sousa, amanda bezerra_2015
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Estudo de clarificação de água para abastecimento humano utilizando Moringa como auxiliar de coagulação.TRANSCRIPT
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS AMBIENTAIS E
TECNOLÓGICAS
ENGENHARIA CIVIL
AMANDA BEZERRA DE SOUSA
CLARIFICAÇÃO DA ÁGUA USADA NO ABASTECIMENTO DA CIDADE DE PAU
DOS FERROS – RN, UTILIZANDO SULFATO DE ALUMÍNIO COMO
COAGULANTE COMBINADO COM Moringa oleífera Lam.
Mossoró/RN
2015
AMANDA BEZERRA DE SOUSA
CLARIFICAÇÃO DA ÁGUA USADA NO ABASTECIMENTO DA CIDADE DE PAU
DOS FERROS – RN, UTILIZANDO SULFATO DE ALUMÍNIO COMO
COAGULANTE COMBINADO COM Moringa oleifera Lam.
Trabalho de conclusão de curso apresentado a Universidade Federal Rural do Semi-Árido - UFERSA, campus Mossoró, Departamento de Ciências Ambientais e Tecnológicas para a obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil.
Orientadora: Profª. Dra Solange Aparecida Goularte Dombroski
Mossoró/RN
2015
© Todos os direitos estão reservados a Universidade Federal Rural do
Semi-Árido. O conteúdo desta obra é de inteira responsabilidade do (a)
autor (a), sendo o mesmo, passível de sanções administrativas ou penais,
caso sejam infringidas as leis que regulamentam a Propriedade Intelectual,
respectivamente, Patentes: Lei n° 9.279/1996, e Direitos Autorais: Lei n°
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data de defesa e homologação da sua respectiva ata. A mesma poderá
servir de base literária para novas pesquisas, desde que a obra e seu (a)
respectivo (a) autor (a) sejam devidamente citados e mencionados os seus
créditos bibliográficos.
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP)
Biblioteca Central Orlando Teixeira (BCOT)
Setor de Informação e Referência
S725c Sousa, Amanda Bezerra de
Clarificação da água usada no abastecimento da
cidade de pau dos ferros – rn, utilizando sulfato de
alumínio como coagulante combinado com Moringa
oleífera Lam / Amanda Bezerra de Sousa -- Mossoró,
2015.
89f.: il.
Orientadora: Profª. Dra. Solange Aparecida G. Dombroski
Monografia (Graduação em Engenharia Civil) – Universidade
Federal Rural do Semi-Árido. Pró-Reitoria de Graduação.
1. Coagulação. 2. Testes em escala de bancada.
3. Tratamento de água. I. Título.
RN/UFERSA/BCOT/249-15 CDD:627.1622 Bibliotecária: Vanessa de Oliveira Pessoa
CRB-15/453
AGRADECIMENTOS
A minha orientadora Solange Dombroski, por ter se tornado o modelo de profissional
que pretendo seguir, comprometida, dedicada e ética. Além disso, da pessoa
amorosa, amiga, paciente e compreensiva que foi para mim não só durante a
elaboração desse trabalho, mas ao longo da nossa trajetória juntas em projetos de
extensão, de pesquisa e no estágio.
Aos meus pais, Arlindo Bezerra e Francisca Bezerra por terem sido meus pilares, e
apesar de todas as dificuldades que ocultaram de mim, conseguiram me dar todo o
apoio necessário. Todos os objetivos que eu consiga alcançar em minha vida, eu
devo isso a vocês.
Aos meus irmãos Bruno Bezerra e Arlindo Bezerra Júnior pelo apoio, pelos
conselhos e pelos exemplos de vida que são para mim. E a Ana Lívia, a Princesa de
titia que torna os meus dias mais felizes.
A Aline Muras Pino pelo companheirismo, pela paciência, pelos conselhos, pelas
palavras de incentivo e carinho e por ter feito dos meus objetivos seus também.
A Erickson Nóbrega por ter sido minha família fora de casa, por ter tornado anos de
dificuldades em lindas e divertidas memórias que sempre guardarei comigo, além
disso de dividir das mesmas dúvidas, anseios, e preocupações tornando o fardo
menos pesado.
Ao técnico do laboratório de saneamento Adler Lincoln pelo auxílio, a Mayara Magna
pela ajuda durante os testes e por todas as vezes que segurou a barra do projeto de
pesquisa enquanto eu me dedicava a este trabalho.
A Juliana Lira por tornar os dias cansativos de coleta mais divertidos e pelo apoio
dado nas análises.
Ao professor Rafael por ter conseguido as sementes de Moringa e fornecido o
material necessário para processá-las.
Aos professores por compartilhar seus conhecimentos e experiências com a turma
ao longo desses cinco anos.
Por fim, agradeço a Deus por todas as oportunidades que colocou em minha vida, a
minha família pelo incentivo, aos amigos pela companhia nessa árdua jornada e aos
colegas de curso por compartilhar desse momento tão especial em nossas vidas.
RESUMO
A partir da realização de testes em escala de bancada, simulando etapas do tratamento de ciclo completo com coagulação, floculação e decantação, o presente estudo teve como objetivo estudar a clarificação da água superficial usada para abastecer a cidade de Pau dos Ferros, Rio Grande de Norte, utilizando sulfato de alumínio como coagulante combinado com Moringa oleífera Lam. Os ensaios foram realizados em quatro etapas, utilizando condições fixas de mistura rápida (MR), tempo (TMR), gradiente médio de velocidade (GMR), condições fixas de floculação (gradiente médio de velocidade e tempo de floculação), além de fixar o tempo de sedimentação. Na primeira etapa dos testes foi utilizado apenas sulfato de alumínio como coagulante, variando a dosagem deste entre 5 e 60mg/L, sem uso de Moringa e sem acréscimo de soluções acidulante ou básica para variar os valores de pH. Ao se obter a melhor condição de remoção de cor e turbidez, esta dosagem de coagulante foi fixada na segunda etapa e variaram-se os valores de pH de coagulação. Na terceira etapa foi fixada a dosagem de sulfato de alumínio e variou-se a dosagem de Moringa, não sendo usada soluções básica ou ácida para variação de pH. Por fim, a quarta etapa da pesquisa foi realizada com dosagem fixa de sulfato de alumínio definida ao término da primeira etapa e usando três dosagens de Moringa com melhores resultados de remoção de cor aparente e turbidez, havendo variação dos valores de pH. Com isso, os resultados obtidos sugeriram a possibilidade de obter uma melhor clarificação da água estudada quando foi utilizado sulfato de alumínio como coagulante combinado com Moringa oleifera Lam. em comparação a sulfato de alumínio sozinho.
Palavras-chave: Coagulação, auxiliar de coagulação, testes em escala de bancada,
tratamento de água.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Unidades componentes de uma instalação para abastecimento de água.
..................................................................................................................................17
Figura 2 – Equipamento de jarteste ..........................................................................35
Figura 3 – Tipos de sistemas mecanizados de floculação ........................................38
Figura 4 – Tipos de sistemas hidráulicos de floculação ............................................39
Figura 5 - Decantador (a) funcionando sem sobrecarga de vazão, (b) com
sobrecarga de vazão, (c) decantador sem sobrecarga e (d) saída do decantador com
sobrecarga de vazão .................................................................................................40
Figura 6 – Unidades de flotação e filtros de uma ETA de ciclo completo: (a) Câmara
de flotação; (b) Removedores de lodo; (c) Câmara de saturação e (d) Filtros ..........42
Figura 7 – Esquema de um filtro descendente ..........................................................43
Figura 8 – Principais tecnologias de tratamento de água para consumo humano ....47
Figura 9 – Fluxogramas esquemáticos dos sistemas de filtração direta ...................50
Figura 10 – Esquema em corte de uma ETA convencional.......................................52
Figura 11 - Vista superior da barragem de Pau dos Ferros, RN com indicação do
ponto de captação do sistema de abastecimento de água do município (seta
vermelha) e ponto onde foi realizada a coleta da água para o presente estudo. ......58
Figura 12 - Vistas da barragem de Pau dos Ferros, RN: (a) Captação do sistema de
abastecimento público e (b) Coleta de água para o presente estudo .......................58
Figura 13 – Vista do equipamento Jarteste usado na pesquisa ................................60
Figura 14 – Medidores de pH portátil e de bancada, (a) e (b) respectivamente ........60
Figura 15 - Equipamentos usados para medir o pH e a turbidez. (a) Turbidímetro e
(b) Espectrofotômetro ................................................................................................61
Figura 16 – (a) Cronômetro e (b) bomba a vácuo .....................................................61
Figura 17 – Papel filtro 80 GR ...................................................................................62
Figura 18 – Balança analítica utilizada no preparo das soluções ..............................62
Figura 19 - Mini processador .....................................................................................63
Figura 20 – Bombona e balde utilizados para, respectivamente, armazenar e
homogeneizar a água bruta, previamente a cada ensaio..........................................64
Figura 21 – Vista do frasco de Sulfato de Alumínio comercial ..................................65
Figura 22 – Vista de sementes de Moringa oleífera Lam ..........................................65
Figura 23 – Vista da colocação da água bruta no equipamento................................70
Figura 24 – Vista do ajuste da rotação dos agitadores para estabelecimento do valor
previamente estabelecido do GMR .............................................................................71
Figura 25 - Vista da adição das soluções de coagulante e de auxiliar de coagulação
nos frascos dosadores do equipamento. ...................................................................71
Figura 26 – Resultados de eficiência de remoção de cor aparente em testes
realizados com dosagens variadas de sulfato de alumínio e sem adição de Moringa
oleífera Lam. .............................................................................................................75
Figura 27 - Resultados de eficiência de remoção de turbidez em testes realizados
com dosagens variadas de sulfato de alumínio e sem adição de Moringa oleífera
Lam ...........................................................................................................................76
Figura 28 - Resultados de eficiência de remoção de cor aparente e turbidez em
testes realizados com dosagem fixa de 40 mg/L de sulfato de alumínio; sem adição
de Moringa oleífera Lam. e pH de coagulação variando de 5,95 a 7,52. ..................77
Figura 29 – Resultados de eficiência de remoção de cor aparente e turbidez em
testes realizados com dosagem fixa de 40 mg/L de sulfato de alumínio; sem adição
de Moringa oleífera Lam. e pH de coagulação variando de 7,22 a 7,91 ...................78
Figura 30 – Resultados de eficiência de remoção de cor aparente e turbidez em
testes realizados com dosagem 40 mg/L de sulfato de alumínio e dosagens variadas
de Moringa oleífera Lam. e pH de coagulação variando de 7,26 a 7,33 ...................79
Figura 31 - Resultados de eficiência de remoção de cor aparente e turbidez em
testes realizados com dosagem de 40 mg/L de sulfato de alumínio e dosagens
variadas de Moringa oleífera Lam. e pH de coagulação variando de 7,30 a 7,34 .....80
Figura 32 - Resultados de eficiência de remoção de cor aparente e turbidez em
testes realizados com dosagem de 40 mg/L de sulfato de alumínio, 40 mg/L de
Moringa oleífera Lam. e pH de coagulação variando de 7,15 a 7,48 ........................81
Figura 33 - Resultados de eficiência de remoção de cor aparente e turbidez em
testes realizados com dosagem de 40 mg/L de sulfato de alumínio, 45 mg/L de
Moringa oleífera Lam. e pH de coagulação variando de 7,13 a 7,51 ........................82
Figura 34 - Resultados de eficiência de remoção de cor aparente e turbidez em
testes realizados com dosagem de 40 mg/L de alumínio, 50 mg/L de Moringa
oleífera Lam. e pH de coagulação variando de 7,19 a 7,97 ......................................83
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Coagulantes primários usualmente empregados no processo de
coagulação ................................................................................................................36
Tabela 2 – Potencial de oxidação de alguns desinfetantes químicos .......................44
Tabela 3 – Remoção de microrganismos em filtros lentos segundo estudos
realizados em escala piloto por vários autores .........................................................47
Tabela 4 – Qualidade da água recomendável para tratamento por filtração lenta ....48
Tabela 5 – Características de algumas técnicas de tratamento de água ..................56
Tabela 6 – Resumo dos ensaios realizados na primeira etapa da pesquisa utilizando
dosagens variadas de sulfato de alumínio, sem adição de Moringa oleífera Lam. e
sem acréscimo de soluções para ajustes de pH .......................................................68
Tabela 7 – Resumo dos ensaios realizados na segunda etapa da pesquisa
utilizando: dosagem fixa de sulfato de alumínio; sem adição de Moringa oleífera
Lam. e acréscimo de soluções para ajustes de pH ...................................................68
Tabela 8 – Resumo dos ensaios realizados na terceira etapa da pesquisa utilizando:
dosagem fixa de sulfato de alumínio; dosagens variadas de Moringa oleífera Lam. e
sem acréscimo de soluções para ajustes de pH .......................................................68
Tabela 9 – Resumo dos ensaios realizados na quarta etapa da pesquisa utilizando:
dosagem fixa de sulfato de alumínio; dosagem fixa de Moringa oleífera Lam. e
acréscimo de soluções para ajustes de pH ...............................................................69
Tabela 10 - Informações levantadas in loco durante as coletas de água bruta na
barragem de Pau dos Ferros, RN .............................................................................73
Tabela 11 – Localização do ponto de coleta da água bruta ......................................73
Tabela 12 - Resumo dos resultados relativos aos melhores ensaios em cada etapa
realizada na pesquisa, em termos de remoção de cor aparente e de turbidez .........85
LISTA DE QUADROS
Quadro 1 – Organismos patogênicos de transmissão hídrica e via oral. ..................18
Quadro 2 - Parâmetros de caracterização da água destinada ao consumo humano 29
Quadro 3 - Principais processos e operações unitárias de tratamento de água para
abastecimento público ...............................................................................................31
Quadro 4 – Principais vantagens e desvantagens do flotador em relação ao
decantador ................................................................................................................41
Quadro 5 – Vantagens e desvantagens da FDD (Filtração direta descendente) em
relação ao ciclo completo ..........................................................................................51
Quadro 6 – Vantagens e desvantagens da utilização da filtração em membranas ...53
Quadro 7 – Fatores que influenciam a seleção de tecnologia de tratamento de água
..................................................................................................................................54
Quadro 8 – Características de algumas técnicas de tratamento de água .................55
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ................................................................................................13
3 OBJETIVOS ....................................................................................................15
3.1 OBJETIVO GERAL ......................................................................................15
3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ........................................................................15
4 REFERENCIAL TEÓRICO ..............................................................................16
4.1 ABASTECIMENTO DE ÁGUA E SAÚDE .....................................................16
4.2 UNIDADES COMPONENTES DE UMA INSTALAÇÃO DE
ABASTECIMENTO DE ÁGUA ...................................................................................16
4.3 CARACTERIZAÇÃO DA QUALIDADE DA ÁGUA ........................................17
4.3.1 Características biológicas ..................................................................18
4.3.2 Características físicas e organolépticas............................................20
4.3.3 Características químicas.....................................................................22
4.4 PADRÃO DE POTABILIDADE .....................................................................28
4.5 TRATAMENTO DE ÁGUA............................................................................30
4.5.1 Processos e operações unitárias de tratamento de água ..........................32
4.5.2 Tecnologias de tratamento de água .............................................................46
4.5.3 Seleção de tecnologias de tratamento .........................................................53
4.5.4 Utilização de Moringa oleífera Lam. no tratamento de água ......................56
5 MATERIAL E MÉTODOS................................................................................57
5.1 ÁGUA ESTUDADA .......................................................................................57
5.2 MATERIAL UTILIZADO ................................................................................59
4.2.1 Preparo das soluções utilizadas de coagulante e auxiliar de coagulação 66
5.3 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL ...........................................................67
6 RESULTADOS E DISCUSSÃO ......................................................................73
6.1 RESULTADOS DA CARACTERIZAÇÃO DA ÁGUA BRUTA .......................73
6.2 RESULTADOS DA PRIMEIRA ETAPA ........................................................74
6.3 RESULTADOS DA SEGUNDA ETAPA ........................................................76
6.4 RESULTADOS DA TERCEIRA ETAPA .......................................................78
6.5 RESULTADOS DA QUARTA ETAPA ..........................................................80
6.6 RESUMO DOS RESULTADOS OBTIDOS...................................................83
7 CONCLUSÃO .................................................................................................86
8 RECOMENDAÇÕES .......................................................................................87
REFERÊNCIAS .........................................................................................................88
13
1 INTRODUÇÃO
A água constitui o recurso natural mais importante para o homem, tendo em
vista que esta se faz necessária para a realização de todas as suas atividades,
desde o seu uso na indústria, na agricultura, na geração de energia, abastecimento
humano e outros. As cidades foram crescendo nas margens dos rios, dada a
necessidade do homem de coletá-la para seu consumo, porém as atividades
humanas foram aumentando e estas gerando cada vez mais poluentes, o que tem
ocasionado degradação de muitos mananciais. Dessa forma, dependendo do uso
pretendido, se faz necessário o tratamento da água natural, como é o caso do uso
para consumo humano. Para este uso, especificamente, a qualidade da água deve
atender o padrão de potabilidade, sendo isso de relevância importância pois a água
pode ser veículo de transmissão de doenças.
