 4.7 Variao de densidades de bactria heterotrficas mesfilas e
coliformes termotolerantes no Aude Gargalheira (janeiro de 2009 a janeiro de 2010)
................................................................................................................................ 122
Figura 4.8 Variao de densidades de cianobactrias e concentrao de clorofila a
no Aude Gargalheira (janeiro de 2009 a janeiro de 2010). .................................... 123
Figura 4.9 Variao de densidades de cianobactrias e concentrao de
microcistinas totais no Aude Gargalheira (janeiro de 2009 a janeiro de 2010) ...... 124
Figura 4.10 Variao do pH da gua bruta e coagulada nos ensaios de pr-
filtrao .................................................................................................................... 151
Figura 4.11 Influncia da taxa de filtrao e granulometria sobre a remoo de
turbidez dos filtros FAP, para ensaios sem DFI (DFI 0) e com DFI 3 e DFI 6. ........ 156
Figura 4.12 Influncia da taxa de filtrao e granulometria sobre a remoo de cor
aparente dos filtros FAP, para ensaios sem DFI (DFI 0) e com DFI 3 e DFI 6. ....... 156
Figura 4.13 Influncia da taxa de filtrao e granulometria sobre a remoo de
ABS254 dos filtros FAP, para ensaios sem DFI (DFI 0) e com DFI 3 e DFI 6. .......... 157
Figura 4.14 Influncia da taxa de filtrao e granulometria sobre a remoo de
MON dos pr-filtros FAP, para ensaios sem DFI (DFI 0) e com DFI 3 e DFI 6. ...... 157
Figura 4.15 Influncia da taxa de filtrao e granulometria sobre a perda de carga
nas camadas filtrantes dos pr-filtros, para ensaios sem DFI (DFI 0). .................... 158
Figura 4.16 Influncia da taxa de filtrao e granulometria sobre a perda de carga
nas camadas filtrantes dos pr-filtros, para ensaios com DFI a cada 3 horas (DFI 3).
................................................................................................................................ 160
Figura 4.17 Influncia da taxa de filtrao e granulometria sobre a perda de carga
nas camadas filtrantes dos pr-filtros, para ensaios com DFI a cada 6 horas (DFI 6).
................................................................................................................................ 162
Figura 4.18 Variao do pH da gua bruta e gua coagulada nos ensaios com
dupla filtrao, fase 03. ........................................................................................... 166
Figura 4.19 Influncia da taxa de filtrao e granulometria na remoo de turbidez,
cor aparente, ABS254 e MON dos pr-filtros FAP. ................................................... 171
Figura 4.20 Influncia da taxa de filtrao e granulometria dos pr-filtros na
remoo de turbidez, cor aparente, ABS254 e MON da dupla filtrao (DF). ........... 173
Figura 4.21 Variao das perdas de carga nas camadas dos pr-filtros e filtros
FRDA, ensaios com taxas de filtrao de 80/107 m3.m-2.dia-1. ............................... 176
Figura 4.22 Variao das perdas de carga nas camadas dos pr-filtros e filtros
FRDA, ensaios com taxas de filtrao de 120/158 m3.m-2.dia-1. ............................. 179
Figura 4.23 Variao das perdas de carga nas camadas dos pr-filtros e filtros
FRDA, ensaios com taxas de filtrao de 160/211 m3.m-2.dia-1. ............................. 180
Figura 4.24 Variao das perdas de carga nas camadas dos pr-filtros e filtros
FRDA, ensaios com taxa de filtrao de 200/267 m3.m-2.dia-1. ............................... 183
Figura 4.25 Variao do pH da gua bruta e gua coagulada, ensaios da fase 04.
................................................................................................................................ 186
Figura 4.26 Variao das perdas de carga nas camadas do pr-filtro FAP4 e filtros
FRDA, ensaios com pr e interoxidao, dupla filtrao e filtrao direta
descendente e taxas de filtrao de 200/267 m3.m-2.dia-1. ...................................... 195
Figura 4.27 Variao das perdas de carga nas camadas do pr-filtro FAP4 e filtros
FRDA e FCAG, ensaios com pr e interoxidao e adsoro com CAP/CAG e taxas
de filtrao de 200/267 m3.m-2.dia-1 ......................................................................... 196
PRANCHA 01/16 Planta baixa geral.....................................................................214
PRANCHA 02/16 Planta baixa nvel 1 (tubulao abaixo da cota 3,00 m) ........... 215
PRANCHA 03/16 Planta baixa nvel 2 (tubulao abaixo da cota 5,00 m) ........... 216
PRANCHA 04/16 Planta baixa nvel 3 (tubulao abaixo da cota 6,50 m) ........... 217
PRANCHA 05/16 Corte longitudinal ..................................................................... 218
PRANCHA 06/16 Cortes transversais cmaras CPOX, CCAP e filtros FAP, e
detalhes R AB ......................................................................................................... 219
PRANCHA 07/16 Cortes transversais unidades colunas CIOX, filtros FRDA e
FCAG ...................................................................................................................... 220
PRANCHA 08/16 Detalhes construtivos filtros FAP, FRD, FCAG e colunas CIOX
................................................................................................................................ 221
PRANCHA 09/16 Painel de bombas dosadoras, misturadores ............................ 222
PRANCHA 10/16 Detalhes painis de piezmetros dos filtros FAP, FRDA e FCAG
................................................................................................................................ 223
PRANCHA 11/16 Detalhes das bases de apoio das CDV1, CDV2, CDV3/CMR,
CDV4, CDV5 e caixas de proteo de CMB ........................................................... 224
PRANCHA 12/16 Detalhes das caixas de distribuio de vazo CDV4, CDV5,
CDV6 ....................................................................................................................... 225
PRANCHA 13/16 Detalhes das caixas de distribuio de vazo CDV1, CDV2 ... 226
PRANCHA 14/16 Detalhes da caixa de distribuio de vazo e mistura rpida
CDV3/CMR .............................................................................................................. 227
PRANCHA 15/16 Detalhes das cmaras de pr-oxidao CPOX, de adsoro com
CCAP e cmaras de suco intermediria (CS INT) e de gua tratada/lavagem de
filtros (CS AT/AL) .................................................................................................... 228
PRANCHA 16/16 Planta baixa de andaimes e passarelas .................................. 229
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1 Evoluo cronolgica de eventos relacionados a tecnologias de
tratamento de gua para abastecimento ................................................................... 41
Tabela 2.2 Vantagens e desvantagens de tecnologias de tratamento de gua ..... 42
Tabela 2.3 Seleo de tecnologias de tratamento em funo da qualidade da gua
bruta .......................................................................................................................... 43
Tabela 2.4 Classificao de processos de tratamento em funo da complexidade
tecnolgica ................................................................................................................ 44
Tabela 2.5 Avaliao comparativa de custos de implantao e operao de
tecnologias de tratamento de gua ........................................................................... 44
Tabela 3.1 Variao volumtrica do Aude Gargalheiras durante o ano de 2009.