No âmbito da região Nordeste brasileira, considerando a estiagem severa que
ocorre com uma certa frequência, a disponibilidade de água para abastecimento
humano se compromete cada vez mais, e com isso aparecem as dificuldades de
tratamento para a água mais escassa e consequentemente com maior concentração
de agentes poluidores. Qualquer água pode ser potabilizada, desde que seja dado o
tratamento adequado que nem sempre sai a um custo acessível. Todavia, deve-se
buscar pela alternativa mais viável para o abastecimento de uma cidade, visando
uma melhor relação custo/benefício que atenda o padrão de potabilidade imposto
pela legislação, que no caso do Brasil, é a Portaria n° 2.914/2011 do Ministério da
Saúde.
A Portaria n° 2.914/2011 do Ministério da Saúde (BRASIL, 2011) dispõe sobre
os procedimentos de controle e de vigilância da qualidade da água para consumo
humano e seu padrão de potabilidade, considerando como água potável a água que
atende aos limites estipulados pela norma e que não ofereça riscos à saúde
humana.
Em termos de tratamento de água, de um modo geral, para cada manancial a
solução a ser adotada depende, entre outras coisas, da qualidade da água bruta, da
disponibilidade de mão-de-obra operacional e disponibilidade de recursos
financeiros a serem utilizados na implantação e operação de um sistema de
tratamento. Ressalte-se que o tratamento pode ser definido como o conjunto de
14
processos e operações realizados com a finalidade de adequar as características
físico-químicas e biológicas da água bruta (DI BERNARDO, 2003).
A importância da execução de análises e exames em laboratórios, como a
realização de ensaios em instalações de bancada ou em instalações piloto com
escoamento contínuo, se dá para que algumas tecnologias de tratamento sejam
consideradas inicialmente e outras descartadas (DI BERNARDO, 1999).
Neste contexto, este estudo se propõe a desenvolver testes de tratabilidade
em escala de bancada da água do açude usado para abastecimento de uma parcela
da cidade de Pau dos Ferros, Rio Grande do Norte, simulando um tipo de tratamento
convencional.
15
3 OBJETIVOS
3.1 OBJETIVO GERAL
Estudar a clarificação da água superficial usada para abastecer a cidade de
Pau dos Ferros, Rio Grande do Norte, utilizando sulfato de alumínio como
coagulante combinado com Moringa oleífera Lam. em testes de bancada simulando
parte de um sistema convencional.
3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
- Verificar a clarificação da água testando diferentes dosagens de sulfato de
alumínio, sem adição de Moringa oleifera Lam.;
- Observar o efeito na clarificação da água utilizando sulfato de alumínio
combinado com Moringa oleifera Lam.
16
4 REFERENCIAL TEÓRICO
4.1 ABASTECIMENTO DE ÁGUA E SAÚDE
Existe uma relação direta entre o abastecimento de água e a saúde humana.
Segundo um estudo da Organização Mundial da Saúde (OMS), para cada R$ 1
investido em saneamento, economiza-se R$ 4 com gastos em saúde (FAUSTINO,
2012). Garantir o abastecimento de água que atenda ao padrão de potabilidade da
portaria n° 2914/2011 e em quantidade suficiente é uma forma de assegurar uma
melhor qualidade de vida aos usuários.
A água pode ser um mecanismo de transmissão de doenças por agentes
biológicos seja transmitida pela ingestão da água contaminada por agentes
biológicos patogênicos ou pela insuficiência da quantidade de água, provocando
higiene deficiente (HELLER, 2006). Dessa forma, a garantia da ausência de
microrganismos patogênicos na água para abastecimento humano, constitui uma
maneira de prevenir uma série de doenças como: Ascaridíase, doenças diarreicas,
Ancilostomíase, Esquistossomose, Tracoma e entre outras.
Dada a baixa disponibilidade de água em diversas regiões como as
semiáridas, a garantia do abastecimento de água constitui um desafio com o qual as
empresas responsáveis e os gestores devem enfrentar. Os longos períodos de
estiagem e a contaminação da água com o lançamento de esgoto doméstico ou
industrial torna a qualidade e quantidade da água cada vez mais desfavorável,
tornando o processo de tratamento em algo mais laborioso e oneroso.
4.2 UNIDADES COMPONENTES DE UMA INSTALAÇÃO DE ABASTECIMENTO
DE ÁGUA
As unidades que compõem uma instalação para abastecimento de água
incluem desde a captação até a distribuição, e cada uma das parcelas possui a sua
devida importância. Para definição do manancial de onde será realizado a captação,
deve-se levar em consideração a oferta de água, a topografia, a qualidade da água
bruta e as possíveis fontes de contaminação da água. A partir do manancial é
17
realizado a captação da água e logo em seguida a adutora da água bruta, que será
encaminhada até a ETA, local onde a água sofrerá um série de transformações
físicas, químicas e biológicas para que possa atender ao padrão de potabilidade da
água da portaria MS Nº 2914/2011. E só então ser conduzida até ao reservatório e
logo em seguida através da adutora de água tratada ser encaminhada para o
abastecimento da população por meio da rede de distribuição. Na Figura 1 temos o
esquema das unidades componentes de uma instalação de abastecimento de água.
Figura 1 - Unidades componentes de uma instalação para abastecimento de água.
Fonte: Adaptado de Libânio et al. (2006).
4.3 CARACTERIZAÇÃO DA QUALIDADE DA ÁGUA
A caracterização da qualidade da água desempenha um papel fundamental
na escolha da tecnologia que será utilizada para o tratamento da água usada para
abastecimento. É necessário conhecer os tipos de impurezas de ordem químicas,
físicas e bacteriológicas presentes no manancial (PÁDUA; FERREIRA, 2006) para
definir a tecnologia de tratamento a ser utilizada, além de monitorar o seu
desempenho visando o atendimento ao padrão de potabilidade.
Devido aos múltiplos usos da água nas diversas atividades humanas, o
conceito de “qualidade da água” precisa ser relativizado, em função do uso a que se
destina (PÁDUA; FERREIRA, 2006). No que diz respeito ao abastecimento humano,
18
diversos parâmetros são analisados, levando-se em consideração as características
biológicas, físicas, organolépticas e químicas.
4.3.1 Características biológicas
O risco mais comum e disseminado para a saúde humana, associado ao
consumo de água, origina-se da presença de microrganismos que podem causar
doenças variando de gastroenterites brandas a doenças fatais (PÁDUA; FERREIRA,
2006). O trato intestinal dos animais de sangue quente é um ambiente propício para
diversos microrganismos patogênicos, com isso a presença de excretas de animais
e humanos exerce um risco de contaminação para aqueles que consomem da água
contaminada. No quadro 1 estão apresentados alguns organismos patogênicos de
transmissão hídrica e via oral mais amplamente conhecidos.
Quadro 1 – Organismos patogênicos de transmissão hídrica e via oral.
Bactérias Vírus Protozoários Helmintos
Campylobacter jejuni Adenovírus Entemoeba hystolitica Drancunculus medinensis Escherichia coli Enterovírus Giardia intestinalis
Samonela typhi Hepatite A Cryptosporidium parvum spp Outras salmonelas Hepatite E Shigella spp. Vírus Norwalk Víbrio cholerae Rotavírus Yersinia enterocolitica Pseudomonas aeruginosas
Fonte: Adaptado de Who (2003c) apud Pádua; Ferreira (2006).
Os organismos patogênicos elencados no quadro acima possuem importância
para saúde de alta a moderada, resistência na água moderada, breve, prolongada,
podendo chegar a multiplicar-se na água. A resistência ao cloro e a dose necessária
para causar infecção em adultos variam de baixa a alta.
Os parâmetros que são utilizados para avaliar biologicamente o corpo hídrico
são: Coliformes totais, Escherichia coli, bactérias heterotróficas, algas e
cianobactérias.
19
Coliformes totais
Di Bernardo e Paz (2008a, p.36) define coliformes totais como:
Bacilos gram-negativos, aeróbios ou anaeróbios facultativos, não formadores de esporos, oxidase-negativos, capazes de se desenvolver na presença de sais biliares ou agentes tensoativos que fermentam a lactose com produção de ácido, gás e aldeído a 35,0±0,5°C em 24-48h e que podem apresentar atividade da enzima β-galactosidade.
Apesar de ser um parâmetro de extrema importância na avaliação da
qualidade da água, a presença do mesmo não determina contaminação fecal.
Escherichia coli
Escherichia coli é uma bactéria do grupo coliforme que fermenta lactose e
manitol, produzindo ácido e gás a 44,5 ±0,2°C em 24h (Di BERNARDO; PAZ,
2008a). Está presente nas fezes de humanos e animais e a maioria não é
patogênica. A sua remoção é sensível a maioria dos desinfetantes, se comparados
com protozoários e vírus (Di BERNARDO; PAZ, 2008a).
Bactérias heterotróficas
A avaliação das bactérias heterotróficas determina o conteúdo de micro-
organismos com capacidade de crescer e produzir colônias visíveis no meio
utilizado, sob condições de temperatura e tempo de incubação (Di BERNARDO;
PAZ, 2008a).
Algas e cianobactérias
A eutrofização é a causa principal do aumento da frequência e intensidade da
floração de microalgas e cianobactérias nos sistemas aquáticos (Di BERNARDO;
PAZ, 2008a). Isso acarreta em uma série de consequências na ETA, como
obstrução dos filtros, dificuldade de remoção de cor e a possível geração de
20
produtos cancerígenos na desinfecção. Além da influência da sua presença nas
características organolépticas, devido a coloração esverdeada e o sabor.
4.3.2 Características físicas e organolépticas
Uma água que apresente cor ou odor gera rejeição pela população, tendo em
vista que se associa isso a algum tipo de contaminação. Dessa forma, por vezes a
população pode vir a optar por uma água contaminada que não tenha aparência
desagradável, deixando uma fonte mais segura de lado por esta apresentar odor ou
cor. Segundo Pádua e Ferreira (2006), a água para consumo humano não deve
apresentar cor, gosto ou odor objetáveis, por razões de aceitação pela percepção
humana. Os parâmetros de natureza física são: turbidez, cor verdadeira e aparente,
sólidos dissolvidos e em suspensão, temperatura, odor e gosto e condutividade
elétrica.
Turbidez
A turbidez da água deve-se à presença de matéria particulada em suspensão
na água, que expressa, de forma simplificada, a transparência da água e é um dos
principais parâmetros para a seleção da tecnologia de tratamento (PÁDUA;
FERREIRA, 2006).
Segundo Di Bernardo e Paz (2008a) a turbidez pode ser causada por: areia,
argila, matéria orgânica, silte, partículas coloidais, plâncton e etc. O seu
monitoramento se associa também a presença de micro-organismos, tendo em vista
que estes podem estar protegidos pelas partículas presentes na água e acabar
escapando da ação do desinfetante.
A portaria MS Nº 2914/2011 limita a turbidez no padrão organoléptico de
potabilidade da água em 5uT, e na análise da água quanto aos parâmetros
microbiológicos, a turbidez e o cloro residual ativo são parâmetros que devem
medidos.
21
Cor verdadeira e aparente
Associado a presença de matéria orgânica, a cor, antigamente, era
considerado um parâmetro apenas por motivos estéticos, depois passou-se a
associá-lo presença de trihalometanos (Di BERNARDO; PAZ, 2008a). Fazendo-se
necessário sua análise mais rigorosa, especialmente quando se realiza desinfecção
com cloro livre.
A presença de cor é altamente influenciada pela presença de ferro e outros
metais, assim como pode resultar da contaminação da água por efluentes industriais
e pode ser o primeiro indício de uma situação perigosa (PÁDUA; FERREIRA, 2006).
A cor verdadeira é definida como aquela que não sofre interferência de partículas
suspensas na água, sendo obtida após a centrifugação ou filtração da amostra (Di
BERNARDO; PAZ, 2008a. PÁDUA; FERREIRA, 2006).
Sólidos dissolvidos e em suspensão
Sólidos dissolvidos são constituídos pelos colóides e os realmente
dissolvidos, que envolvem sais inorgânicos como: cálcio, magnésio, sódio, potássio,
carbonato, cloreto, sulfato e nitrato (Di BERNARDO; PAZ, 2008a). Segundo Pádua e
Ferreira (2006), o excesso de sólidos dissolvidos pode ocasionar alterações de
gosto e problemas de corrosão, em níveis acima de 1.200mg/L, os sólidos tornam a
água de beber impalatável.
Já os sólidos em suspensão são os que ficam retidos em uma membrana
filtrante de abertura igual a 1,2 µm, e são divididos em sedimentáveis e não
sedimentáveis, é um parâmetro importante por influenciar em algumas tecnologias
de tratamento, apesar de não ser quantificado na portaria antiga nº 518 (2004) e
nem na MS Nº 2914/2011.
Temperatura
A importância do monitoramento da temperatura da água se dá pela
influência que este apresenta com relação a outros parâmetros como gosto, odor,
cor e corrosão, além do crescimento de microrganismos e na alteração da
22
solubilidade do oxigênio e do dióxido de carbono (Di BERNARDO; PAZ, 2008a.
PÁDUA; FERREIRA, 2006). Outro fatores que a temperatura influencia é na
desinfecção, coagulação, flotação por aumentar a viscosidade da água em baixas
temperaturas e alterar a atividade biológico no meio granular, e em temperaturas
altas há o favorecimento da precipitação de sais de cálcio (Di BERNARDO; PAZ,
2008a).
Odor e gosto
Normalmente, decorrem de matéria excretada por algumas espécies e de
substâncias dissolvidas e, em alguns casos por lançamento de despejos nos cursos
de água (Di BERNARDO; PAZ, 2008a). É um parâmetro de difícil quantificação por
estar associado a percepção de cada um, a portaria MS Nº 2914/2011 limita a
intensidade máxima de percepção para qualquer característica de gosto e odor com
exceção do cloro livre.
Condutividade elétrica
É dada pela capacidade que tem a água de conduzir corrente elétrica devido aos
minerais nela presente, e é um parâmetro que permite estimar os sólidos dissolvidos
totais – SDT (Di BERNARDO; PAZ, 2008a). É um parâmetro que depende da
presença de íons e da temperatura da solução. A MS Nº 2914/2011 não limita a
condutividade, porém estipula valores máximos permitidos de sólidos dissolvidos
totais.
4.3.3 Características químicas
As características químicas da água são de grande importância do ponto de
vista sanitário, pois determinadas substâncias podem inviabilizar o uso de certas
tecnologias de tratamento ou exigir tratamentos específicos para sua remoção
(PÁDUA; FERREIRA, 2006). Com a caracterização química é possível conhecer a
toxicidade do corpo d’água e a quantidade de matéria orgânica presente no mesmo,
através de parâmetros como cloretos, oxigênio dissolvido, nitritos e nitratos, dentre
23
outros. O risco a saúde por contaminação química não é tão severa quanto a
contaminação biológica, que por uma única exposição oferece risco a saúde, o
problema vem da exposição constante.
pH, alcalinidade e acidez
O potencial hidrogeniônico, pH, expressa o grau de acidez, neutralidade e
alcalinidade de uma solução, sendo constituído por uma escala logarítmica. A
alcalinidade e a acidez se relacionam à capacidade de se neutralizar bases e ácidos,
respectivamente (PÁDUA; FERREIRA, 2006). Di Bernardo e Paz (2008a) relatam a
importância do pH nas etapas de coagulação, filtração, desinfecção e controle da
corrosão. Segundo o mesmo, águas com valores baixos de pH tendem a ser
corrosivas ou agressivas a certos metais e paredes de concreto, já o pH elevado
tendem a formar incrustações.
No que diz respeito a ETA o pH é um parâmetro que deve ser
constantemente verificado, dado a sua importância com relação a dosagem do
coagulante, e a avaliação da necessidade de adição de alcalinizante para o ajuste
do pH. A portaria MS Nº 2914/2011 recomenda que no sistema de distribuição o pH
da água seja mantido na faixa de 6,0 a 9,5, para a conservação da rede de
distribuição e segurança dos usuários, tendo em vista que pH muito baixo ou muito
elevado (inferior a 4 ou superior a 11) pode gerar efeitos negativos na saúde do
consumidor, como irritação nos olhos, na pele e nas mucosas. São valores raros,
mas que pode acontecer em casos de grave contaminação (Di BERNARDO; PAZ,
2008a).
Ferro e manganês
Os sais de ferro e manganês quando oxidados, formam precipitados e
conferem à água gosto e coloração, que pode provocar manchas em sanitários,
roupas e produtos industriais como papel, em geral não estão associados a
problemas de saúde (PÁDUA; FERREIRA, 2006) apesar de que em indivíduos
geneticamente susceptíveis, podem acumular concentrações altas de ferro no corpo,
24
gerando disfunção do fígado e pâncreas, depois de altas exposições por longos
períodos (AWWA, 2002 apud DI BERNARDO; PAZ, 2008a).
São metais mais comumente encontrados em águas subterrâneas e que
geram o inconveniente de incrustar tubulações, reduzindo a capacidade de
transportes, e por vezes, fazendo-se necessário a substituição de alguns trechos.
Além de problemas como corrosão e alteração do sabor da água, deixando-a
amarga adstringente.
Cloreto
O cloreto aumenta a condutividade elétrica da água e a capacidade de
corrosão dos metais nas tubulações do sistema de distribuição, dependendo da
alcalinidade da água, com isso pode haver aumento na concentração de metais,
gerando risco à saúde (Di BERNARDO; PAZ, 2008a).
Com relação aos cloretos, Pádua e Ferreira (2006, p. 182) afirmam que:
- A presença de cloretos em concentrações mais elevadas que a encontrada nas águas naturais de uma região é indicativa de poluição; - Em águas para consumo humano, a concentração de cloretos está diretamente associada a alteração do gosto e, portanto, à aceitação para consumo; - Teores elevados de cloretos podem interferis na coagulação durante o tratamento da água; - Os cloretos não são removidos por processos convencionais de tratamento de água, sendo necessários processos especiais, tais como osmose reversa, troca iônica e eletrodiálise.
Alumínio
O alumínio pode estar presente nos corpos de água como consequência da
lixiviação de rochas ou resultado de atividades industriais, além da relação com os
sais residuais do uso de coagulantes com alumínio (Di BERNARDO; PAZ, 2008a).
Estudos apontam para a relação do alumínio com o Mal de Alzheimer (PÁDUA;
FERREIRA, 2006) e, segundo Di Bernardo e Paz, a doença de Parkinson.
Ainda segundo Di Bernardo e Paz, técnicas como troca iônica e tratamento
por membranas podem ser eficientes na remoção de alumínio na água de consumo;
25
entretanto a otimização da coagulação, floculação e filtração na ETA podem reduzir
as concentrações de Al.
Bário
As principais fontes de contaminação por esse elemento são efluente de
mineração, efluentes de refinaria de metais e a erosão de depósitos naturais
(PÁDUA; FERREIRA, 2006). Em humanos, altas concentrações podem causar vaso-
constrição, convulsões e paralisação do sistema nervoso central e o tratamento para
remoção desde elemento se faz necessário o uso de osmose reversa e troca iônica
(Di BERNARDO; PAZ, 2008a).
Cádmio
Segundo Pádua e Ferreira (2006, p. 180) o cádmio surge nas águas por
diversas fontes, são elas:
- Da indústria de aço e de plástico; - Baterias; - Contaminação a partir de fertilizantes e de poluição local do ar; - Corrosão de tubulações galvanizadas, soldas e algumas ligas metálicas; - Efluentes de refinaria de metais, indústria siderúrgica e de plástico; - Descarte de pilhas e tintas;
Em altas concentrações pode causar efeitos danosos ao fígado, rim e sistema
imunológico, e não existe um método economicamente eficiente para remover altas
concentrações de cádmio, sendo que técnicas como troca iônica e osmose reversa
podem ser empregadas (Di BERNARDO; PAZ, 2008a).
Cianeto
O cianeto se encontra ocasionalmente nos corpos de água pelo
lançamento de águas residuais industriais. Sua importância sanitária está associada
à redução da vitamina B12 e aumento da incidência de bócio em humanos (Di
BERNARDO; PAZ, 2008a). A oxidação com cloro, o uso de osmose reversa e a
26
troca iônica podem ser técnicas eficientes na remoção de cianeto (DE ZUANE, 1996
apud Di BERNARDO; PAZ, 2008a).
Chumbo
Surge na água pela contaminação por descargas industriais ou contribuição
atmosférica, sua importância sanitária se dá pelo fato do chumbo estar associado
aos efeitos adversos que ele pode gerar na saúde, especialmente considerando que
esse metal é bioacumulativo (Di BERNARDO; PAZ, 2008a). A contaminação por
chumbo, conhecido como Saturnismo, apresenta muitos sintomas, dentre eles:
hipertensão, anemia, mal-estar gástrico, irritabilidade, disfunção visual,
encefalopatia, má formação fetal, tumores e etc (OMS, 1996 apud Di BERNARDO;
PAZ, 2008a).
Não existe uma técnica economicamente viável para redução de altas
concentrações de chumbo na água, assim, alternativas como osmose reversa,
precipitação química e troca iônica devem ser avaliadas antes de serem utilizadas
(DE ZUANE, 1996 apud Di BERNARDO; PAZ, 2008).
Cobre
As principais fontes de contaminação são a corrosão de instalações
hidráulicas prediais, erosão de depósitos naturais e preservantes de madeira, seus
efeitos são desarranjos gastrointestinais e danos no fígado ou rins (PÁDUA;
FERREIRA, 2006). Sua presença pode gerar efeitos organolépticos, gerando cor e
gosto adstringente, além de manchas nas roupas e incrustações em tubulações (Di
BERNARDO; PAZ, 2008a).
Tratamentos por coagulação/filtração, troca iônica, osmose reversa e
precipitação química podem ser eficientes na remoção desse metal da água (DE
ZUANE, 1996 apud Di BERNARDO; PAZ, 2008).
Cromo
A contaminação da água por cromo deve-se principalmente a efluentes
industriais de aço e celulose, além de erosão de depósitos naturais; a longo prazo a
27
ingestão de águas contendo cromo pode levar ao desenvolvimento de dermatites
(PÁDUA; FERREIRA, 2006).
Tratamentos por coagulação/filtração, troca iônica, osmose reversa e
precipitação química podem ser eficientes na remoção do cromo (DE ZUANE, 1996
apud Di BERNARDO; PAZ, 2008).
Mercúrio
O mercúrio pode ocorrer nos corpos de água de forma natural ou como
consequência das atividades humanas. Interfere nas funções metabólicas celulares,
causa sérios danos à membrana celular, além de que pode ser acumulado no fígado
(forma inorgânica) e atingir rapidamente o sangue (orgânica) (Di BERNARDO; PAZ,
2008).
Tratamentos por coagulação/filtração, adsorção em carvão ativado,
precipitação química, osmose reversa e troca iônica podem ser eficientes na
remoção do mercúrio (DE ZUANE, 1996 apud Di BERNARDO; PAZ, 2008).
Nitrato
O íon nitrato ocorre comumente em águas naturais provindo de rochas
ígneas, de áreas de drenagem e da decomposição de matéria orgânica, podendo ter
concentrações por despejos industriais e esgotos domésticos e pelo uso de
fertilizantes (PÁDUA; FERREIRA, 2006).
O consumo de água com concentrações altas de nitrato e nitrito podem gerar
oxidação da hemoglobina a metahemoglobina, causando incapacidade de
transportar oxigênio aos tecidos (Di BERNARDO; PAZ, 2008).
Zinco
O zinco é essencial para a vida dos organismos, estando presente na comida
e na água em forma de sais ou complexos orgânicos, a presença de zinco livre na
água proporciona gosto adstringente, além de causar envenenamento em quem
consome (Di BERNARDO; PAZ, 2008).
28
Fluoreto
Costuma-se adicionar fluoreto às águas de abastecimento para a prevenção
de cáries, e as principais fontes de contaminação são a erosão de depósitos
naturais, introdução na água de abastecimento e de efluentes de indústrias de
fertilizantes e alumínio (PÁDUA; FERREIRA, 2006).
A portaria MS Nº 2914/2011 limita a presença de fluoreto em 1,5mg/L, tendo
em vista que o mesmo pode afetar a estrutura dos ossos e dentes quando presente
em concentrações superiores a 3,0mg/L (Di BERNARDO; PAZ, 2008).
4.4 PADRÃO DE POTABILIDADE
A Portaria n° 2914/2011 do Ministério da Saúde (BRASIL, 2011) define o
padrão de potabilidade como o conjunto de valores permitidos como parâmetro da
qualidade da água para consumo humano, além de definir o padrão organoléptico
como o conjunto de parâmetros que provocam estímulos sensoriais que afetam a
aceitação para consumo humano, mas que não necessariamente implicam risco à
saúde. Com isso são definidos os valores limites para os parâmetros físicos,
radioativos, químicos e microbiológicos. O Quadro 2 apresenta os parâmetros
utilizados para a caracterização da água, sendo que para cada parâmetro são
estipulados os valores limites.
29
Quadro 2 - Parâmetros de caracterização da água destinada ao consumo humano
Padrões
definidos pela
Portaria nº
2914/2011
Parâmetros que os constituem
Microbiológicos Escherichia coli, Coliformes totais.
Turbidez para
água pós-filtração
ou pré-
desinfecção
Desinfecção (para águas subterrâneas), Filtração rápida (tratamento
completo ou filtração direta), Filtração lenta.
Substâncias
químicas que
representam risco
a saúde
Inorgânicas: Antimônio, Arsênio, Bário, Cádmio, Chumbo, Cianeto,
Cobre, Cromo, Fluoreto, Mercúrio, Níquel, Nitrato (como N), Nitrito
(como N), Selênio e Urânio.
Orgânicas: Acrilamida, Benzeno, Benzo [a] pireno, Cloreto de Vinila,
1,2 Dicloroetano, 1,1 Dicloroeteno, 1,2 Dicloroeteno (cis + trans),
Diclorometano, Di(2-etilhexil) ftalato, Estireno, Pentaclorofenol,
Tetracloreto de Carbono, Tetracloroeteno, Triclorobenzenos,
Tricloroeteno.
Agrotóxicos: 2,4 D + 2,4,5 T, Alaclor, Aldicarbe + Aldicarbesulfona
+Aldicarbesulfóxido, Aldrin + Dieldrin, Atrazina, Carbendazim +
benomil, Carbofurano, Clordano, Clorpirifós + clorpirifós-oxon,
DDT+DDD+DDE, Diuron, Endossulfan (α β e sais), Endrin, Glifosato +
AMPA 1071-83-6 (glifosato), Lindano (gama HCH), Mancozebe,
Metamidofós, Metolacloro, Molinato, Parationa Metílica,
Pendimentalina, Permetrina, Profenofós, Simazina, Tebuconazol,
Terbufós, Trifluralina.
Desinfetantes e produtos secundários da desinfecção: Ácidos
haloacéticos total, Bromato, Clorito, Cloro residual livre, Cloraminas
Total, 2,4,6 Triclorofenol, Trihalometanos Total.
Cianotoxinas da
água para
consumo humano
Microcistinas e Saxitoxinas.
Radioatividade da
água para
consumo humano
Rádio-226 e Rádio-228.
Organoléptico de
potabilidade
Alumínio, Amônia (como NH3), Cloreto, Cor Aparente, 1,2
diclorobenzeno, 1,4 diclorobenzeno, Dureza total, Etilbenzeno, Ferro,
Gosto e odor, Manganês, Monoclorobenzeno, Sódio, Sólidos
dissolvidos totais, Sulfato, Sulfeto de hidrogênio, Surfactantes (como
LAS), Tolueno, Turbidez, Zinco, Xileno.