60
Tabela 3.2 Precipitaes pluviomtricas anuais no Aude Gargalheira, Acari/RN
(1974 2009) ....................................................................................................... 60
Tabela 3.3 Alturas das torres de sustentao e quantidades de andaimes das
unidades da IP-DF ............................................................................................... 64
Tabela 3.4 Materiais e principais dimenses das unidades de tratamento da IP-DF
............................................................................................................................. 68
Tabela 3.5 Caractersticas dos equipamentos de recalque CMB AB, CMB INT,
CMB AT/AL e do motor do agitador de mistura rpida ......................................... 69
Tabela 3.6 Caractersticas das camadas suporte, filtrante e adsorvente .......... 73
Tabela 3.7 Resumo de despesas com material, equipamentos e servios de
terceiros para montagem de IP-DF ...................................................................... 73
Tabela 3.8 Taxas de filtrao no FAP, vazes afluentes na IP-DF, taxas de filtrao
resultantes nos filtros FRDA e tempos de contato. .............................................. 78
Tabela 3.9 Processos de tratamento e objetivos das sries de ensaios nas fases
de pesquisa. ......................................................................................................... 80
Tabela 3.10 Rotaes e gradientes de velocidade observados e calculados para
equipamento de jarteste NOVA TICA, modelo 218/LDBE-6. ............................. 83
Tabela 3.11 Planejamento de um ensaio de tratabilidade fictcio com pr-oxidao,
adsoro e filtrao direta. ................................................................................... 88
Tabela 3.12 Planejamento de um ensaio de tratabilidade fictcio com adsoro,
filtrao direta e interoxidao .............................................................................. 89
Tabela 3.13 Caractersticas operacionais dos ensaios de prfiltrao (fase 02)90
Tabela 3.14 Caractersticas operacionais dos ensaios de dupla filtrao (fase 03)
............................................................................................................................. 91
Tabela 3.15 Caractersticas operacionais dos ensaios de dupla filtrao, oxidao,
adsoro e filtrao direta descendente (fase 04) ................................................ 92
Tabela 3.16 Variveis de controle e freqncia de coletas de amostras nas sries
de ensaios ............................................................................................................ 96
Tabela 3.17 Metodologias analticas para medio de variveis de controle dos
processos de tratamento e caracterizao de gua bruta .................................... 97
Tabela 4.1 Resumo estatstico de variveis fsico-qumicas e biolgicas da gua
bruta do Aude Gargalheira (outubro de 2007 a janeiro de 2010). .................... 105
Tabela 4.2 Precipitaes pluviomtricas mensais no Aude Gargalheira, Acari/RN,
anos de 2008 e 2009 .......................................................................................... 106
Tabela 4.3 Densidades mdias de clulas de cianobactrias no Aude
Gargalheiras (outubro de 2007 a janeiro de 2010). ............................................ 125
Tabela 4.4 Distribuio de frequncia de cor aparente e verdadeira, pH,
temperatura, turbidez e MON da gua bruta do Aude Gargalheira (outubro de 2007
a janeiro de 2010). ............................................................................................. 126
Tabela 4.5 Condies e resultados do ensaio para determinao de dosagem de
coagulante HCA 23 sem correo de pH. .......................................................... 128
Tabela 4.6 Condies e resultados do ensaio para determinao de dosagem de
coagulante HCA 23 sem correo de pH. .......................................................... 128
Tabela 4.7 Condies e resultados do ensaio para determinao do pH de
coagulao. ........................................................................................................ 129
Tabela 4.8 Condies e resultados do ensaio para determinao do pH de
coagulao. ........................................................................................................ 130
Tabela 4.9 Condies e resultados do ensaio para determinao do tempo de
mistura rpida com G = 400 s-1. ......................................................................... 133
Tabela 4.10 Condies e resultados do ensaio para determinao do tempo de
mistura rpida com G = 600 s-1. ......................................................................... 133
Tabela 4.11 Condies e resultados do ensaio para determinao do tempo de
mistura rpida com G = 700 s-1. ......................................................................... 134
Tabela 4.12 Condies e resultados do ensaio para determinao do tempo de
mistura rpida com G = 800 s-1. ......................................................................... 134
Tabela 4.13 Condies e resultados do ensaio para avaliao da influncia da taxa
de filtrao. ......................................................................................................... 135
Tabela 4.14 Condies e resultados do ensaio para determinao de dosagem de
coagulante. ......................................................................................................... 136
Tabela 4.15 Condies e resultados do ensaio para determinao do pH de
coagulao. ........................................................................................................ 136
Tabela 4.16 Condies e resultados do ensaio para determinao da dosagem de
cloro na pr-oxidao. ........................................................................................ 138
Tabela 4.17 Condies e resultados do ensaio para determinao do tempo de
oxidao. ............................................................................................................ 139
Tabela 4.18 Condies e resultados do ensaio para determinao da dosagem de
cloro na pr-oxidao com e sem correo de pH de coagulao. .................... 140
Tabela 4.19 Condies e resultados do ensaio para determinao da dosagem de
cloro na pr-oxidao sem correo de pH de coagulao. .............................. 141
Tabela 4.20 Condies e resultados do ensaio para determinao de dosagem de
CAP .................................................................................................................... 143
Tabela 4.21 Condies e resultados do ensaio para determinao de dosagem de
CAP. ................................................................................................................... 144
Tabela 4.22 Condies e resultados do ensaio para determinao do tempo de
adsoro com CAP. ........................................................................................... 146
Tabela 4.23 Condies e resultados do ensaio para determinao do tempo de
adsoro com CAP. ........................................................................................... 147
Tabela 4.24 Dados operacionais dos ensaios de pr-filtrao na IP-DF (fase 02)
........................................................................................................................... 149
Tabela 4.25 Caractersticas da gua bruta nos ensaios de pr-filtrao ......... 149
Tabela 4.26 Qualidade da gua bruta no perodo dos ensaios de pr-filtrao
(14.01 a 16.06.2009) .......................................................................................... 150
Tabela 4.27 Valores mdios de turbidez, cor aparente, ABS254 e MON
remanescentes no efluente dos filtros FAP, ensaios sem DFI. .......................... 152
Tabela 4.28 Valores mdios de turbidez, cor aparente, ABS254 e MON
remanescentes no efluente dos filtros FAP, ensaios com DFI 3. ....................... 152
Tabela 4.29 Valores mdios de turbidez, cor aparente, ABS254 e MON
remanescentes no efluente dos filtros FAP, ensaios com DFI 6. ....................... 153
Tabela 4.30 Valores mdios de caractersticas da gua bruta no perodo dos
ensaios com dupla filtrao, fase 03 (30.06 a 29.09.2009). ............................... 164
Tabela 4.31 Valores mdios de caractersticas da gua bruta nos ensaios com
dupla filtrao, fase 03. ...................................................................................... 165
Tabela 4.32 Dados operacionais dos ensaios com dupla filtrao, fase 03 (2009).
........................................................................................................................... 166
Tabela 4.33 Valores mdios remanescentes nos efluentes de pr-filtros (FAP) e
dupla filtrao (DF) para taxas de filtrao de 80/107 m3.m-2.dia-1 e DFI 8. ....... 167
Tabela 4.34 Desempenho de pr-filtros (FAP) e dupla filtrao (DF) em taxas de
filtrao de 80/107 m3.m-2.dia-1 e DFI 8. ............................................................. 168
Tabela 4.35 Valores remanescentes nos efluentes de pr-filtros (FAP) e dupla
filtrao (DF) para taxas de filtrao de 120/158 m3.m-2.dia-1 e DFI 8. ............... 168
Tabela 4.36 Desempenho de pr-filtros (FAP) e dupla filtrao (DF) em taxas de
filtrao de 120/158 m3.m-2.dia-1 e DFI 8. ........................................................... 168
Tabela 4.37 Valores remanescentes nos efluentes de pr-filtros (FAP) e dupla
filtrao (DF) para taxas de filtrao de 160/211 m3.m-2.dia-1 e DFI 8. ............... 169
Tabela 4.38 Desempenho de pr-filtros (FAP) e dupla filtrao (DF) em taxas de
filtrao de 160/211 m3.m-2.dia-1 e DFI 8. ........................................................... 169
Tabela 4.39 Valores remanescentes nos efluentes de pr-filtros (FAP) e dupla
filtrao (DF) para taxas de filtrao de 200/267 m3.m-2.dia-1 e DFI 6. ............... 170
Tabela 4.40 Desempenho de pr-filtros (FAP) e dupla filtrao (DF) em taxas de
filtrao de 200/267 m3.m-2.dia-1 e DFI 6. ........................................................... 170
Tabela 4.41 Densidades de cianobactrias na gua bruta e eficincias de remoo
de clulas nos pr-filtros FAP e na dupla filtrao. ............................................ 175
Tabela 4.42 Dados operacionais dos ensaios com dupla filtrao, oxidao e
adsoro na IP-DF (fase 04, 2009/2010) ........................................................... 184
Tabela 4.43 Valores mdios de caractersticas da gua bruta no perodo dos
ensaios com dupla filtrao, oxidao e adsoro, fase 04. .............................. 185
Tabela 4.44 Valores mdios de caractersticas da gua bruta nos ensaios com
dupla filtrao, oxidao e adsoro, fase 04 .................................................... 185
Tabela 4.45 Valores mdios remanescentes nos efluentes do pr-filtro e arranjos
de dupla filtrao, oxidao e adsoro, ensaios fase 04 (TF 200/267 m3.m-2.dia-1)
(continua) .......................................................................................................... 190
Tabela 4.46 Desempenho de arranjos de dupla filtrao (DF) com pr e
interoxidao e adsoro com CAP e CAG e taxas de filtrao de 200 m3.m-2.dia-1 e
267 m3.m-2.dia-1. ................................................................................................. 192
Tabela 4.47 Concentraes mdias de espcies de trialometanos na gua bruta e
remanescentes nos efluentes do pr-filtro e unidades de oxidao, adsoro e dupla
filtrao. .............................................................................................................. 193
Tabela 4.48 Taxas de variao de perdas de carga laminares (cm.h-1) no pr-filtro
e filtros de areia em ensaios de oxidao e adsoro. ....................................... 197
Tabela B.1 Resumo de despesas com material, equipamentos e servios de
terceiros para montagem de IP-DF .................................................................... 230
Tabela B.2 Consumo e custo de material hidrulico para montagem de IP-DF:
tubos, vlvulas, peas e conexes de PVC, Teflon, acrlico e similares .......... 231
Tabela B.3 Consumo e custo de materiais metlicos para montagem de IP-DF:
chapas, tubos, andaimes, peas e acessrios, ferramentas e similares ............ 234
Tabela B.4 Consumo e custo de materiais de acabamento e proteo para
montagem de IP-DF: tinta, zarco, solvente e similares .................................... 237
Tabela B.5 Consumo e custo de materiais eltricos para montagem de IP-DF: fios,
cabos, disjuntores, quadros de comando e similares ......................................... 238
Tabela B.6 Consumo e custo de materiais consumveis e diversos para montagem
de IP-DF ............................................................................................................. 240
Tabela B.7 Equipamentos eletromecnicos instalados e custos de aquisio para
montagem de IP-DF ........................................................................................... 241
Tabela B.8 Servios de terceiros realizados e custos para montagem de IP-DF 242
Tabela C.1 Densidades observadas e espcies dominantes de cianobactrias no
Aude Gargalheiras, Acari/RN, nos anos de 2007, 2008, 2009 (continua) 244
Tabela C.2 Espcies dominantes de cianobactrias no Aude Gargalheiras,
Acari/RN, nos anos de 2007, 2008, 2009 (continua) ........................................ 257
Tabela D.1 Perdas de carga total nas camadas filtrantes e suportes dos pr-filtros,
ensaios sem DFI (DFI0), fase 02. 266
Tabela D.2 Perdas de carga total nas camadas filtrantes e suportes dos pr-filtros,
ensaios com DFI a cada 3 horas (DFI3), fase 02. .............................................. 267
Tabela D.3 Perdas de carga total nas camadas filtrantes dos pr-filtros, ensaios
com DFI a cada 6 horas (DFI6), fase 02. ........................................................... 268
Tabela D.4 Perdas de carga no fundo falso e camadas suporte e filtrante dos pr-
filtros e filtros FRDA, ensaios com taxas de filtrao de 80/107 m3.m-2.dia-1 (fase 03)
........................................................................................................................... 269
Tabela D.5 Perdas de carga no fundo falso e camadas suporte e filtrante dos pr-
filtros e filtros FRDA, ensaios com taxas de filtrao de 120/158 m3.m-2.dia-1 (fase 03)
........................................................................................................................... 270
Tabela D.6 Perdas de carga no fundo falso e camadas suporte e filtrante dos pr-
filtros e filtros FRDA, ensaios com taxas de filtrao de 160/211 m3.m-2.dia-1 (fase 03)
........................................................................................................................... 271
Tabela D.7 Perdas de carga no fundo falso e camadas suporte e filtrante dos pr-
filtros e filtros FRDA, ensaios com taxas de filtrao de 200/267 m3.m-2.dia-1 (fase 03)
........................................................................................................................... 272
Tabela D.8 Perdas de carga no fundo falso e camadas suporte e filtrante do pr-
filtro FAP4 e filtros FRDA, ensaios com pr e interoxidao e taxas de filtrao de
160/ 211 m3.m-2.dia-1 e 200/267 m3.m-2.dia-1 (fase 04) ....................................... 273
Tabela D.9 Perdas de carga no fundo falso e camadas suporte e filtrante do pr-
filtro FAP4 e filtros FRDA, ensaios com pr e interoxidao e adsoro com
CAP/CAG e taxas de filtrao de 200/267 m3.m-2.dia-1 (fase 04). ...................... 274
Tabela Anexo A.1 Clculo das formas de cloro com ausncia ou presena de
NCl3......................................................................................................................291
Tabela Anexo D.1 Quantidades e sequncia de reagentes para curva de
calibrao.............................................................................................................300
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
AB gua bruta
ABS254 Absorbncia de luz UV em comprimento de onda de 254 nm
ABNT Associao Brasileira de Normas Tcnicas
AC gua coagulada
ANA Agncia Nacional de guas
APHA American Public Health Association
AWWA American Water Works Association
BHM Bactrias hetrotrficas mesfilas
CA Cor aparente
CAERN Companhia de guas e Esgotos do Rio Grande do Norte
CAG Carvo ativado granulado
CAP Carvo ativado pulverizado
CCAP Cmara de adsoro com CAP
CC Tratamento convencional ou ciclo completo
CDV Caixa de distribuio de vazo
CMR Caixa de mistura rpida
CONAMA Conselho Nacional de Meio Ambiente
COT Carbono orgnico total
CPOX Cmara de pr-oxidao
CS AT/AL Cmara de suco de gua tratada e de lavagem
CS INT Cmara de suco intermediria
C termo Coliformes termotolerantes
CV Cor verdadeira
DBCM Dibromoclorometano
DCBM Diclorobromometano