Fonte: Adaptado de Brasil (2011)
30
4.5 TRATAMENTO DE ÁGUA
Segundo Paz e Di Bernardo (2008), as ETAs foram criadas para remover os
riscos presentes nas águas das fontes de abastecimento, por meio de uma
combinação de processos e de operações de tratamento. O método que será
empregado para o tratamento da água está diretamente ligado a uma série de
fatores como: quais tecnologias tem um custo mais acessível para a região, qual a
capacidade da ETA, a existência de mão-de-obra qualificada e qual a qualidade da
água bruta.
Segundo Pádua (2006), é através da combinação de processos e operações
unitárias que se dá origem ao que se denomina “técnicas de tratamento de água”.
No Quadro 3 são apresentados os principais processos e operações unitárias
utilizadas no tratamento de água para abastecimento público.
31
Quadro 3 - Principais processos e operações unitárias de tratamento de água para abastecimento público
Processo/operação
unitária
Descrição/finalidade
Micropeneiramento Passagem da água por peneiras com malhas de pequena abertura
visando a remoção de material particulado.
Oxidação/aeração Oxidar matéria orgânica e inorgânica presente na água, facilitando
sua remoção posterior.
Adsorção Remover compostos orgânicos e inorgânicos indesejáveis,
incluindo os que causam sabor e odor, fazendo a água entrar em
contato com uma substância adsorvente (em geral, carvão
ativado).
Troca iônica Destinado a remover contaminantes inorgânicos presentes na
água, fazendo-a passar por uma coluna contendo material sintético
especial (resina).
Coagulação Adição de coagulante, visando desestabilizar impurezas presentes
na água e facilitar o aumento do tamanho das mesmas na etapa de
floculação.
Floculação Agitação da água realizada após a coagulação, com o objetivo de
promover o contato entre as impurezas e, assim, aumentar o
tamanho das mesmas.
Decantação Passagem da água por tanques, no fundo dos quais as impurezas
ficam depositadas.
Flotação Arraste das impurezas para a superfície de um tanque, por meio da
ação de microbolhas.
Filtração em meio
granular
Remoção de material particulado presente na água, fazendo-a
passar por um leito contendo meio granular (usualmente areia e,
ou antracito).
Filtração em
membrana
Remoção de contaminantes orgânicos e inorgânicos, incluindo
material dissolvido, passando a água por membranas com abertura
de filtração inferior a 1 µm.
Desinfecção Processo destinado a inativar microrganismos patogênicos
presentes na água.
Abrandamento Processo destinado a reduzir a dureza da água e remover alguns
contaminantes inorgânicos.
Fluoretação Adição de compostos contendo íon fluoreto, com a finalidade de
combater a cárie infantil.
Estabilização
química
Condicionamento da água, com a finalidade de atenuar efeitos
corrosivos ou incrustantes no sistema abastecedor e nas
instalações domiciliares.
Fonte: Pádua (2006)
Com relação as técnicas de tratamento de água, no Brasil as que se
destacam são a de tratamento convencional (ou de ciclo completo) e a filtração
direta, embora outras, como a filtração lenta, a flotação e a filtração em membrana
também sejam empregadas, mas em um número ainda relativamente pequeno de
ETAs (PÁDUA, 2006). A de ciclo completo, por ser a mais utilizada, apresenta mais
32
mão-de-obra especializada e é mais facilmente instalada, já a de filtração lenta por
exemplo, tem a sua implantação dificultada pela necessidade de grandes áreas.
4.5.1 Processos e operações unitárias de tratamento de água
O tratamento de água é feito combinando diversos processos e operações
unitárias, antes que se fale do processo em si, se faz necessário a definição dos
principais processos e operações utilizadas no tratamento de água para
abastecimento público.
Micropeneiramento
Caracterizado pela operação de passagem do líquido de dentro para fora em
cilindro coberto por uma micropeneira constituída de malhas com diferentes
aberturas de filtração, é um pré-tratamento que objetiva reter sólidos finos não-
coloidais em suspensão e a remoção de algas. É um processo que visa a redução
nos custos do tratamento subsequente.
Oxidação
A oxidação química ou por aeração podem ser utilizadas para reduzir a
concentração de contaminantes orgânicos e inorgânicos que não são normalmente
removidos de modo satisfatório nas unidades que usualmente compõem as ETAs
(PÁDUA, 2006).
A oxidação pode ocorrer por aeração, sendo realizado por meio da introdução
de ar na água, objetivando a remoção de compostos voláteis indesejáveis, e no caso
da aeração não ser eficiente, se faz necessário o uso de oxidantes químicos, como
cloro, ozônio, permanganato de potássio, dióxido de cloro e peróxido de hidrogênio,
observando-se com cautela os as dosagens para não gerar subprodutos prejudiciais
à saúde humana.
De acordo com Di Bernardo (2003, p. 227) a pré-oxidação é uma medida para a
adequação da água à tecnologia da Filtração direta ascendente, que objetiva:
- Reduzir turbidez e cor;
33
- Eliminar sabor e odor; - Oxidar o ferro e o manganês; - Melhorar a coagulação; - Remover algas e agrotóxicos.
A utilização da oxidação gera um aumento na duração nas carreiras de
filtração, além de produzir água de melhor qualidade.
Adsorção em carvão ativado
Utilizada principalmente para remover compostos indesejados resultantes da
pré-oxidação da água, no caso da filtração direta, a adsorção em carvão ativado
pode ser representado, de modo simplificado pela reação: A + B ↔ AB, onde A
representa a substância adsorvida (adsorvato) e B, o adsorvente (DI BERNARDO
2003).
Segundo Pádua (2006) diversos tipos de forças químicas, como ligações de
hidrogênio, interações dipolo-dipolo e forças de Van der Waals, são responsáveis
por manter os compostos na superfície do adsorvente. Se a reação foi reversível, as
moléculas continuarão a se acumular, até que se igualem a velocidade de reação
nos dois sentidos, o que indicará a existência de equilíbrio, e não ocorrerá remoção
adicional.
Di Bernardo (2003) afirma que os adsorventes mais utilizados no tratamento de
água são a alumina e o carvão ativado, sendo o carvão ativado o mais utilizado e
dividindo-se em duas modalidades em pó e granulado (CAP e CAG,
respectivamente). Nas ETAs brasileiras o CAP é mais utilizado, sendo restrito no
tratamento de água por filtração direta devido ao excesso de material em suspensão,
que ocasiona a redução na carreira de filtração.
Coagulação e mistura rápida
A coagulação consiste essencialmente na desestabilização das partículas
coloidais e suspensas realizada pela conjunção de ações físicas e reações químicas,
com duração de poucos segundos, entre o coagulante, a água e as impurezas
presentes (LIBÂNIO 2010). Segundo Di Bernardo e Paz (2008a) o processo químico
34
é onde acontecem as reações do coagulante com a água e a formação de espécies
hidrolisadas com carga positiva ou os precipitados do metal do coagulante usado, já
o físico consiste no transporte das espécies hidrolisadas ou dos precipitados para
que haja contato com as impurezas presentes na água, de maneira que formem
aglomerados maiores, os quais podem ser removidos nas unidades seguintes.
De acordo com Libânio (2010) com a coagulação espera-se remover
especialmente turbidez, matéria orgânica coloidal, substâncias tóxicas de origem
orgânica e inorgânica, e outras passíveis de conferir odor e sabor à água,
microrganismos em geral e os precursores da formação de trihalometanos elevando-
se à qualidade da água distribuída. Ainda segundo o mesmo autor, o objetivo da
coagulação, e da floculação como via de consequência, consiste em elevar
significativamente a velocidade de sedimentação do aglomerado de partículas a ser
formado pela adição do coagulante.
Segundo Pádua (2006), tem-se observado que em muitas ETAs ocorre um
grande desperdício de coagulante, devido à sobredosagem deste produto, a qual
poderia ser reduzida por meio de estudos de tratabilidade da água bruta. Para o
estudo das dosagens adequadas e as condições ideais de mistura rápida se faz
necessário a realização de experimentos em instalação piloto ou jarteste, levando-se
em consideração os fatores que influenciam nessas condições, como o tipo de
coagulante, o pH, a natureza e a distribuição do tamanho das partículas, a
temperatura da água, o tempo de detenção e o gradiente de velocidade da mistura
rápida.
35
Figura 2 – Equipamento de jarteste
Fonte: Di Bernardo e Paz (2008).
O processo de coagulação é realizado em unidades de mistura rápida, as quais
podem ser hidráulicas (vertedores Parshall ou retangular, injetores, difusores, etc.),
mecânicas (câmara com agitador) e especiais (misturadores estáticos) (DI
BERNARDO E PAZ 2008a). Segundo Libânio (2010) existem quatro mecanismos de
coagulação, ressaltando-se que as partículas suspensas e coloidais dispersas na
água apresentam carga predominantemente negativa, são eles:
Compressão da dupla camada;
Adsorção-desestabilização;
Varredura;
Formação de pontes químicas.
Quanto ao tipo de coagulante empregado, segundo Libânio (2010, p. 163)
deve-se levar em consideração diversos fatores, como:
- Adequabilidade à água bruta; - Tecnologia de tratamento; - Custo do coagulante propriamente dito; - Produtos químicos porventura a ele associados – alcalinizantes, ácidos ou auxiliares de coagulação; - Custo e manutenção dos tanques e dosadores. - Quantidade e característica do lodo gerado no tratamento.
Os tipos de coagulantes mais usados estão representados na tabela 1.
36
Tabela 1 - Coagulantes primários usualmente empregados no processo de coagulação
Nome comercial Composição típica Dosagens usuais
(mg/L)
Massa específica
(kg/m3)
Sulfato de
alumínio
Al2(SO4)3.nH2O 10 a 60 600 a 1400
Cloreto férrico Fecl3.6H2O 5 a 40 1425
Sulfato ferroso
clorado
FeSO4.7 H2O 5 a 25 1470
Sulfato férrico FeSO4.9 H2O 5 a 40 1530 a 1600
Cloreto de
polialumínio
Aln(OH)m Cl3 <10 900
Fonte: Libânio (2010)
Segundo Pádua (2006), dependendo da qualidade da água bruta, o
emprego de polímeros pode possibilitar vantagens, tais como aumentar a duração
da carreira de filtração, reduzir os gastos com produtos químicos, diminuir o volume
de lodo gerado e aumentar a eficiência de remoção de cor, turbidez ou carbono
orgânico total da água. Os polímeros podem ser sintéticos ou naturais, catiônicos,
aniônicos ou não-iônicos.
Floculação
De acordo com a NBR 12.216/92 (ABNT, 1992), os floculadores são unidades
para promover a agregação de partículas formadas na mistura rápida, sendo
preconizada que os parâmetros de projeto e operação destas unidades devem ser
determinados por meio de ensaios realizados com a água a ser tratada. Sendo uma
unidade que não tem a finalidade de remoção de impurezas, destina-se a aumentar
o tamanho das partículas para que as etapas subsequentes realize a retirada dos
flocos.
Libânio (2010) define floculação como um conjunto de fenômenos físicos, nos
quais se tenciona em última instância reduzir o número de partículas suspensas e
coloidais presentes na massa líquida. A floculação em ETAs com unidade de
decantação tem por finalidade aumentar a velocidade de sedimentação dos flocos,
enquanto para ETAs com filtração direta o objetivo é aumentar a filtrabilidade dos
flocos (DI BERNARDO 2003).
Segundo Di Bernardo e Paz (2008a, p.15) a floculação pode ser realizada com
misturadores hidráulicos (chicanas, meio granular, Alabama e helicoidal) e
37
mecanizados (câmaras de mistura e variados tipos de agitadores) e a escolha do
tipo de sistema de floculação está condicionado a diversos fatores, como:
- Qualidade da água bruta; - Mecanismos de coagulação; - Tamanho das unidades; - Existência de pessoal qualificado para operação e manutenção; - Regime de funcionamento (vazão constante ou variável, contínuo ou intermitente).
38
Figura 3 – Tipos de sistemas mecanizados de floculação
Fonte: Di Bernardo e Paz (2008a)
39
Figura 4 – Tipos de sistemas hidráulicos de floculação
Fonte: Di Bernardo e Paz (2008a)
40
Decantação
A decantação, junto com a flotação, consiste na operação unitária que via de
regra traduz a eficiência das etapas que a precedeu (coagulação e floculação),
sendo que nessa etapa se fornece aos flocos condições que os permitam depositar
pela ação da gravidade (LIBÂNIO, 2010).
No semiárido a decantação era realizada usando-se potes de barro,
objetivando que a água, por ficar armazenada no mesmo por dias, tivesse todas as
partículas em suspensão sedimentadas no fundo do pote, além disso a água
apresentava temperatura satisfatória para ser ingerida.
Os decantadores convencionais consistem em grandes tanques retangulares
com escoamento horizontal, cujo projeto depende de vários parâmetros que podem
ser estimados em laboratório e, de outros, decorrentes da prática (Di Bernardo e Paz
2008a).
Figura 5 - Decantador (a) funcionando sem sobrecarga de vazão, (b) com sobrecarga de vazão, (c) decantador sem sobrecarga e (d) saída do decantador com sobrecarga de vazão
Fonte: Di Bernardo e Paz (2008a)
(a) (b)
(c) (d)
41
Flotação
A flotação é uma alternativa para o tratamento de água com flocos com baixa
taxa de velocidade de sedimentação, tendo em vista que a clarificação da água é
realizada por meio de bolhas que se aderem aos flocos ou partículas em suspensão,
aumentando o empuxo e provocando a ascensão dos flocos até a superfícies do
flotador, sendo removidas em seguida.
Quadro 4 – Principais vantagens e desvantagens do flotador em relação ao decantador
Vantagens Desvantagens
São unidades mais compactas Exigem operadores mais qualificados
Produzem lodo com maior teor de sólidos Frequentemente precisam ser cobertas
Possibilitam reduzir o consumo de coagulante
primário
Requerem equipamentos para geração das
microbolhas e aumentam o consumo de
energia elétrica na ETA
Possibilitam reduzir o tempo de floculação
Reduzem o volume de água descartada junto
com o lodo
Promovem “air stripping” de substâncias
voláteis, porventura presentes na água
Promovem um certo grau de oxidação da
água, o que pode facilitar a remoção de metais
solúveis
O tamanho dos flocos necessários à flotação é
usualmente inferior ao da sedimentação, o que
possibilita a construção de floculadores com
menor tempo de detenção
Fonte: Adaptado de Pádua (2006)
Os métodos de produção de microbolhas utilizados são: flotação eletrostática,
flotação por ar disperso e flotação por ar dissolvido (AWWA, 2002 apud Di
BERNARDO; PAZ, 2008a).
42
Figura 6 – Unidades de flotação e filtros de uma ETA de ciclo completo: (a) Câmara de flotação; (b) Removedores de lodo; (c) Câmara de saturação e (d) Filtros
Fonte: Di Bernardo e Paz (2008a)
Filtração direta
Libânio (2010) define filtração como o processo que tem como função
primordial a remoção das partículas responsáveis pela cor e turbidez, cuja presença
reduziria a eficácia da desinfecção na inativação dos microrganismos patogênicos.
Por ser a etapa que precede a coagulação, floculação e decantação/flotação no
tratamento convencional, cabe à filtração corrigir eventuais falhas que tenham
ocorrido nas demais etapas.