DF Sistema de dupla filtrao
DFI Descarga de fundo intermediria
EBCT Empty bed contact time
EESC Escola de Engenharia de So Carlos
ELISA Enzyme-linked immunosorbent assay
ETA Estao de tratamento de gua
FDD Filtrao direta decendente
FAP Filtro de fluxo ascendente de pedregulho
FCAG Filtro ou coluna de adsoro em carvo ativado granulado
FLA Filtro de laboratrio de areia
FRDA Filtro rpido descendente de areia
GMR Gradiente de mistura rpida
HCA 23 Hidrxicloreto de alumnio com 23% de alumina
IFRN Instituto Federal de Educao, Cincia e Tecnologia do RN
IOX Interoxidao
IP-DF Instalao piloto de dupla filtrao
LARHISA Laboratrio de Recursos Hdricos e Saneamento Ambiental
NEPGN Ncleo de Estudos e Pesquisa em Petrleo e Gs Natural
MCT-LR Microcistina total-LR
MON Matria Orgnica Natural
MS Ministrio da Sade
PFSPO Potencial de formao de subprodutos organohalogenados
POX Pr-oxidao
RAB Reservatrio de gua bruta
RAT/AL Reservatrio de gua tratada e gua de lavagem
SDT Slidos dissolvidos totais
SPO Subprodutos da oxidao e desinfeco
SST Slidos suspensos totais
ST Slidos totais
TAM Trihalometanos totais
TMR Tempo de mistura rpida
UFRN Universidade Federal do Rio Grande do Norte
USP Universidade de So Paulo
WEF Water Environment Federation
WHO World Health Organization
LISTA DE SMBOLOS
Al2(SO4)3 .14,3 H2O Sulfato de alumnio
Al2O3 Alumina
Ca(ClO)2 Hipoclorito de Clcio
CHBr2Cl Dibromoclorometano
CHBr3 Bromofrmio
CHBrCl2 Diclorobromometano
CHCl3 Clorofrmio
ClO2 Dixido de Cloro
KI Iodeto de Potssio
G Galo americano
KMnO4 Permanganato de potssio
M Concentrao molar
g/L Microgramas por litro
m Micrometro
N2 Nitrognio
N Normalidade
N Rotao
nm Nanmetro
pH Potencial Hidrogeninico
uH Unidade Hazen de cor
uNT Unidade nefelomtrica de turbidez
SUMRIO
1. INTRODUO ................................................................................................. 31
OBJETIVO GERAL .............................................................................................. 34
OBJETIVOS ESPECFICOS ................................................................................ 34
2. REVISO DE BIBLIOGRAFIA ........................................................................ 36
2.1 CIANOBACTRIAS E SADE PBLICA ....................................................... 36
2.2 TECNOLOGIAS DE TRATAMENTO: aspectos gerais ................................... 39
2.3 COAGULAO .............................................................................................. 45
2.4 FILTRAO ................................................................................................... 47
2.5 OXIDAO .................................................................................................... 49
2.6 ADSORO ................................................................................................... 52
3. MATERIAL E MTODOS ................................................................................ 57
3.1 REGIO DO SEMIRIDO: LOCALIZAO DO MANANCIAL EM ESTUDO . 57
3.2 CARACTERSTICAS DO MANANCIAL .......................................................... 58
3.3 CAPTAO DE GUA BRUTA ..................................................................... 61
3.4 INSTALAO PILOTO DE DUPLA FILTRAO ........................................... 63
3.4.1 Concepo, montagem e custos de construo .......................................... 63
3.2.3 Unidades constituintes e funcionamento ..................................................... 73
3.3 FASES DE PESQUISA .................................................................................. 79
3.3.1 Fase 01 Caracterizao da gua bruta e ensaios estticos de filtrao direta
............................................................................................................................. 79
3.3.1.1 Metodologia geral dos ensaios estticos de filtrao direta ..................... 81
3.3.1.2 Srie I.01 Estudo de dosagens, tipos de coagulantes e PH de coagulao
............................................................................................................................. 84
3.3.1.3 Srie II.01 Otimizao das condies de mistura rpida ....................... 84
3.3.1.4 Srie III.01 Dosagem de oxidante e tempo de contato .......................... 86
3.3.1.5 Srie IV.01 Dosagens de CAP e tempos de contato ............................. 87
3.3.2 Fase 02 Ensaios de prfiltrao na IP-DF com filtros FAP ....................... 89
3.3.3 Fase 03 Ensaios na IP-DF com filtros FAP e FRDA ................................ 90
3.3.4 Fase 04 Ensaios na IP-DF com oxidao e adsoro .............................. 91
3.5 VARIVEIS DE CONTROLE E METODOLOGIAS ANALTICAS .................. 95
3.6 ANLISE ESTATSTICA DE DADOS .......................................................... 103
4. APRESENTAO E DISCUSSO DE RESULTADOS ................................ 104
4.1 CARACTERIZAO DA GUA BRUTA E ENSAIOS DE TRATABILIDADE
(FASE 01)........................................................................................................... 104
4.1.1 Caracterizao da gua bruta ................................................................... 104
4.1.2 Ensaios estticos de filtrao direta .......................................................... 127
4.1.2.1. Estudo de dosagens, tipos de coagulante e pH de coagulao. ........... 127
4.1.2.2. Otimizao das condies de mistura rpida ........................................ 132
4.1.2.3 Dosagem de oxidante e tempo de contato para oxidao ...................... 135
4.1.2.4 Dosagem e tempo de contato com CAP ............................................. 141
4.2 ENSAIOS DE PR-FILTRAO NA IP-DF (FASE 02) ................................ 148
4.2.1 Caractersticas da gua bruta e dados dos ensaios .................................. 148
4.2.2 Desempenho dos pr-filtros e caractersticas dos efluentes ..................... 151
4.2.3 Perdas de carga laminares no meio filtrante e camada suporte, ensaios sem
DFI ..................................................................................................................... 158
4.2.4 Perdas de carga laminares no meio filtrante e camada suporte, ensaios com
DFI a cada 3 horas ............................................................................................. 159
4.2.5 Perdas de carga laminares no meio filtrante e camada suporte, ensaios com
DFI a cada 6 horas ............................................................................................. 161
4.3 ENSAIOS NA IP-DF COM FILTROS FAP E FRDA (FASE 03) .................... 164
4.3.1 Caractersticas da gua bruta e dados dos ensaios .................................. 164
4.3.2 Desempenho dos pr-filtros e sistema de dupla filtrao e caractersticas dos
efluentes ............................................................................................................. 167
4.3.3 Perdas de carga laminares e turbulentas nos pr-filtros e filtros descendentes
de areia, ensaios com taxas de filtrao de 80/107 m3.m-2.dia-1 ........................ 175
4.3.4 Perdas de carga laminares e turbulentas nos pr-filtros e filtros descendentes
de areia, ensaios com taxas de filtrao de 120/158 m3.m-2.dia-1 ...................... 178
4.3.5 Perdas de carga laminares e turbulentas nos pr-filtros e filtros descendentes
de areia, ensaios com taxas de filtrao de 160/211 m3.m-2.dia-1 ...................... 180
4.3.6 Perdas de carga laminares e turbulentas nos pr-filtros e filtros descendentes
de areia, ensaios com taxas de filtrao de 200/267 m3.m-2.dia-1 ...................... 182
4.4 ENSAIOS NA IP-DF COM OXIDAO E ADSORO (FASE 04) ............. 184
4.4.1 Caractersticas da gua bruta e dados dos ensaios .................................. 184
4.4.2 Desempenho dos arranjos de oxidao, dupla filtrao e adsoro e
caractersticas dos efluentes .............................................................................. 186
4.4.3 Perdas de carga laminares e turbulentas no pr-filtro e filtros descendentes de
areia, ensaios com pr e interoxidao e dupla filtrao. ................................... 193
4.4.4 Perdas de carga laminares e turbulentas no pr-filtro, filtros descendentes de
areia e filtros de CAG, ensaios com pr e interoxidao, dupla filtrao e adsoro.
........................................................................................................................... 195
5. CONCLUSES E SUGESTES ................................................................... 199
REFERNCIAS .................................................................................................. 202
APNDICE A. DESENHOS DA IP-DF. .............................................................. 214
APNDICE B. MATERIAIS, EQUIPAMENTOS E SERVIOS DA IP-DF. ........ 230
APNDICE C. IDENTIFICAO E QUANTIFICAO DE CIANOBACTRIAS 244
APNDICE D. PERDAS DE CARGA LAMINARES E TURBULENTAS. .......... 266
ANEXO A. METODOLOGIA: QUANTIFICAO DE FORMAS DE CLORO .... 275
A.1 INTRODUO ............................................................................................. 275
A.1.1 Efeitos da clorao ................................................................................... 275
A.1.2 Formas de cloro e reaes ....................................................................... 275
A.1.3 Seleo do Mtodo ................................................................................... 276
A.2. PRINCPIOS DOS MTODOS TITULOMTRICO E COLORIMTRICO ... 277
A.2.1 Mtodo Iodomtrico I ................................................................................ 277
A.2.2 Mtodo Iodomtrico II ............................................................................... 278
A.2.3 Mtodo Titulomtrico do DPD e SFA ........................................................ 278
A.2.4 Mtodo Colorimtrico DPD ....................................................................... 281
A.3. AMOSTRAGEM, ARMAZENAMENTO E EQUIPAMENTOS ...................... 281
A.4. REAGENTES .............................................................................................. 281
A.4.1. Soluo tampo de fosfato ...................................................................... 281
A.4.2. Soluo indicadora N, N-dietil-p-fenilenodiamina (DPD).......................... 282
A.4.3. Soluo titulante de sulfato ferroso amoniacal (SFA) .............................. 282
A.4.4. Cristais de iodeto de potssio, KI ............................................................. 282
A.4.5. Soluo de iodeto de potssio ................................................................. 282
A.4.6. Soluo de arsenito de sdio ................................................................... 282
A.4.7. Soluo de tioacetamida .......................................................................... 283
A.4.8. gua livre de demanda de cloro .............................................................. 283
A.4.9. Soluo padro de tiossulfato de sdio (TSS), 0.1N ............................... 284
A.4.10. Soluo titulante padro de TSS, 0,01 N ou 0025 N ............................. 284
A.4.11. Soluo indicadora de Amido ................................................................ 285
A.4.12. Soluo padro de Iodo, 0,100 N .......................................................... 285
A.4.13. Soluo titulante padro de Iodo, 0,0282 N ........................................... 286
A.4.14. Soluo padro de Arsenito, 0,1 N ........................................................ 286
A.5. PROCEDIMENTOS DE ANLISE .............................................................. 287
A.5.1 Calibrao com solues de Cloro ........................................................... 287
A.5.2 Calibrao com solues de Permanganato de Potssio ......................... 288
A.5.3 Volume de amostra ................................................................................... 288
A.5.4 Titulao do Branco .................................................................................. 288
A.6. CONCENTRAES DE CLORO RESIDUAL ............................................. 289
A.6.1 Cloro livre .................................................................................................. 289
A.6.2. Monocloramina ........................................................................................ 289
A.6.3. Dicloramina .............................................................................................. 289
A.6.4. Tricloreto de nitrognio ............................................................................ 290
A.6.5. Correo do Cromato utilizando tioacetamida ......................................... 290
A.6.6. Procedimento simplificado para cloro total ............................................... 290
A.6.7. Clculos Finais ......................................................................................... 290
A.6.8 Referncias e Bibliografia ......................................................................... 291
ANEXO B. METODOLOGIA: QUANTIFICAO DE MATRIA ORGNICA
NATURAL .......................................................................................................... 293
B.1 INTRODUO ............................................................................................. 293
B.2 VIDRARIA, MATERIAIS E EQUIPAMENTOS .............................................. 293
B.3 PRINCPIO DO MTODO E INTERFERENTES ......................................... 293
B.4 REAGENTES E SOLUES ....................................................................... 293
B.5 PROCEDIMENTOS ..................................................................................... 295
B.6 RESULTADOS ............................................................................................. 295
ANEXO C. METODOLOGIA: QUANTIFICAO DE CLOROFILA a ............... 296
C.1 INTRODUO ............................................................................................. 296
C.2 METODOLOGIAS ANALTICAS .................................................................. 296
C.3 PROCEDIMENTO PARA EXTRAO COM METANOL ............................. 297
ANEXO D. METODOLOGIA: QUANTIFICAO DE NITRATOS ..................... 299
D.1 PRINCPIO .................................................................................................. 299
D.2 REAGENTES ............................................................................................... 299
D.3 PROCEDIMENTOS ..................................................................................... 299
31
1. Introduo
1. INTRODUO
Tal como o fenmeno do aquecimento global, ocorre no planeta crescente e intensa
degradao dos principais corpos aquticos utilizados como manancial de
abastecimento pblico, destacando como principais efeitos a eutrofizao e a
contaminao por microcontaminantes. A eutrofizao cultural, decorrente das
atividades antrpicas, processo rpido e mais intenso que a natural, acarreta
alteraes do corpo aqutico e modificaes ecolgicas (cor, turbidez,
concentraes de slidos, de nions e ctions etc.), aumenta o poder corrosivo e
gera dificuldades nos processos de tratamento das guas.
Entre vrias alteraes na qualidade da gua decorrentes do processo de
eutrofizao artificial, destacam-se: i) perda das qualidades estticas e paisagsticas
e interferncia nos usos recreacionais devido ao acmulo de algas na superfcie,
causando aspecto e odor desagradveis; ii) reduo do oxignio dissolvido devido a
sedimentao da biomassa fitoplanctnica que provoca incremento da demanda
bentnica; iii) morte extensiva de peixes e reduo da biodiversidade aqutica; iv)
obstruo de filtros nas estaes de tratamento de gua por algas filamentosas e
cianobactrias; v) crescimento extensivo de macrfitas interferindo nas atividades de
navegao, aerao, evaporao e diminuindo a capacidade de escoamento de
canais, alm de servir de meio para desenvolvimento de parasitas e mosquitos; vi)
aumento da incidncia de floraes de microalgas e cianobactrias com efeitos
negativos sobre a eficincia e elevao de custos e complexidade do tratamento de
gua e para a sade humana (DI BERNARDO, 1995;.CEBALLOS, AZEVEDO,
BENDATE, 2006).
Os mananciais de superfcie constituem a principal fonte de abastecimento do Brasil.