Segundo Pádua (2006, p. 538 e p. 539), a filtração rápida em meio granular é o
resultado da ação de três mecanismos:
- Transporte: Responsável por conduzir partículas suspensas no líquido para as proximidades da superfície dos grãos do meio granular (coletores), é um fenômeno físico, sendo afetado principalmente pelos parâmetros que governam a transferência de massa, tais como tamanho dos grãos do meio filtrante, taxa de filtração, temperatura da água, densidade e tamanho das partículas suspensas no afluente;
(b)
(c) (d)
(a)
43
- Aderência: é basicamente um fenômeno químico, muito influenciado pelo tipo e dosagem de coagulante aplicado no pré-tratamento e pelas características da água e do meio filtrante; - Desprendimento: quando as forças cisalhantes que atuam sobre o material depositado atingem valores que superam as forças adesivas, as partículas são desprendidas e arrastadas para outra camada do filtro, onde o fenômeno novamente se repete.
Após certo tempo de funcionamento, se faz necessária a lavagem do filtro que
é feita introduzindo-se água no sentido oposto de forma que haja a fluidificação do
meio granular, e as impurezas sejam removidas. Segundo Pádua (2006) isso é feito
quando a carreira de filtração do filtro chega ao fim, ou seja, quando ele passa a
produzir água que não atende ao padrão de potabilidade e quando a perda de carga
devida a retenção de impurezas atinge o valor máximo estabelecido no projeto.
Di Bernardo (2003) esquematiza a filtração rápida conforme a figura 7.
Figura 7 – Esquema de um filtro descendente
Fonte: Di Bernardo (2003).
Desinfecção
A desinfecção é a etapa responsável pela inativação dos microrganismos
patogênicos porventura presentes na água e prevenir o crescimento microbiológico
nas redes de distribuição (LIBÂNIO, 2010). Segundo Pádua (2006) os agentes
desinfetantes agem por meio de um ou mais dos seguintes mecanismos: a)
44
destruição da estrutura celular; b) interferência no metabolismo com inativação de
enzimas; c) interferência na biossíntese e no crescimento celular, evitando síntese
de proteínas, ácidos nucléicos e coenzimas.
De acordo com Libânio (2010) a desinfecção pode ser realizada por dois
grupos principais de desinfetantes: agentes químicos e físicos.
Químicos: são os compostos com potencial de oxidação, alguns estão
listados na Tabela 2.
Físicos: apresentam ação referenciada à energia de radiação, como
radiação UV, radiação gama, radiação solar e, em nível domiciliar, a fervura.
Tabela 2 – Potencial de oxidação de alguns desinfetantes químicos
Composto Fórmula Potencial de
Oxidação (V)
Reação típica
Ozônio O3 2,07 O3 + 2H++ 2e- → O2 + H2O
Dióxido de Cloro ClO2 1,91 ClO2 + 5e- + 2H2O→Cl- + 4OH-
Cloro Cl2 1,36 Cl2 + 2e- →2Cl-
Bromo Br2 1,09 Br2 + 2e- →2Br -
Iodo I2 0,54 I2 + 2e- → 2 I-
Fonte: Libânio (2010).
Pádua (2006, p.543) afirma que para serem usados nas ETAs, os
desinfetantes devem atender aos seguintes requisitos:
- Destruírem, em tempo razoável, os organismos patogênicos; - não serem tóxicos ao ser humano e animais domésticos e não causarem odor e sabor na água nas dosagens usuais; - estarem disponíveis a custo razoável e oferecerem condições seguras de transporte, armazenamento, manuseio e aplicação; - terem sua concentração na água determinada de forma rápida e precisa por meio de métodos simples; - produzirem residuais persistentes na água, assegurando, desse modo, a qualidade da água contra eventuais contaminações nas diferentes partes do sistema de abastecimento.
Na portaria nº 2.914/2011 do Ministério da Saúde (Brasil, 2011), é
estabelecido que após a desinfecção, a água deve conter um teor mínimo de cloro
residual livre de 0,5mg/L, assim como estipula os tempos de contato e os valores de
concentrações residuais de desinfetante na saída do tanque de contato, além da
dose mínima no caso de desinfecção por radiação ultravioleta.
45
Fluoretação
A adição de flúor na água é feito normalmente na forma de ácido fluorsilício,
fluorsilicato de sódio, fluoreto de cálcio (fluorita) e objetiva agir preventivamente
contra a decomposição do esmalte dos dentes (PÁDUA, 2006).
Segundo Libânio (2010) antes do emprego extensivo da fluoretação de água de
consumo como medida profilática para a cárie dentária, estimava-se que quase 98%
da população americana já teria vivenciado a perda de algum dente até atingir a
idade adulta, após a 2ª Guerra Mundial houve uma redução de 50 a 65% de
incidência em uma avaliação realizada em quatro cidades americanas e uma
canadense, confirmando assim a fluoretação como eficiente medida preventiva.
A portaria nº 2.914/2011 do Ministério da Saúde (Brasil, 2011) adverte que os
valores recomendados para concentração de íon fluoreto devem observar a Portaria
nº 635/GM/MS, de 30 de janeiro de 1976, estipulando apenas o valor máximo
permitido de 1,5mg/L.
Estabilização
Buscando evitar possíveis problemas nas tubulações de água tratada, após
todas as etapas de transformação da água bruta em água tratada, a estabilização
química se faz necessária de forma que não haja problemas relativos à corrosão ou
incrustações na tubulação, que venham a comprometer a vazão veiculada e a
qualidade da água tratada.
Segundo Pádua (2006), as técnicas para controle da corrosão estão
relacionadas à escolha adequada do material que constitui a tubulação, alteração da
qualidade da água, emprego de proteção catódica, uso de inibidores e aplicação de
camada protetora. O mesmo autor afirma que nos últimos anos, o ortopolifosfato
vem sendo estudado para amenizar problemas decorrentes de incrustação e
corrosão provocados pela água.
46
4.5.2 Tecnologias de tratamento de água
O tratamento de água é constituído pela tecnologia aplicada para modificar e
reduzir os fatores de risco (presença de metais pesados, microrganismos,
substâncias orgânicas, inorgânicas e radiológicas na fonte de abastecimento), na
busca de gerar água conforme o padrão de potabilidade (DI BERNARDO; PAZ
2008a).
Segundo Pádua (2006, p. 549), a prática consagrada para o tratamento de
água, na maioria das situações, inclui as seguintes etapas:
- clarificação, destinada a remover sólidos presentes na água. Esta etapa ocorre nos decantadores, flotadores e filtros; - desinfecção, destinada a inativar microrganismo patogênicos; - fluoretação, para prevenção da cárie dentária infantil; - estabilização química, para controle da corrosão e da incrustação da água nas tubulações, concreto etc. Trata-se de uma preocupação econômica com a integridade das instalações domiciliares e do sistema de distribuição.
Com relação à tecnologia de tratamento de água que será adotada, uma série
de fatores devem ser vistos com atenção, tais como a qualidade da água bruta, toda
a questão orçamentária, além da mão-de-obra. Libânio (2010, p.135), elenca as
principais premissas na definição da tecnologia a ser empregada:
- características da água bruta; - custos de implantação, manutenção e operação; - manuseio e confiabilidade dos equipamentos; - flexibilidade operacional; - localização geográfica e características da comunidade; - disposição final do lodo.
Di Bernardo e Paz (2008a) resume as tecnologias de tratamento de água em dois
grupos, sem coagulação química e com coagulação química. Na figura 8 são
apresentadas as principais ETAs, com seus processos e operações de tratamento.
47
Figura 8 – Principais tecnologias de tratamento de água para consumo humano
FONTE: Di Bernardo e Paz (2008a)
Filtração lenta
A filtração lenta constitui a tecnologia de tratamento de água onde não é
aplicado coagulante químico, sendo assim um tratamento puramente biológico. O
mesmo trabalha com baixas taxas de filtração, o que acarreta em um maior tempo
de detenção da água em seu meio filtrante, gerando intensa atividade biológica.
Uma das principais vantagens do filtro lento é a elevada eficiência de
remoção de bactérias, vírus e cistos de Giardia. A tabela 3 apresenta alguns valores
de remoção em filtros lentos.
Tabela 3 – Remoção de microrganismos em filtros lentos segundo estudos realizados em escala piloto por vários autores
Microrganismo Percentagem de remoção Autor
Coliformes Totais >99% Bellamy et al. (1985a)
Vírus (Poliovirus 1) 98,25 – 99,99% Poynter e Slade (1977)
Cistos de Giardia >98% Bellamy et al. (1985a)
Oocistos de
Cryptosporidium
>99,9% Timms et al. (1995)
Cercárias de
Schistosoma
100% Galvis et al. (1997)
Fonte: Di Bernardo (1999).
48
Segundo Pádua (2006), o filtro lento é composto de um tanque, onde é
colocada areia com espessura entre 0,90 a 1,20 m sobre uma camada de
pedregulho com espessura entre 0,20 e 0,45 m. Sob a camada de pedregulho tem-
se o sistema de drenagem, destinado a recolher a água filtrada.
Caso a filtração lenta seja antecedida por uma pré-filtração, tem-se a técnica
denominada Filtração em Múltiplas Etapas (FiME), o pré-tratamento FiME visa
atenuar a sobrecarga dos filtros lentos, quando há excesso de sólidos em
suspensão na água bruta (PÁDUA, 2006).
Uma limitação atribuída à filtração lenta convencional diz respeito a qualidade
da água bruta afluente ao filtro, a tabela 4 apresenta a qualidade da água
recomendável para tratamento por filtração lenta.
Tabela 4 – Qualidade da água recomendável para tratamento por filtração lenta
Características da água VALORES MÁXIMOS RECOMENDÁVEIS
Di Bernardo (1993) Cleasby (1991)
Turbidez (uT) 10 5
Cor verdadeira (uC) 5 -
Ferro (mg Fe/L) 1 0,3
Manganês (mg Mn/L) 0,2 0,05
Algas 250 UPA/mL 5 µg clorofila – a/L
Coli. Totais (NMP/100mL) 1000 -
Fonte: Di Bernardo (1999).
Vários autores apontam o fato de que a filtração lenta necessita de grandes
áreas para sua instalação, o que, praticamente, inviabiliza a sua adoção quando se
trata do abastecimento de água de grandes centros urbanos, que demandam
grandes vazões.
Filtração direta
É a tecnologia de tratamento onde a água é coagulada antes de ser
encaminhada para o filtro, e é caracterizado pelo fato de que o filtro é a única
unidade onde há remoção de sólidos. Pádua (2006, p. 557) destaca e descreve as
técnicas de filtração direta:
49
- filtração direta descendente: a água coagulada percorre a camada filtrante de cima para baixo, e a água filtrada sai na parte inferior do filtro; - filtração direta descendente com floculação: semelhante ao anterior, com a diferença de que a água é coagulada e floculada antes de entrar no filtro; - filtração direta ascendente: a água coagulada percorre a camada filtrante de baixo para cima e a água filtrada sai na parte superior do filtro; - dupla filtração: a água coagulada passa por uma unidade de filtração ascendente e depois por uma unidade de filtração descendente. Em relação às demais técnicas de filtração direta, esta possibilita o tratamento de água bruta de pior qualidade, com maior quantidade de material dissolvido e em suspensão devido a ação dos dois filtros.
Di Bernardo (2003) esquematiza as três configurações básicas distintas de
filtração direta que pode ser empregada no tratamento de água para abastecimento
na figura 9. Segundo o mesmo autor, a filtração é uma etapa importante no
tratamento de água, tendo em vista que é a última etapa de clarificação da água
antes da desinfecção, por isso deve-se garantir que haja a remoção dos organismos
patógenos resistente à desinfecção por cloro, como os cistos de Giardia e oocistos
de Cryptosporidium.
Pádua (2006) aponta como desvantagem da filtração direta se comparada a
filtração lenta a exigência de maior controle operacional e pessoal mais qualificado
para sua operação; por outro lado, permite tratar águas superficiais com maios
quantidade de material dissolvido e em suspensão. Outro fator importante diz
respeito à lavagem do filtro, tendo em vista que na filtração rápida os filtros devem
ser lavados de 20 a 50 horas ou menos, dependendo das características da água.
50
Figura 9 – Fluxogramas esquemáticos dos sistemas de filtração direta
Fonte: Di Bernardo (2003)
Di Bernardo e Paz (2008a) comparam no Quadro 5 a filtração direta
descendente com o ciclo completo, elencando as principais vantagens e
desvantagens.
51
Quadro 5 – Vantagens e desvantagens da FDD (Filtração direta descendente) em relação ao ciclo completo
Vantagens Desvantagens
1. O investimento inicial é menor
(redução de 30 a 70%);
1. A tecnologia não é eficiente para o
tratamento de água com valores elevados
de turbidez e/ou cor verdadeira;
2. O consumo de energia elétrica e de
produtos químicos (coagulante e/ou
alcalinizante) é inferior;
2. O tratamento deve ser monitorado
continuamente, considerando que o
tempo de detenção da água no sistema é
relativamente curto para que o operador
perceba qualquer mudança de qualidade
da água bruta e/ou filtrada;
3. O volume de resíduos gerados é baixo; 3. O tempo médio de permanência da água
na ETA é relativamente pequeno para a
oxidação de substâncias orgânicas
presentes na água bruta;
4. A tecnologia facilita o tratamento de
água com turbidez baixa.
4. A técnica pode apresentar paralisações
temporárias devido a erros de dosagem
de produtos químicos (coagulante e/ou
alcalinizante);
5. O período inicial de melhora da qualidade
do efluente é mais longo.
Fonte: Di Bernardo e Paz (2008a)
Tecnologia de ciclo completo
É a tecnologia constituída pelas etapas de coagulação, floculação,
decantação/flotação, filtração e desinfecção. Segundo o IBGE (2008), no Brasil,
69,2% da água tratada e distribuída é decorrente do tratamento por ciclo completo.
Pela técnica denominada tratamento convencional (ciclo completo), pode-se
tratar água com concentração de material dissolvido e em suspensão relativamente
altos em relação ao admitido para a filtração lenta e para a filtração direta (PÁDUA
2006). O autor comenta quando se faz necessária a utilização de flotarores: “é
indicada no tratamento de águas com valores altos de cor verdadeira e baixa
turbidez e água com concentrações elevadas de algas, pois estas tipicamente
conduzem à formação de flocos com baixa velocidade de sedimentação”. A figura 10
esquematiza em corte uma ETA convencional.
52
Figura 10 – Esquema em corte de uma ETA convencional
Fonte: Pádua (2006).
Filtração em membranas
Na filtração em membranas, utiliza-se um material semipermeável com micro
abertura de filtração, que permite a remoção de material particulado,
micromoléculas, moléculas dissolvidas e íons dissolvidos (PÁDUA 2006). A
utilização da filtração em membrana é utilizada especialmente para tratar água
salobras.
O autor elenca as diversas vantagens e desvantagens do uso da filtração em
membranas, esses pontos estão explicitados no Quadro 6.