Dados de pesquisa por amostragem realizada pela Agncia Nacional de guas
(ANA) em 1.907 municpios com sistemas de abastecimento de gua revelam que
64,5% desses municpios so abastecidos por mananciais de superfcie e 32,5%
possuem manancial subterrneo. Destaca-se que sistemas de abastecimento de
gua com captao superficial exigem cada vez mais tecnologias de tratamento
apropriadas para compensar a constante degradao dos corpos aquticos. Na
Regio Nordeste, 70% das cidades so abastecidas por rios, lagos e audes
(BRASIL, 2009).
32
1. Introduo
A maior parte destes mananciais so reservatrios construdos h mais de 50 anos
e atualmente exibem floraes de algas que podem surgir repentinamente e persistir
por longos perodos, causando vrios problemas, principalmente por afetarem os
processos de tratamento da gua.
No estado do Rio Grande do Norte, observa-se equilbrio entre o nmero de sedes
abastecidas por mananciais superficiais e subterrneos 52% das cidades so
supridas por guas superficiais, 45% por guas subterrneas e os restantes 3% por
sistemas mistos. Os sistemas isolados, que atendem a 53% das sedes urbanas e a
33% da populao, so abastecidos, em sua maioria, por poos que captam nos
aqferos Barreiras e Dunas, na Bacia Costeira (BRASIL, 2009).
No RN, a CAERN opera 87 ETA captando gua de mananciais de superfcie,
responsveis por uma produo de 4.112 L/s de gua potvel para abastecimento
de cerca de 1.184.000 habitantes. Deste total apenas 382,3 L/s (9,5%) so tratados
em seis ETA convencionais e 88,5% do volume tratado (3.646 L/s) proveniente de
ETA que utilizam a filtrao direta como tecnologia de tratamento, em sua maioria a
filtrao direta ascendente. Em 2009 foi construda uma instalao de dupla filtrao
que tem capacidade de 85 L/s, cerca de 2% do volume total. Todas ETA do RN tem
como caracterstica comum o fato de terem sido projetadas e construdas h mais de
15 anos e algumas delas esto com mais de 40 anos de operao, a exemplo de
Jiqui (Natal, 750 L/s), Itans (Caic, 155 L/s), Gargalheiras (Acari, 85 L/s) e Pau dos
Ferros (Pau dos Ferros, 30 L/s).
Paralelamente ao envelhecimento e deteriorao das unidades de tratamento, a
ocupao desordenada das bacias hidrogrficas nas quais esto inseridos os
mananciais (a maioria reservatrios artificiais) provocou a acelerao da
eutrofizao, que alm de problemas meramente estticos e paisagsticos, resulta
na ocorrncia de elevadas densidades de fitoplncton. A dominncia observada de
cianobactrias potencialmente txicas, a exemplo de espcies que se observa nos
principais mananciais do RN como Mycrocistis aeruginosa, Anabaena sp,
Cylindrospermopsis raciborskii, Chrooccocus sp e Aphanocapsa delicatissima.
Adicionalmente, as tecnologias de tratamento atualmente instaladas no renem
condies de tratar adequadamente guas captadas em mananciais em que ocorre
intenso aporte de substncias qumicas recalcitrantes como agrotxicos, fertilizantes
e disruptores endcrinos. Processos at ento utilizados para controle das floraes
de algas como algicidas e oxidantes atualmente revelam-se incuos ou
33
1. Introduo
potencialmente malficos pelas reaes secundrias e formao de substncias
cancergenas. Os fatos evidenciam uma realidade preocupante: est cada vez mais
difcil atingir os padres de qualidade de gua tratada para consumo humano
exigidos pela legislao de sade pblica do Brasil.
O estudo da ANA (2009) concluiu que o crescimento desordenado de grandes
centros urbanos tem causado presso sobre os recursos hdricos locais, gerando a
necessidade de se buscar novas fontes de abastecimento em locais cada vez mais
distantes e com investimentos maiores. importante destacar que antes da
mudana de manancial devem ser concentrados esforos no sentido de adequar e
ampliar as ETA implantadas, com nfase para o mximo aproveitamento das
unidades existentes.
As solues destes problemas ambientais englobam duas vertentes, sendo uma de
alcance em mdio e longo prazos que requer aporte considervel de recursos
financeiros, tecnolgicos e humanos e outra que pode ser implementada em curto
prazo com reflexos diretos sobre a sade da populao. A primeira linha de solues
refere-se quantificao e identificao de causas ambientais e ao equacionamento
e implantao de processos e sistemas que eliminem de forma definitiva os fatores
causais dos problemas identificados. composta por extenso rol de tarefas
complexas e multidisciplinares que envolvem estudos sobre os ecossistemas
aquticos e uso e ocupao do solo e cujas solues tem forte impacto social,
econmico e financeiro sobre a rea da bacia hidrogrfica. Pesquisas sugerem que
as respostas ecolgicas e ambientais do meio aqutico so imprevisveis sob os
aspectos qualitativos e temporais, mesmo com a eliminao de todos os pontos de
degradao existentes (REYNOLDS, DOKULIL, PADISK, 2000).
A segunda alternativa no substitui a primeira e no tem foco nas causas dos
problemas mas atua como barreira efetiva contra a exposio de pessoas s
conseqncias advindas da degradao dos mananciais. Est embasada na
engenharia sanitria que instrumentaliza e possibilita a reforma, adequao e
implantao de unidades de tratamento dotadas de operaes e processos
eficientes e eficazes para possibilitar a produo de gua potvel.
Este trabalho tem por proposta testar a hiptese que o tratamento por dupla filtrao,
oxidao e adsoro uma alternativa eficiente e vivel para a potabilizao de
gua de reservatrio eutrofizado com elevada densidade de cianobactrias.
34
1. Introduo
OBJETIVO GERAL
O presente trabalho teve como objetivo principal estudar e avaliar a tcnica de
tratamento da dupla filtrao em leitos de pedregulho e areia, com pr ou
interoxidao e adsoro com carvo ativado pulverizado ou granulado, para a
potabilizao de gua de reservatrio com elevada densidade de cianobactrias.
OBJETIVOS ESPECFICOS
Caracterizar temporalmente a qualidade da gua bruta do aude Mal. Dutra/
Gargalheira, Acari/RN;
Estudar em ensaios estticos de jarteste com filtros de areia, o desempenho de
dosagens de coagulantes/pH de coagulao e condies de mistura rpida,
dosagens de oxidante e de carvo ativado pulverizado e tempos de contato para
remoo de cor aparente e verdadeira, turbidez e matria orgnica natural;
Definir a granulometria das camadas de pedregulho, a taxa de filtrao e frequncia
de descargas de fundo intermedirias a serem empregadas no filtro de fluxo
ascendente de pedregulho;
Estudar o comportamento da evoluo da perda de carga em regime laminar nos
meios filtrantes dos pr-filtros e filtros rpidos de fluxo descendente;
Verificar a influncia da pr e interoxidao com cloro como coadjuvante para a
coagulao qumica com vistas clarificao, remoo de cianobactrias e
microcistinas e formao de trihalometanos em instalao piloto;
Avaliar o desempenho da adsoro em carvo ativado pulverizado e granulado
para remoo de cianobactrias, microcistinas e trihalometanos.