53
Quadro 6 – Vantagens e desvantagens da utilização da filtração em membranas
Vantagens Desvantagens
Maior facilidade de adequação aos
padrões de potabilidade, havendo
indicações de que pode tratar água com
até 100 uT;
Aumento do consumo de energia.
Eventualmente pode ser dispensado o
emprego de coagulantes;
Custos de aquisição e manutenção desta
tecnologia são mais elevados no Brasil,
uma vez que grande parte do material
precisa ser importado.
Redução do trabalho do operador, em
função da automatização do sistema de
controle;
A exigência de mão-de-obra qualificada,
tendo em vista que há redução na carga
de trabalho de operadores, porém suas
funções passam a ser mais sofisticadas.
Menor área de implantação, com redução
de custos de aquisição de terreno.
Possibilidade de remoção de
contaminantes orgânicos e inorgânicos,
com eficiência superior à das técnicas
tradicionais de tratamento de água.
Fonte: Adaptado de Pádua (2006)
4.5.3 Seleção de tecnologias de tratamento
A tecnologia de tratamento é constituída pela escolha das operações unitárias
que transformarão a água bruta em água potável, de acordo com as diretrizes do
padrão de potabilidade, deixando-a apta para o consumo humano realizando o
tratamento adequado, removendo da água os organismos patogênicos e as
substâncias químicas prejudiciais à saúde, além de deixar a água esteticamente
agradável e torná-la quimicamente estável para que não haja incrustação ou
corrosão na tubulação. Di Bernardo e Paz elenca os fatores que influenciam na
seleção da tecnologia de tratamento de água, estes estão explicitados no Quadro 7.
54
Quadro 7 – Fatores que influenciam a seleção de tecnologia de tratamento de água
Fatores Itens de interesse Aspectos para análise
Técnico
Padrões técnicos de projeto;
Demanda (presente e futura)
versus abastecimento (capacidade
da tecnologia);
Investimento no sistema;
Aumento da capacidade da
ETA;
Compatibilidade do sistema
(projeto e funcionamento) com a
legislação vigente;
Concorrência da tecnologia
com ETAs tradicionais ou “padrão”;
e
Necessidade de mão-de-obra
capacitada.
Disponibilidade e custos de
combustíveis, energia elétrica e
produtos químicos;
Qualidade e durabilidade
dos materiais da obra civil;
Disponibilidade e custo de
peças de reposição;
Requerimentos de
operação e manutenção; e
Disponibilidade de pessoal
qualificado (encanadores,
eletricistas, mecânicos, etc.).
Ambiental
Disponibilidade e segurança
das fontes de abastecimento
(superficiais e subterrâneas);
Variações climáticas;
Qualidade da água bruta;
Proteção da fonte de
abastecimento;
Riscos ambientais; e
Despejo de águas residuais
na fonte.
Implicações nas atividade
de operação e manutenção na
ETA; e
Implicações nas atividades
de proteção da bacia hidrográfica.
Institucional
Legislação nacional e
internacional;
Estratégias nacionais de
desenvolvimento;
Existência de instituições de
suporte (técnico, organizacional e
econômico) de caráter público,
privado, ONG, etc.;
Interação entre instituições; e
Monitoramento das
atividades.
Responsabilidades das
instituições integrantes;
Envolvimento do setor
privado;
Orçamento nacional ou
municipal para atividades de
operação e manutenção, além de
subsídios (se for o caso);
Treinamento e
acompanhamento do pessoal; e
Necessidade de ajuste das
atividades de operação e
manutenção para sustentar a
tecnologia no tempo.
Social
Economia local;
Crescimento da população;
Padrão de vida e balance de
gênero;
Renda familiar e variação
sazonal;
Preferências dos usuários do
serviço;
Histórico de experiências de
Capacidade administrativa
e necessidades de treinamento;
Disponibilidade e
capacidade de pagamento da
população;
Recuperação de
investimentos;
Disponibilidade de
mecanismos de financiamento
55
colaboração social em diferentes
instituições; e
Organização social e coesão.
para necessidades futuras
(reabilitação ou ampliação);
Necessidades sentidas pela
comunidade;
Relação gasto realizados
versus qualidade do serviço
obtido; e
Apropriação da tecnologia.
Fonte: Di Bernardo e Paz (2008b) Nota: Adaptado de Brikké et al., 19997; Visscher et al., 1998)
Pádua (2006) afirma que a qualidade da água bruta é um dos principais
fatores que devem ser considerados na definição da técnica de tratamento, e demais
fatores como complexidade operacional, custo de implantação e de operação e porte
da instalação devem ser considerados caso a fique demonstrado que a água pode
ser tratada por mais de uma técnica. O mesmo autor descreve as características de
algumas técnicas de tratamento (quadro 8) e seus limites de aplicação (tabela 5).
Quadro 8 – Características de algumas técnicas de tratamento de água
Parâmetro
Técnica de tratamento
Filtração lenta Filtração direta
descendente
Filtração direta
ascendente
Tratamento
convencional
Operação Simples Especializada Especializada Especializada
Consumo de
coagulante
Nulo Baixo Baixo Alto
Resistência à
variação da
qualidade da água
Baixa Baixa Moderada Alta
Limpeza dos filtros Raspagem da
camada
superficial
Fluxo ascendente Fluxo ascendente Fluxo
ascendente
Porte da estação Usual limitar a
pequenas
instalações
Sem limitações Sem limitações Sem
limitações
Custo de
implantação
(US$/hab)
10 a 100 2 a 30 5 a 45 10 a 60
Necessidade de
área
Grande Pequena Pequena Média
Fonte: Pádua (2006) Nota: Adaptado de Barros et al. (1995)
56
Tabela 5 – Características de algumas técnicas de tratamento de água
Tipo de
tratamento
Valores máximos para a água bruta
Turbidez
(uT)
Cor
verdadeira
(uH)
Ferro
total
(mg/L)
Manganês
(mg/L)
NMP
Coliformes/100
mL
Totais Fecais
Filtração lenta 10 5 1 0,2 2.000 500
Pré-filtro + filtro
lento
50 10 5 0,5 10.000 3.000
FiME 100 10 3 0,5 20.000 5.000
Filtração direta
ascendente
100 100 15 1,5 5.000 1.000
Dupla filtração 200 150 15 2,5 20.000 5.000
Filtração direta
descendente
25 25 2,5 - 2.500 500
Filtração direta
descendente
com floculação
50 50 2,5 - 5.000 1.000
Tratamento
convencional**
250 * 2,5 - 20.000 5.000
Fonte: Pádua (2006) Legenda: NMP (número mais provável) *Depende do valor de turbidez, ** para águas que excedem os limites do tratamento convencional, este deverá ser complementado com tratamentos especiais, tais como pré-oxidação, ajuste de pH, aplicação de polímeros, utilização de carvão ativado etc. Nota: Adaptado de Barros et al. (1995)
4.5.4 Utilização de Moringa oleífera Lam. no tratamento de água
A Moringa é uma planta que se adapta bem em locais com escassez de água,
sendo abundante na região semiárida do Nordeste. Há relatos de que o uso das
sementes de Moringa no tratamento doméstico de águas é uma prática milenar na
Índia (PÁDUA, 2006).
Ainda segundo o mesmo autor, a Moringa pode possibilitar reduções
superiores a 98% de coliformes termotolerantes e remover cercarias do
Schistosoma mansoni, agente causador da esquistossomose. Além de possuir
elevado potencial de remoção de toxinas. Nishi et. al (2011) obteve remoção acima
de 90% de remoção de oocistos de Giardia e Cryptoporidium, e apresentou como
vantagem do uso da Moringa a baixa variação do pH após a coagulação.
57
5 MATERIAL E MÉTODOS
Este trabalho busca analisar a clarificação da água utilizada para
abastecimento humano do município de Pau dos Ferros, Rio Grande do Norte, em
termos de remoção de cor aparente e turbidez.
Foram realizados testes em escala de bancada simulando etapas do
tratamento de ciclo completo com coagulação, floculação e decantação. A tecnologia
de ciclo completo é indicada para valores de turbidez até 250 uT (PÁDUA 2006), se
enquadrando na água bruta estudada. Os testes foram executados utilizando
somente sulfato de alumínio como coagulante e sulfato de alumínio combinado com
Moringa oleifera Lam..
O presente estudo foi desenvolvido no período de estiagem na região de Pau
dos Ferros – RN, em dezembro de 2014.
A seguir apresentam-se a descrição da água estudada, material utilizado e
atividades desenvolvidas.
5.1 ÁGUA ESTUDADA
Neste trabalho foi utilizada a água bruta da barragem da cidade de Pau dos
Ferros, Rio Grande do Norte, que abastece parte do município.
Segundo o diagnóstico realizado pelo governo do estado do Rio Grande do
Norte, o município de Pau dos Ferros encontra-se totalmente inserido nos domínios
da bacia hidrográfica Apodi-Mossoró, sendo banhada pela sub-bacia do Rio Apodi. A
barragem de Pau dos Ferros é alimentada pelo rio Apodi e é um curso d’água
intermitente e o padrão de drenagem é do tipo dendrítico (RIO GRANDE DO
NORTE, 2005).
A água bruta foi coletada na margem do açude de Pau dos Ferros. Devido a
dificuldade de acesso, não foi possível coletar no local exato da captação do sistema
de abastecimento de água sob responsabilidade da Companhia de Águas e Esgoto
do Estado do Rio Grande do Norte (CAERN). A Figura 11 apresenta uma imagem de
satélite indicando a captação do sistema de abastecimento da cidade e o local onde
foi realizada a coleta de água para este estudo.
58
Figura 11 - Vista superior da barragem de Pau dos Ferros, RN com indicação do ponto de captação do sistema de abastecimento de água do município (seta vermelha) e ponto onde foi realizada a coleta da água para o presente estudo.
Fonte: Google Earth (2013).
Figura 12 - Vistas da barragem de Pau dos Ferros, RN: (a) Captação do sistema de abastecimento público e (b) Coleta de água para o presente estudo
Fonte: Dombroski (2014)
(a) (b)
59
No momento da coleta de água foram realizadas as seguintes medições: pH e
a temperatura da água, a temperatura do ar e as coordenadas geográficas.
Já, no laboratório, antes de cada teste, foi aferido o pH, a cor aparente e a
turbidez da água.
Segundo dados obtidos com a equipe da CAERN em uma visita realizada
pelo Ministério Público à estação de tratamento de água de Pau dos Ferros em
setembro de 2013, o tratamento da água é realizado em três etapas: 1) Coagulação
com policloreto de alumínio cationizado, em quantidade que a CAERN não soube
especificar; 2) filtração da água em oito filtros verticais de cascalho e areia; 3)
desinfecção da água no reservatório pós-tratamento, que possui capacidade para
750 mil litros de água, por meio da adição de 310 quilos de cloro gasoso por dia. A
ETA é operada pela Companhia de Águas e Esgotos do Rio Grande do Norte
(CAERN) (MPRN, 2013).
5.2 MATERIAL UTILIZADO
Para a realização do presente estudo, foram utilizados os seguintes
equipamentos e materiais:
- Equipamento jarteste, marca Nova Ética, modelo 218/6LDB (ver Figura 13);
- Medidor de pH portátil, marca Thermo Scientific, modelo Orion 3 star (ver Figura
14);
- Medidor de pH de bancada, marca Tekna, modelo T-1000 (ver Figura 14);
- Turbidímetro marca Hach, modelo 2100Q (ver Figura 15);
- Espectrofotômetro marca Hach, modelo DR5000 (ver Figura 15);
- Cronômetro digital marca Instrutherm, modelo CD2800 (ver figura 16);
- Vidraria: balão volumétrico, pipetas graduadas, pipetas volumétricas, provetas,
béquers, funil, erlenmeyer, kitassato, funil de porcelana;
- Bomba a vácuo, marca Tecnal, modelo TE-058 (ver figura 16);
- Papel filtro 80GR, diâmetro 110mm (ver figura 17);
- Balança analítica, marca Marte, modelo AY220 (ver figura 18);
- Mini processador, marca Black&Decker, modelo HC31T (ver figura 19).
60
Figura 13 – Vista do equipamento Jarteste usado na pesquisa
Fonte: Autoria própria
Figura 14 – Medidores de pH portátil e de bancada, (a) e (b) respectivamente
Fonte: Autoria própria (2015)
(a) (b)
61
Figura 15 - Equipamentos usados para medir o pH e a turbidez. (a) Turbidímetro e (b) Espectrofotômetro
Fonte: Autoria própria (2015)
Figura 16 – (a) Cronômetro e (b) bomba a vácuo
Fonte: Autoria própria (2015)
(a) (b)
62
Figura 17 – Papel filtro 80 GR
Fonte: Autoria própria (2015)
Figura 18 – Balança analítica utilizada no preparo das soluções
Fonte: Autoria própria (2015)
63
Figura 19 - Mini processador
Fonte: Autoria própria (2015)
Também, foram utilizadas bombonas para a realização da coleta da água. A
água bruta, previamente a cada ensaio, foi homogeneizada, utilizando para isso um
balde de 20 litros conforme a Figura 20.
64
Figura 20 – Bombona e balde utilizados para, respectivamente, armazenar e homogeneizar a água bruta, previamente a cada ensaio
Fonte: Autoria própria (2015).
Com relação às soluções, foram utilizadas as seguintes:
- Sulfato de alumínio comercial, preparado em concentração de 0,5%. O produto foi
obtido com a CAERN e não foi especificada a concentração de Al2O3 do mesmo.
(Figura 21).
- Sementes de Moringa oleifera Lam. obtidas com um docente do curso de
Engenharia Agrícola da UFERSA. As sementes (Figura 22) foram colhidas e
armazenadas no laboratório de Saneamento, mantidas na sua casca, sendo estas
removidas apenas no momento de preparo da solução. Depois de preparada a
solução era estocada em geladeira, sendo utilizada dentro de um prazo de 72h. Esta
solução foi preparada a uma concentração de 5 g/L.
- Ácido sulfúrico (H2SO4) P.A. e carbonato de sódio (Na2CO3) P.A. para variação do
pH de coagulação. A solução de H2SO4 foi preparada com concentração de 0,05N e
a solução de Na2CO3 foi preparada a 0,5%.
65
Figura 21 – Vista do frasco de Sulfato de Alumínio comercial
Fonte: Autoria própria (2015)
Figura 22 – Vista de sementes de Moringa oleífera Lam
Fonte: Autoria própria (2015).
66
4.2.1 Preparo das soluções utilizadas de coagulante e auxiliar de coagulação
Solução de sulfato de alumínio:
A solução foi preparada pesando-se 5g de Sulfato de alumínio comercial e
diluindo em 1 litro de água destilada. A mistura era mantida em agitação, utilizando-
se um agitador magnético, até dissolução de todo o soluto. Após, a solução era
transferida para um frasco âmbar e armazenada em geladeira, quando não estava
sendo utilizada.
Solução de Moringa oleifera Lam.:
As sementes eram descascadas e trituradas em um mini processador
doméstico. Os pedaços que permaneciam maiores eram esmagados usando um
béquer e um bastão de vidro. O produto triturado/esmagado era pesado e diluído em
uma concentração de 5 g/L (0,5%). A suspensão era mantida em agitação por
aproximadamente uma hora, utilizando-se uma agitador magnético. Após este
tempo, a mistura era filtrada em um papel filtro de 80GR assentado em um funil de
porcelana acoplado em um kitassato e, este ligado em uma bomba a vácuo. Essa
etapa de filtração objetivava que a água em estudo, não tivesse acréscimo de
turbidez devido aos resíduos sólidos da semente na suspensão. Após, o conteúdo
filtrado era transferido do kitassato para um frasco âmbar e armazenado em
geladeira, sendo utilizada em um período de no máximo 72h.
A utilização da Moringa oleifera Lam. como auxiliar de coagulação foi
motivada pelo fato de que, segundo Ndabigengesere et al. e Nkurunziza et al., (apud
NISHI, 2011), esta semente produz um lodo biodegradável e não causa riscos à
saúde humana, além de ser uma semente facilmente encontrada na região
semiárida do Rio Grande do Norte. As sementes possuem um composto ativo que
atua em sistemas de partículas coloidais, neutralizando cargas e formando pontes
entre estas partículas, sendo este processo responsável pela formação de flocos e
consequente sedimentação.
67
5.3 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Os ensaios foram realizados em quatro etapas, utilizando condições fixas de
mistura rápida (MR), tempo (TMR) e gradiente médio de velocidade (GMR). Além
disso, as condições da floculação (gradiente médio de velocidade - Gf, tempo de
floculação - Tf ) e sedimentação (tempo de sedimentação) também foram fixadas.
Na primeira etapa dos testes foi utilizado apenas o sulfato de alumínio,
variando a dosagem deste entre 5 e 60mg/L, zero de Moringa e sem acréscimo de
soluções acidulante ou básica para variar os valores de pH (Tabela 6). Ao se obter a
condição de melhor remoção de cor e turbidez, foi fixada a dosagem do sulfato de
alumínio e variaram-se os valores de pH, constituindo esta a segunda etapa (Tabela
7).
Na terceira etapa, foi fixada a dosagem de sulfato de alumínio e variou-se a
dosagem de Moringa, não sendo usadas soluções básica ou ácida para variação
dos valores de pH (Tabela 8).
A quarta etapa foi realizada com dosagem fixa de sulfato de alumínio
definida ao término da primeira etapa e usando três dosagens de Moringa com
melhores resultados de remoção de cor aparente e turbidez, havendo variação dos
valores de pH como mostrado na Tabela 9.
Para diminuição ou aumento dos valores de pH de coagulação, foram
utilizadas a solução de H2SO4 0,05N ou de NaCO3 (barrilha) 0,5%, respectivamente.
Nos ensaios usando sulfato de alumínio combinado com Moringa, estes
foram dosados simultaneamente, no início da mistura rápida. Esta condição foi
adotada pelo fato de que a semente da Moringa é constituída por proteínas
catiônicas (NDABIGENGESERE et al., 1995 apud NISHI, 2011), possivelmente,
agindo como um auxiliar de coagulação.
68
Tabela 6 – Resumo dos ensaios realizados na primeira etapa da pesquisa utilizando dosagens variadas de sulfato de alumínio, sem adição de Moringa oleífera Lam. e sem acréscimo de soluções para ajustes de pH
Condições fixas:
Mistura rápida (MR): TMR = 60 s e GMR = 800 s-1
Floculação: Tf = 30 min e Gf = 30 s-1
Sedimentação: Ts = 7 min
Dosagem de
Sulfato de
alumínio
(mg/L)
Dosagem de Moringa
oleifera Lam. (mg/L)
Solução
ácida
(mL/L)
Solução
básica
(ml/L)
Ensaios Jarros
5 - 30 0 0 0 1 1,2,3,4,5,6
35 - 60 0 0 0 2 1,2,3,4,5,6
Total 2 12
Fonte: Autoria própria (2014)
Tabela 7 – Resumo dos ensaios realizados na segunda etapa da pesquisa utilizando: dosagem fixa de sulfato de alumínio; sem adição de Moringa oleífera Lam. e acréscimo de soluções para ajustes de pH
Condições fixas:
Mistura rápida (MR): TMR = 60 s e GMR = 800 s-1
Floculação: Tf = 30 min e Gf = 30 s-1
Sedimentação: Ts = 7 min
Dosagem de
Sulfato de
alumínio
(mg/L)
Dosagem de Moringa
oleifera Lam. (mg/L)
Solução
ácida
(mL/L)
Solução
básica
(ml/L)
Ensaios Jarros
40 0 0 – 5 0 – 5 1 1,2,3,4,5,6
40 0 0 – 5 0 – 10 2 1,2,3,4,5,6
Total 2 12
Fonte: Autoria própria (2014).
Tabela 8 – Resumo dos ensaios realizados na terceira etapa da pesquisa utilizando: dosagem fixa de sulfato de alumínio; dosagens variadas de Moringa oleífera Lam. e sem
acréscimo de soluções para ajustes de pH
Condições fixas:
Mistura rápida (MR): TMR = 60 s e GMR = 800 s-1
Floculação: Tf = 30 min e Gf = 30 s-1
Sedimentação: Ts = 7 min
Dosagem de
Sulfato de
alumínio
(mg/L)
Dosagem de Moringa
oleifera Lam. (mg/L)
Solução
ácida
(mL/L)
Solução
básica
(ml/L)
Ensaios Jarros
40 0 - 25 0 0 1 1,2,3,4,5,6
40 25 - 55 0 0 2 1,2,3,4,5,6
Total 2 12
Fonte: Autoria própria (2014).
69
Tabela 9 – Resumo dos ensaios realizados na quarta etapa da pesquisa utilizando: dosagem fixa de sulfato de alumínio; dosagem fixa de Moringa oleífera Lam. e acréscimo de
soluções para ajustes de pH
Condições fixas:
Mistura rápida (MR): TMR = 60 s e GMR = 800 s-1
Floculação: Tf = 30 min e Gf = 30 s-1
Sedimentação: Ts = 7 min
Dosagem de
Sulfato de
alumínio
(mg/L)
Dosagem de Moringa
oleifera Lam. (mg/L)
Solução
ácida
(mL/L)
Solução
básica
(ml/L)
Ensaios Jarros
40 40 0 - 5 0 - 5 1 1,2,3,4,5,6
40 45 0 - 5 0 - 5 2 1,2,3,4,5,6
40 50 0 - 5 0 - 10 3 1,2,3,4,5,6
Total 3 18
Fonte: Autoria própria (2014).
A seguir, apresenta-se o procedimento utilizado para execução dos ensaios
em escala de laboratório:
Homogeneizar a água armazenada na bombona e transferi-la para o
balde de plástico de 20 L.
Homogeneizar a água bruta no balde e coletar amostra representativa
para caracterização da mesma;
Medir 2 litros da água de estudo, utilizando-se béquer e proveta
graduada e colocar este volume em cada um dos jarros do equipamento jarteste
(Figura 23);
Ligar os agitadores do equipamento jarteste e acertar a rotação de
maneira a obter-se o GMR previamente definido (Figura 24);
Adicionar determinado volume de solução de ácido sulfúrico ou de
carbonato de sódio de maneira a conferir a variação desejada do pH de coagulação;
Medir os volumes da solução de coagulante, utilizando pipeta, de modo
a obter-se a dosagem de sulfato de alumínio definida previamente, colocando os
mesmos nos frascos dosadores do equipamento jarteste. Fazer o mesmo
procedimento com a solução de Moringa (Figura 25);
Adicionar o conteúdo dos frascos dosadores nos jarros, cronometrando
o tempo para controle do tempo da mistura rápida (TMR);
70
Ao término do TMR, alterar a rotação dos agitadores para o gradiente
médio de velocidade de floculação (GF) previamente definido, cronometrando o
tempo que corresponderá ao tempo de floculação (TF) e, o mais rápido possível,
descartar aproximadamente 20mL do conteúdo das mangueiras nos pontos de
coleta dos jarros do equipamento e coletar as amostras de água coagulada para
medir os valores do pH;
Ao término do TF definido previamente, desligar os agitadores e
cronometrar o tempo correspondente ao tempo de sedimentação (TS);
Ao final do TS, descartar aproximadamente 20 mL do conteúdo das
mangueiras nos pontos de coleta dos jarros (7 cm abaixo do nível da água) do
equipamento e imediatamente após, coletar uma amostra com cerca de 30 mL e
medir os valores de cor aparente e turbidez.
Figura 23 – Vista da colocação da água bruta no equipamento
Fonte: Autoria própria (2015)
71
Figura 24 – Vista do ajuste da rotação dos agitadores para estabelecimento do valor previamente estabelecido do GMR
Fonte: Autoria própria (2015)
Figura 25 - Vista da adição das soluções de coagulante e de auxiliar de coagulação nos frascos dosadores do equipamento.
Fonte: Autoria própria (2015).
72
Os métodos analíticos utilizados foram os descritos por Clesceri et al. (1999):
o pH foi aferido pelo método eletrométrico, a turbidez pelo método nefelométrico e a
cor aparente pelo método espectrofotômetro.
73
6 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Neste tópico estão inseridos os resultados relativos a caracterização da água
bruta e das quatro etapas da pesquisa, descritas anteriormente.
6.1 RESULTADOS DA CARACTERIZAÇÃO DA ÁGUA BRUTA
Nas tabelas 10 e 11 estão apresentados as informações obtidas in loco
durante as coletas de água bruta na barragem de Pau dos Ferros.
Tabela 10 - Informações levantadas in loco durante as coletas de água bruta na barragem de Pau dos Ferros, RN
Data Hora pH da
água
Temperatura da água
(°C)
Temperatura do ar
(°C)
20/10/2014 8:00 8,1 30,0 28
08/12/2014 8:20 8,4 29,5 31
Fonte: Lira e Sousa (2014)
Tabela 11 – Localização do ponto de coleta da água bruta
Altitude Coordenadas geográficas
182 – 191 m S 06° 08’ 44,6’’
W 038° 11’ 23,6’’
Fonte: Lira e Sousa (2014)
Foram realizadas duas coletas de água, 20/10 e 08/12/2014. A água coletada
no dia 20 de outubro de 2014 foi destinada para a realização de testes preliminares
e a do dia 08 de dezembro para os testes definitivos. Porém, as características da
água bruta do dia 08/12/2014 apresentaram distintos valores de pH, cor aparente e
turbidez em relação aos valores relativos à primeira coleta, conforme apresentados
na tabela 19. Assim, os testes realizados com a água coletada em 20 de outubro,
não foram utilizados para a realização deste estudo.
74
Tabela 19 – Valores de pH, cor aparente e turbidez da água bruta obtida em duas coletas realizadas
Data da
coleta
Data da análise pH Cor aparente
(uC)
Turbidez
(uT)
20/10/2014 20/11/2014 7,70 193 27,3
08/12/2014 15/12/2014 7,68 910 96,7
Fonte: Autoria própria (2014)
No primeiro dia da coleta da água bruta, observou-se o nível da água muito
abaixo do limite da barragem (ver Figura 12) estando com 4,14% da sua capacidade
e na data da segunda coleta, estava ainda mais baixo, com 2,46% (DNOCS, 2015).
Possivelmente, isso contribuiu para o aumento dos valores de cor aparente e
turbidez. Observando-se a variação elevada entre as coletas de outubro e de
dezembro, e pelo fato do tratamento de ciclo completo possuir uma alta resistência à
variação da qualidade da água (PÁDUA 2006), percebe-se que a adoção do
tratamento de ciclo completo se enquadra com a água da barragem de Pau dos
Ferros.
6.2 RESULTADOS DA PRIMEIRA ETAPA
A Figura 26 apresenta resultados de remoção de cor aparente em ensaios
realizados utilizando sulfato de alumínio como coagulante. As dosagens de sulfato
de alumínio variaram de 5 a 30 mg/L (gráfico à esquerda) e de 35 a 60 mg/L (gráfico
à direita). Como já mencionado, nestes testes, não houve combinação com Moringa
oleifera Lam. Nestes 12 ensaios, os valores de pH de coagulação variaram entre
7,21 e 7,63. A variação de pH deveu-se às diferentes dosagens de coagulante, não
tendo sido utilizadas soluções acidulante ou básica. Destes ensaios, a dosagem de
sulfato de alumínio de 40 mg/L (pH de coagulação de 7,35) resultou em maior
eficiência de remoção de cor (66%), correspondendo a um valor de 274 uC.
75
Figura 26 – Resultados de eficiência de remoção de cor aparente em testes realizados com dosagens variadas de sulfato de alumínio e sem adição de Moringa oleífera Lam.
Fonte: Autoria própria (2014)
Nota: Características da água bruta no primeiro teste: pH = 7,68; cor aparente = 910 uC; turbidez = 96,7 uT. Água bruta no segundo teste: pH = 7,81; cor aparente = 808 uC; turbidez = 79,8 uT
Na Figura 27 observam-se os de remoção de turbidez em ensaios realizados
utilizando sulfato de alumínio como coagulante com dosagens entre 5 e 60 mg/L.
Assim como observado para cor aparente, a dosagem de sulfato de alumínio com
melhor resultado de remoção de turbidez (74%) foi de 40 mg/L com pH de
coagulação de 7,35. Neste ensaio, a turbidez da água clarificada foi de 20,7 uT.
6,0
6,5
7,0
7,5
8,0
0102030405060708090
100
5 10 15 20 25 30p
H d
e co
agu
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o
Efic
iên
cia
de
rem
oçã
o d
e co
r ap
aren
te (
%)
Dosagem de sulfato de alumínio (mg/L)
Coagulação com sulfato de alumínio
Remoção de cor aparente pH de coagulação
6,0
6,5
7,0
7,5
8,0
0102030405060708090
100
35 40 45 50 55 60
pH
de
coag
ula
ção
Efic
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rem
oçã
o d
e co
r ap
aren
te (
%)
Dosagem de sulfato de alumínio (mg/L)
Coagulação com sulfato de alumínio
Remoção de cor aparente pH de coagulação
76
Figura 27 - Resultados de eficiência de remoção de turbidez em testes realizados com dosagens variadas de sulfato de alumínio e sem adição de Moringa oleífera Lam
Fonte: Autoria própria (2014)
Nota: Água bruta no primeiro teste: pH = 7,68; cor aparente = 910 uC; turbidez = 96,7 uT. Água bruta no segundo teste: pH = 7,81; cor aparente = 808 uC; turbidez = 79,8 uT
Com os resultados obtidos nestes ensaios, definiu-se uma dosagem fixa de
sulfato de alumínio (40 mg/L) para os testes realizados nas etapas seguintes, com
variação de pH de coagulação e coagulação utilizando Moringa oleifera Lam. como
auxiliar.
6.3 RESULTADOS DA SEGUNDA ETAPA
As Figuras 28 e 29 apresentam valores de eficiência de remoção de cor
aparente e de turbidez para coagulação com dosagem de sulfato de alumínio de 40
mg/L e pH de coagulação variando de 5,95 a 7,52 (Figura 28) e de 7,22 a 7,91
(Figura 29). Nestes ensaios também não foi utilizada Moringa oleifera Lam.