Pelo exposto, esta monografia constitui tese por contemplar os trs atributos
exigidos para tal: i) originalidade apresenta contribuio para o desenvolvimento e
aplicao da tcnica da dupla filtrao, o que a ela confere carter de ineditismo;
ii) importncia cientfica e tecnolgica, pois a maioria das instalaes de tratamento
de gua em operao no renem condies de tratar adequadamente guas
captadas em mananciais degradados, sendo necessrios estudos visando a difundir
conhecimentos e possibilitar reformas e adequaes. A soluo de problemas em
ETA em operao requer definio e implementao de medidas que atendam
condicionantes tcnicas, econmicas e ambientais; iii) viabilidade a execuo da
pesquisa foi possvel pelos recursos financeiros e logsticos disponibilizados por
35
1. Introduo
diversas instituies como CAERN, IFRN, CNPq e USP, pelo manancial escolhido
que permitiu avaliar as variaes sazonais de qualidade da gua e pela logstica de
transporte e infraestrutura de laboratrio existentes.
36
2. Reviso de Bibliografia
36
2. REVISO DE BIBLIOGRAFIA
2.1 CIANOBACTRIAS E SADE PBLICA
Com a intensificao e diversificao dos impactos antrpicos sobre os corpos
aquticos (remoo de mata ciliar, intenso aporte de nutrientes, assoreamento), a
ocorrncia de floraes de cianobactrias tem se elevado em todo o Planeta. At o
final do sculo XX, profissionais da rea de saneamento ambiental consideravam os
impactos causados por cianobactrias como meramente estticos pela produo de
odores e sabores e operacionais pela interferncia nos processos de tratamento de
gua (XAGORARAKI et al., 2006).
Atualmente, reconhece-se que o aumento em nvel mundial e regional da ocorrncia
de floraes com cianobactrias em mananciais utilizados para consumo humano
fato preocupante, pela capacidade de esses microrganismos produzirem e liberarem
para o ambiente aqutico toxinas (cianotoxinas) que podem afetar a sade humana,
seja pela ingesto direta de gua, seja por contato decorrente da prtica de
atividades de recreao e trabalho ou pelo consumo de peixes, ostras, camares e
mexilhes contaminados. A principal via de intoxicao ocorre pelo consumo de
gua sem tratamento adequado para remoo das clulas de cianobactrias ou
toxinas (FUNDAO NACIONAL DE SADE - FUNASA, 2003).
Diante deste contexto, as toxinas produzidas por floraes de cianobactrias
(cyanobacteria toxin poisonings; CTP) esto sendo intensamente pesquisadas em
estudos sobre ocorrncias de algas potencialmente txicas (CHORUS & BARTRAM,
1999). Estas toxinas, conhecidas como cianotoxinas so responsveis por surtos
intermitentes mas que se repetem em todas as regies do Planeta de
envenenamento de animais selvagens e domsticos e de peixes criados em cativeiro
em sistemas de aquicultura. As cianotoxinas incluem neurotoxinas anatoxina-a e
anatoxina-a(s), toxinas paralisantes de ostras e moluscos (paralytic shellsh poisons
PSP) saxitoxinas e outras e hepatotoxinas microcistinas, nodularinas e
cylindrospermopsinas (CARMICHAEL, 1997).
Embora existam relatos de casos de intoxicao por via oral envolvendo seres
humanos, estes nunca foram confirmados, seja devido a falta de informaes
relacionadas com vetores e circunstncias que poderiam confirmar a presena de
cianotoxinas em alimentos ou mananciais de gua, seja pela escassez de mtodos
37
2. Reviso de Bibliografia
37
apropriados de deteco. Dado que a maioria das cianotoxinas ocorre somente
quando as floraes se acumulam na forma de finas camadas de escuma flotante,
os humanos no experimentam intoxicaes agudas por geralmente evitarem o
contato com estas elevadas concentraes de clulas. Adicionalmente, os sistemas
de abastecimento de gua acrescentam processos de tratamento que previnem
elevadas concentraes de cianotoxinas na gua tratada, bloqueando a rota oral de
contato dos humanos com estas substncias (XAGORARAKI et al., 2006).
Entretanto a rota oral de exposio no a nica possvel para seres humanos.
Estudo realizado por Carmichael et al. (2001) evidenciou causas biolgicas e
qumicas para o primeiro evento documentado de casos fatais em humanos por
hepatotoxinas de cianobactrias por via intravenosa numa clnica de hemodilise em
Caruaru-PE em 1996. De acordo com Azevedo et al. (2002), dos 123 pacientes, 116
apresentaram sintomas relacionados intoxicao por microcistinas, com 54 mortes
at cinco meses aps os primeiros indcios, causadas por falncia das funes
hepticas.
Pesquisa realizada na lagoa de Jacarepagu, Rio de janeiro, evidenciou a
acumulao de cianotoxinas nos msculos de animais aquticos, constituindo via
importante de contato e contaminao principalmente para populaes
consumidoras de pescados (MAGALHES et al., 2001).
O aparecimento de crescimentos anormais de algas em vrios mananciais e a
ocorrncia, nos ltimos anos, de florescncias com cianobactrias potencialmente
produtoras de toxinas, motivo de grande preocupao para as entidades
responsveis pela operao de sistemas de abastecimento de gua. Os gneros
potencialmente txicos podem produzir microcistinas e saxitoxinas, responsveis por
causas letal, aguda e crnica de envenenamento em animais aquticos, selvagens,
domsticos e humanos (CARMICHAEL, 2001).
Microcistinas so toxinas produzidas no interior das clulas de cianobactrias
(Microcystis) que podem ser liberadas para o meio aqutico atravs de lise ou
estresse celular. Dosagem de oxidantes como sulfato de cobre, comumente
utilizados em floraes de algas, pode provocar a lise de clulas de Microcystis sp.,
elevando de forma significativa sua concentrao em relao amostra de gua
original. Segundo sua estrutura qumica as cianotoxinas so agrupadas em
peptdeos cclicos, alcalides e lipopolissacardeos (LPS). As microcistinas e
nodularinas so peptdeos cclicos e constituem as toxinas mais frequentemente
38
2. Reviso de Bibliografia
38
encontradas em corpos aquticos, tambm conhecidas como hepatotoxinas em
funo da sua ao farmacolgica; as anatoxinas e saxitoxinas so exemplos de
alcalides neurotxicos (neurotoxinas), enquanto as cylindrospermopsinas e
aplysiatoxinas e lyngbiatoxinas so alcalides citotxicos e dermatotxicos,
respectivamente. Os LPS, toxinas irritantes e alergnicas, so produzidos pela
maioria dos gneros de cianobactrias. Em ambientes aquticos a maior parte
dessas toxinas permanecem contidas nas clulas das cianobactrias, mas podem
ser liberadas para a massa lquida se ocorrer lise celular devido a fenmenos como
senescncia (morte natural), estresse celular e ao de produtos qumicos algicidas
(CALIJURI, ALVES e SANTOS, 2006).
A pesquisa e investigao sistematizadas da ocorrncia de espcies potencialmente
txicas em ambientes aquticos constituem importantes ferramentas de gesto de
recursos hdricos, como forma de preveno de agravos sade humana e de
conservao dos ecossistemas aquticos. As estratgias usualmente adotadas para
o controle da eutrofizao incluem medidas preventivas, na bacia hidrogrfica,
atravs da reduo das fontes externas e corretivas, nos lagos ou represas, por
meio de processos mecnicos, qumicos e biolgicos (THOMANN & MUELLER,
1987).