6,0
6,5
7,0
7,5
8,0
0102030405060708090
100
5 10 15 20 25 30
pH
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rbid
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%)
Dosagem de sulfato de alumínio (mg/L)
Coagulação com sulfato de alumínio
Remoção de turbidez pH de coagulação
6,0
6,5
7,0
7,5
8,0
0102030405060708090
100
35 40 45 50 55 60
pH
de
coag
ula
ção
Efic
iên
cia
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oçã
o d
e tu
rbid
ez (
%)
Dosagem de sulfato de alumínio (mg/L)
Coagulação com sulfato de alumínio
Remoção de turbidez pH de coagulação
77
Figura 28 - Resultados de eficiência de remoção de cor aparente e turbidez em testes realizados com dosagem fixa de 40 mg/L de sulfato de alumínio; sem adição de Moringa oleífera Lam. e pH de coagulação variando de 5,95 a 7,52.
Fonte: Autoria própria (2014) Nota: Água bruta: pH = 7,83; cor aparente = 1388 uC; turbidez = 177 uT
Na Figura 28, observam-se as maiores eficiências de remoção de cor
aparente (81%) e turbidez (88%) para o valor de pH de coagulação de de 7,33.
Neste ensaio, os valores remanescentes de cor aparente e de turbidez foram,
respectivamente, de 265 uC e 20,9 uT.
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
5,50 6,00 6,50 7,00 7,50 8,00
Efic
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%)
pH de coagulação
Coagulação com 40 mg/L de sulfato de alumínio
50
55
60
65
70
75
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5,50 6,00 6,50 7,00 7,50 8,00Ef
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mo
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idez
(%
)
pH de coagulação
Coagulação com 40 mg/L de sulfato de alumínio
78
Figura 29 – Resultados de eficiência de remoção de cor aparente e turbidez em testes realizados com dosagem fixa de 40 mg/L de sulfato de alumínio; sem adição de Moringa oleífera Lam. e pH de coagulação variando de 7,22 a 7,91
Fonte: Autoria própria (2014)
Nota: Água bruta: pH = 8,02; cor aparente = 1672 uC; turbidez = 236 uT
Já no segundo teste, com o pH de coagulação de 7,54, resultaram as maiores
eficiências de remoção de cor aparente e turbidez, 83 e 90%, respectivamente.
Todavia, os valores remanescentes de cor aparente e de turbidez foram,
respectivamente, de 286 uC e 23,4 uT, ou seja, maiores do que os observados (265
uC e 20,9 uT) no melhor ensaio mostrado na Figura 29 (pH de coagulação de 7,33)
mesmo sendo estes com menores valores de eficiência de remoção. Tais resultados
decorrem da variação da qualidade da água bruta estudada.
6.4 RESULTADOS DA TERCEIRA ETAPA
Os resultados obtidos na terceira etapa estão apresentados nas Figuras 30 e
31.
Na Figura 30, observam-se os maiores valores de eficiência de cor aparente
(61 %) e de turbidez (64 %) para a dosagem de 10 mg/L de Moringa oleifera Lam.
Nste ensaio, os valores remanescentes de cor aparente e de turbidez foram de 224
uC e de 18,7 uT, respectivamente.
50
55
60
65
70
75
80
85
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7,00 7,50 8,00
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pH de coagulação
Coagulação com 40 mg/L de sulfato de alumínio
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
7,00 7,50 8,00Ef
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turb
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(%
)
pH de coagulação
Coagulação com 40 mg/L de sulfato de alumínio
79
Nestes testes, cujos resultados são apresentados nas Figuras 30 e 31,
chama-se atenção para a variação da qualidade da água bruta quanto a turbidez
(53,4 e 205 uT) e cor aparente (570 e 1640 uC). O fato da água bruta ter ficado
armazenada em distintas bombonas e retirada no momento de cada teste, pode ter
contribuído para alteração de sua qualidade de forma diferente.
Figura 30 – Resultados de eficiência de remoção de cor aparente e turbidez em testes realizados com dosagem 40 mg/L de sulfato de alumínio e dosagens variadas de Moringa oleífera Lam. e pH de coagulação variando de 7,26 a 7,33
Fonte: Autoria própria (2014)
Nota: Água bruta: pH = 7,60; cor aparente = 570 uC; turbidez = 53,4 uT
Com relação aos resultados apresentados na Figura 31, observaram-se
valores de eficiência de remoção de cor aparente de 84 a 85% e de turbidez, de 89 a
90% para as dosagens de Moringa oleifera Lam. de 40, 45 e 50 mg/L. Para tais
dosagens, os valores remanescentes de cor aparente foram de 246 a 265 uC e de
turbidez, de 20,4 a 21,9 uT.
6,0
6,5
7,0
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50556065707580859095
100
0 5 10 15 20 25
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Dosagem de Moringa oleífera Lam. (mg/L)
Coagulação com sulfato de alumínio
Remoção de cor aparente pH de coagulação
6,0
6,5
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50556065707580859095
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0 5 10 15 20 25
pH
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%)
Dosagem de Moringa oleífera Lam. (mg/L)
Coagulação com sulfato de alumínio
Remoção de turbidez pH de coagulação
80
Figura 31 - Resultados de eficiência de remoção de cor aparente e turbidez em testes realizados com dosagem de 40 mg/L de sulfato de alumínio e dosagens variadas de Moringa oleífera Lam. e pH de coagulação variando de 7,30 a 7,34
Fonte: Autoria própria (2014)
Nota: Água bruta: pH = 7,63; cor aparente = 1640 uC; turbidez = 205 uT
A melhor condição de remoção de cor aparente (84%) e de turbidez (90%) foi
para a dosagem de Moringa oleifera Lam. de 45 mg/L
6.5 RESULTADOS DA QUARTA ETAPA
Na quarta etapa foram fixados os valores de dosagens de sulfato de alumínio
e de Moringa para os quais foram observados as melhores eficiências de remoção
de cor aparente e de turbidez. Nestes ensaios, foram pesquisados diferentes valores
de pH de coagulação. Os resultados estão apresentados nas Figuras 32, 33 e 34.
Para a coagulação com dosagem de 40 mg/L de sulfato de alumínio,
combinada com 40 mg/L de Moringa oleifera Lam., dos seis ensaios realizados
(Figura 33), as eficiências de remoção variaram entre 74 e 80% para cor aparente e,
entre 77 e 84% para turbidez. A melhor condição foi observada para o valor do pH
de coagulação de 7,37, para o qual, a cor aparente remanescente foi de 162 uC e a
turbidez remanescente de 15,2 uT.
6,0
6,5
7,0
7,5
8,0
50556065707580859095
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30 35 40 45 50 55p
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%)
Dosagem de Moringa oleífera Lam. (mg/L)
Coagulação com sulfato de alumínio
Remoção de cor aparente pH de coagulação
6,0
6,5
7,0
7,5
8,0
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30 35 40 45 50 55
pH
de
coag
ula
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rbid
ez (
%)
Dosagem de Moringa oleífera Lam. (mg/L)
Coagulação com sulfato de alumínio
Remoção de turbidez pH de coagulação
81
Figura 32 - Resultados de eficiência de remoção de cor aparente e turbidez em testes realizados com dosagem de 40 mg/L de sulfato de alumínio, 40 mg/L de Moringa oleífera
Lam. e pH de coagulação variando de 7,15 a 7,48
Fonte: Autoria própria (2014)
Nota: Água bruta: pH = 7,60; cor aparente = 808 uC; turbidez = 92,7 uT
Na Figura 33, foram observadas eficiências de remoção entre 81 e 85% para
cor aparente e, entre 85 e 90% para turbidez. A melhor condição foi observada para
o valor do pH de coagulação de 7,35, sendo a eficiência de remoção de cor aparente
de 85% (com cor remanescente de 186 uC) e de turbidez de 90% (turbidez
remanescente de 15,4 uT).
.
50
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%)
pH de coagulação
Coagulação com 40 mg/L de Moringa oleífera Lam.
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7,00 7,50 8,00Ef
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mo
ção
de
turb
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(%
)
pH de coagulação
Coagulação com 40 mg/L de Moringa oleífera Lam.
82
Figura 33 - Resultados de eficiência de remoção de cor aparente e turbidez em testes realizados com dosagem de 40 mg/L de sulfato de alumínio, 45 mg/L de Moringa oleífera
Lam. e pH de coagulação variando de 7,13 a 7,51
Fonte: Autoria própria (2014)
Nota: Água bruta: pH = 7,85; cor aparente = 1233 uC; turbidez = 149 uT
Na Figura 34, foram observadas eficiências de remoção entre 70 e 78% para
cor aparente e, entre 80 e 84% para turbidez. A melhor condição foi observada para
o valor do pH de coagulação de 7,45, sendo a eficiência de remoção de cor aparente
de 78 % (com cor remanescente de 237 uC) e de turbidez de 84 % (turbidez
remanescente de 19,8 uT).
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7,00 7,50 8,00
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%)
pH de coagulação
Coagulação com 45 mg/L de Moringa oleífera Lam.
50
55
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65
70
75
80
85
90
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Efic
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o d
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%)
pH de coagulação
Coagulação com 45 mg/L de Moringa oleífera Lam.
83
Figura 34 - Resultados de eficiência de remoção de cor aparente e turbidez em testes realizados com dosagem de 40 mg/L de alumínio, 50 mg/L de Moringa oleífera Lam. e pH de
coagulação variando de 7,19 a 7,97
Fonte: Autoria própria (2014)
Nota: Água bruta: pH = 7,84; cor aparente = 1092 uC; turbidez = 127 uT.
6.6 RESUMO DOS RESULTADOS OBTIDOS
Na Tabela 12 apresenta-se um resumo dos melhores resultados obtidos em
termos de remoção de cor aparente e turbidez no presente estudo.
Ao longo da execução deste trabalho, como já mostrado em itens anteriores,
a água bruta sofreu uma variação considerável de sua qualidade em termos de cor
aparente (570 a 1672 uC) e de turbidez (53,4 a 236 uT). Em função disso, os
maiores valores de eficiência de remoção não corresponderam aos menores valores
remanescentes de cor aparente e de turbidez.
Para cor aparente, a maior eficiência de remoção (85 %) correspondeu a um
valor de cor remanescente de 186 uC (dosagem de sulfato de alumínio de 40 mg/L;
dosagem de Moringa de 45 mg/L e pH de coagulação de 7,35), sendo que para este
parâmetro, o menor valor observado foi de 162 uC.
Com relação a turbidez, a maior eficiência de remoção observada foi de 90 %
sendo que tal remoção foi observada para três situações: (i) dosagem de sulfato de
alumínio de 40 mg/L, zero de Moringa e pH de coagulação de 7,54 (turbidez
50
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7,00 7,50 8,00
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de
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oçã
o d
e co
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aren
te (
%)
pH de coagulação
Coagulação com 50 mg/L de Moringa oleífera Lam.
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
Efic
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e tu
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%)
pH de coagulação
Coagulação com 50 mg/L de Moringa oleífera Lam.
84
remanescente de 23,4 uC); (ii) dosagem de sulfato de alumínio de 40 mg/L,
dosagem de Moringa de 45 mg/L e pH de coagulação de 7,32 (turbidez
remanescente de 20,4 uT) e (iii) dosagem de sulfato de alumínio de 40 mg/L,
dosagem de Moringa de 45 mg/L e e pH de coagulação de 7,35 (turbidez
remanescente de 15,4 uT). Para este parâmetro, o menor valor observado foi de
15,2 uT.
Observando conjuntamente a eficiência de remoção de cor aparente (85%) e
de turbidez (90%), observam-se os melhores resultados para a condição de
dosagem de sulfato de alumínio de 40 mg/L, dosagem de Moringa de 45 mg/L e e
pH de coagulação de 7,35.
Por outro lado, observando conjuntamente os valores de cor aparente e
turbidez remanescentes, os menores valores (162 uC e 15,2 uT, respectivamente)
foram verificados para a condição de dosagem de sulfato de alumínio de 40 mg/L,
dosagem de Moringa de 40 mg/L e e pH de coagulação de 7,37.
85
Tabela 12 - Resumo dos resultados relativos aos melhores ensaios em cada etapa realizada na pesquisa, em termos de remoção de cor aparente e de turbidez
Etapa
Dosagem de sulfato
de alumínio (mg/L)
Dosagem de Moringa
oleifera
Lam. (mg/L)
pH de coagulação
Cor aparente Turbidez
Água bruta (uC)
Remanescente (uC)
Eficiência de
remoção (%)
Água bruta (uT)
Remanescente (uT)
Eficiência de
remoção (%)
1ª 40 0 7,45 808 274 66 79,8 20,7 74
2ª 40 0 7,33 1388 265 81 177 20,9 88
40 0 7,54 1672 286 83 236 23,4 90
3ª 40 10 7,26 570 224 61 53,4 18,7 64
40 45 7,32 1640 259 84 205 20,4 90
4ª
40 40 7,37 808 162 80 92,7 15,2 84
40 45 7,35 1233 186 85 149 15,4 90
40 50 7,45 1092 237 78 127 19,8 84
86
7 CONCLUSÃO
Sem a aplicação de Moringa e sem o acréscimo de solução ácida ou básica
para controle do pH, foram observadas eficiências de remoção de cor aparente e
turbidez de 66 e 74%, respectivamente, para a dosagem de 40mg/L de sulfato de
alumínio. Quando houve o acréscimo de solução para alteração do pH, verificaram-
se eficiências de remoção de cor aparente de 83% e de turbidez de 90%,
evidenciando a importância de identificação de valores de pH que proporcionem
melhores resultados. Já, a coagulação com sulfato de alumínio (40 mg/L) combinada
com Moringa (45 mg/L), resultou em eficiências de remoção de 85% para cor
aparente e de 90% para turbidez.
Assim, considerando as condições do estudo, os resultados obtidos sugerem
a possibilidade de obter uma melhor clarificação da água estudada quando foi
utilizado sulfato de alumínio como coagulante combinado com Moringa oleifera Lam.
em comparação a sulfato de alumínio sozinho.
87
8 RECOMENDAÇÕES
Para resultados mais conclusivos, faz-se necessária a realização de outros
testes, com maior variação de pH de coagulação, além de pesquisa de outros
coagulantes. Faz-se necessário também o estudo de tratabilidade da água estudada
com outras tecnologias visto que, os menores valores remanescentes obtidos de cor
aparente (162 uC) e de turbidez (15,2 uT) são relativamente altos. Em um sistema
em escala real, a água seguiria para filtração. Entretanto, segundo Pádua (2006),
para filtração direta descendente e ascendente, os valores máximos recomendados
de cor da água bruta são 25 e 100 uC, respectivamente.
88
REFERÊNCIAS
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BRASIL. Ministério da Saúde. Portaria 518: Estabelece os procedimentos e responsabilidades relativos ao controle e vigilância da qualidade da água para consumo humano e seu padrão de potabilidade, e dá outras providências. 2004.
BRASIL. Portaria 2.914: Dispõe sobre os procedimentos de controle e de vigilância da qualidade da água para consumo humano e seu padrão de potabilidade.2011.
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89
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