No Rio Grande do Norte pesquisas evidenciam tendncia crescente de eutrofizao
dos mananciais superficiais, fato que resulta na necessidade da adoo de medidas
preventivas de gesto dos recursos hdricos sem, no entanto, afastar os esforos no
sentido de garantir para a populao gua de boa qualidade (ARAJO, 1997;
OLIVEIRA, 1994; PEREIRA, 1993). Duarte (1999) calculou ndices de Qualidade da
gua e Estado Trfico de trs importantes mananciais situados no Litoral Oriental do
RN, as lagoas de Bonfim, Extremoz e Jiqui. Costa et al (2003; 2006) observaram
ocorrncia de freqentes e duradouras floraes txicas de cianobactrias em
reservatrios do semi-rido norteriograndense, utilizados principalmente para
abastecimento humano e localizados nas bacias dos Rios Apodi-Mossor, Piranhas-
Assu (Barragem Armando Ribeiro, Audes Gargalheiras e Passagem das Traras) e
Trairi. Os estudos indicam expressiva dominncia de cianobactrias que, na maioria
dos ambientes, superior a 90% da biomassa total do fitoplncton, em densidades
que excedem o limite de aceitabilidade para corpos aquticos superficiais
estabelecido pela Resoluo N. 357/2005 (CONAMA, 2005). Nessas regies de
clima semi-rido, os mananciais estudados na pesquisa so responsveis pelo
39
2. Reviso de Bibliografia
39
abastecimento de mais de 500 mil habitantes. Em suas bacias hidrogrficas h
intenso uso de fertilizantes agrcolas, e, por conseqncia, em diversos ambientes
aquticos h elevadas concentraes de clorofila a (at 800 g.L-1), de fsforo total
(superiores a 340 g.L-1) e nitrognio total. Floraes hepatotxicas foram
observadas em 60% dos reservatrios monitorados, com elevados nveis de
microcistinas de 30 g.L-1 a 172 g.L-1 nos reservatrios Itans, Passagem das
Trairas, Sabugi, Piles, Lucrcia, Tenente Ananias, Pau dos Ferros, Gargalheiras,
Barragem Armando Ribeiro Gonalves e no rio Assu. Esses valores esto muito
acima do VMP para gua potvel, 1 g.L-1 (BRASIL, 2004). As pesquisas de COSTA
et al (2003; 2006) mostraram haver concentraes de clulas de cianobactrias
superiores ao limite mximo aceitvel (20.000 clulas.mL-1), configurando-se estado
de alerta de nvel 2 para esses corpos aquticos. Nesta situao, o monitoramento
do manancial deve ser feito semananalmente, atravs de anlises de cianotoxinas e
bioensaios com camundongos (CHORUS & BARTRAM, 1999).
2.2 TECNOLOGIAS DE TRATAMENTO: ASPECTOS GERAIS
Desde a antiguidade o homem procurava mesmo que intuitivamente condicionar a
qualidade da gua a padres que evoluram de aspectos visuais ou organolpticos
at a poca atual com o controle e definio de limites em nveis de constituintes
traos. H quatro sculos um mdico filsofo recomendava a exposio da gua
luz solar, filtr-la em areia e carvo vegetal e armazen-la em recipientes de cobre.
Outras formas de condicionamento eram a fervura ou aquecimento pela radiao
solar. Atualmente a desinfeco pode ser obtida pela oxidao qumica, pela ao
oligodinmica de metais e radiao ultravioleta; a remoo de matria orgnica e
compostos qumicos pela adsoro em carvo ativado e a remoo de slidos
suspensos por filtrao em leito de areia com suporte de pedregulhos seguida de
desinfeco (SYMONS, 2006).
O conjunto de processos e operaes utilizados para adequar as caractersticas
fsico-qumicas e biolgicas das guas naturais constitui as ETA. Esses processos
visam a remover ou diminuir as concentraes de substncias encontradas na gua
bruta at padres estabelecidos para a gua potvel, expressos por VMP, definidos
no Brasil pela Portaria N. 518 (BRASIL, 2004).
40
2. Reviso de Bibliografia
40
Nos ltimos trinta anos podem ser listadas algumas tendncias de desenvolvimento
de tecnologias de tratamento: os padres microbiolgicos baseados em bactrias
indicadoras evoluram para vrus e protozorios; a turbidez foi complementada por
contagem de partculas; intensificao de estudos e pesquisas sobre compostos
qumicos sintticos e subprodutos da desinfeco e oxidao (SPO); preocupao
com lixiviao de contaminantes das tubulaes e unidades para a gua potvel;
instalao de unidades de filtrao em membranas de baixa e alta presso; uso do
oznio como oxidante e desinfetante primrio, oxidao avanada e fotlise por
radiao UV (TRUSSEL, 2006).
Devido o consumo de gua constituir importante rota de exposio s microcistinas,
diversas tecnologias de tratamento tem sido avaliadas relativamente eficincia de
remoo destas toxinas. A oxidao com cloro uma dessas tecnologias, muito
utilizada no Brasil e Estados Unidos dada a simplicidade, facilidade de uso e
eficincia de inativao de microcistinas (AWWA, 2000). Xagoraraki et al.
(2006).estudaram os efeitos de variao de pH, dosagem de cloro, concentrao da
toxina e temperatura da gua na taxa de inativao de microcistina-LR (MC-LR). Os
experimentos mostraram que MC-LR extracelular foi inativada por cloro livre e sua
cintica foi influenciada pelo pH: taxas de degradao mais elevadas foram
observadas em pH 6,0 e as mais baixas em pH 9,0.
A Tabela 2.1 mostra um registro da evoluo tecnolgica dos processos e sistemas
de tratamento que ocorreu do sculo XV aC at a dcada de 1970.
41
2. Reviso de Bibliografia
41
Tabela 2.1 Evoluo cronolgica de eventos relacionados a tecnologias de tratamento de gua para abastecimento
Tempo Evento Autor Pas
Sculo XV aC Sedimentao em jarros - Egito Sculo V aC Filtrao por peneiramento em tecidos Hipcrates Grcia
Ano 1680 Inveno do microscpio, descoberta de microrganismos
van Leeuwenhoek
Holanda
Ano 1685 Projeto de filtro multi estgios em areia Porzio Itlia Ano 1745 Patente de filtro de esponjas Amy Frana
Dcada 1750 Experimentos com abrandamento Home Esccia Dcada 1780 Construo de precursor dos filtros lentos Lancashire Inglaterra
Ano 1791 Concesso de 1 patente para filtros Peacock Inglaterra
Ano 1804 Construo da 1 planta de filtrao em sistema de abastecimento pblico
Gibb Esccia
Ano 1827 Circulao de panfleto contra consumo de gua contaminada, Londres
- Inglaterra
Ano 1830 Funcionamento do 1 filtro lento de areia, Londres
Simpson Inglaterra
Dcada 1830 Remoo de odor com oxidante pulverizado
- Inglaterra
Ano 1869 Publicao de livro: filtros em sistemas de abastecimento
Kirkwood EUA
Ano 1872 Construo de filtro lento de areia, Poughkeepsie
- EUA
Ano 1882
Descoberta do bacilo Mycobacterium tuberculosis
Koch Alemanha
Introduo da tecnologia de filtrao rpida, Somerville
- EUA
Ano 1883 Estudo sobre poluio da gua NBH EUA Ano 1895 Pesquisa pioneira sobre filtrao Hazen EUA
Ano 1896 Eliminao