INTRODUÇÃO À ENGENHARIA AMBIENTAL Docente: Joceline Costa SISTEMA DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA
Um Sistema de Abastecimento de Água caracteriza-se pela retirada da água da natureza, adequação de sua qualidade, transporte até os aglomerados humanos e fornecimento à popu popula laçã ção o em quan quanti tida dade de comp compat atív ível el com com suas suas nece necess ssid idad ades es.. Um sist sistem ema a de abastecimento de água pode ser concebido para atender a pequenos povoados ou a grandes cidades, variando nas características e no porte de suas instalações. O Sistema de Abastecimento de Água representa o "conjunto de obras, equipamentos e serviços destinados ao abastecimento de água potável de uma comunidade para fins de consumo doméstico, doméstico, serviços públicos, consumo industrial industrial e outros usos". A água constitui elemento essencial à vida vegetal e animal. O homem necessita de água de qualidade adequada e em quantidade suficiente para atender a suas necessidades, para proteção de sua saúde e para propiciar o desenvolvimento econômico. Unidades de um sistema de abastecimento de água Ao abrir uma torneira, a água que sai provavelmente já percorreu um longo caminho através de tubulações. Nesse percurso, que se inicia no local de coleta nos rios, poços e lagos, diversos obstáculos foram vencidos pelas canalizações, que, em alguns trechos, passam acima da superfície do solo, ou na maior parte das vezes por via subterrânea. Várias obras de engenharia são necessárias para que a água chegue a sua casa com boa qualidade. Os projetos são realizados em diversas etapas e normalmente apresentam a segu seguin inte te seqü seqüên ênci cia: a: capt captaç ação ão;; aduç adução ão (tra (trans nspo port rte) e);; trat tratam amen ento to;; rese reserv rvaç ação ão (armazenamento); e distribuição. Portanto, um sistema de abastecimento de água é composto pelas seguintes unidades:
1.
Manancial: fonte de onde se retira a água.
2.
Captação: conjunto de equipamentos e instalações utilizado para a tomada de água do manancial.
3.
Adução: transporte da água do manancial ou da água tratada.
4.
Tratamento: melhoria das características qualitativas da água, dos pontos de vista físico, químico, bacteriológico e organoléptico. a fim de que se torne própria para o consumo. É feito na chamada ETA.
5.
Reservação: armazenamento da água para atender a diversos propósitos, como a variação de consumo e a manutenção da pressão mínima na rede de distribuição.
6.
Rede de distribuição: condução da água para os edifícios e pontos de consumo, por meio de tubulações instaladas nas vias públicas.
Em alguns casos é preciso acrescentar ao sistema uma sétima unidade:
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Estações elevatórias ou de recalque: instalações de bombeamento destinadas a transportar a água a pontos mais distantes ou mais elevados, ou para aumentar a vazão de linhas adutoras. A importância do sistema de abastecimento de água A importância do sistema de abastecimento de água pode ser considerada nos seguintes aspectos: Os aspectos sanitário e social
melhoria da saúde e das condições de vida de uma comunidade; diminuição da mortalidade em geral, principalmente da infantil; aumento da esperança de vida da população; diminuição da incidência de doenças relacionadas a água; implantação de hábitos de higiene na população; facilidade na implantação e melhoria da limpeza pública; facilidade na implantação e melhoria dos sistemas de esgotos sanitários; possibilidade de proporcionar conforto e bem-estar; melhoria das condições de segurança.
Os aspectos econômico
aumento da vida produtiva dos indivíduos economicamente ativos; diminuição dos gastos particulares e públicos com consultas e internações hospitalares; facilidade para instalações de indústrias, onde a água é utilizada como matériaprima ou meio e operação; incentivo à indústria turística em localidades com potencialidades para seu desenvolvimento.
CAPTAÇÃO As obras de captação são aquelas realizadas para coletar de modo adequado as águas naturais de nascentes, represas ou depósitos subterrâneos (mananciais), elas variam conforme as condições locais, hidrológicas, topográficas e, para as águas subterrâneas, também segundo condições hidrogeológicas. A captação é a primeira unidade do sistema de abastecimento de água e do seu constante e bom funcionamento depende o desempenho de todas as unidades subsequentes. A concepção de uma unidade de captação deve considerar que não são admissíveis interrupções em seu funcionamento. A concepção e a escolha do local de captação da água devem:
assegurar condições de fácil entrada da água em qualquer época do ano;
assegurar, tanto quanto possível, a melhor qualidade da água do manancial;
garantir o funcionamento e a proteção contra danos e obstruções; favorecer a economia das instalações; facilitar a operação e manutenção ao longo do tempo;
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planejar com cuidado a execução de estruturas junto ou dentro da água, já que sua ampliação é geralmente muito trabalhosa; prever proteção contra inundação. Captação de águas superficiais
Na elaboração de projetos de captação de águas superficiais, várias de águas características quantitativas e qualitativas dos cursos d’água devem ser avaliadas. Algumas das mais importantes são:
levantamento de dados hidrológicos da bacia em estudo ou de bacias próximas; levantamento de dados fluviométricos do curso d’água em estudo e informações sobre as oscilações de nível de água nos períodos de estiagem e enchente; características físicas, químicas e bacteriológicas da água; localização, na bacia, de focos poluidores atuais e potenciais.
É importante salientar que a escolha do local deve ser antecedida da avaliação dos seguintes fatores:
distância da captação à estação de tratamento de água; eventuais custos com desapropriações; necessidade de estações elevatórias; disponibilidade de energia elétrica para alimentação de motores; facilidade de acesso.
A captação é composta geralmente por:
barragens ou vertedores para manutenção do nível ou para regularização da vazão; órgãos de tomada d’água com dispositivos para impedir a entrada de materiais flutuantes ou em suspensão na água; dispositivos para controlar a entrada de água; canais ou tubulações de interligação e órgãos acessórios; poços de sucção e casa de bombas para alojar os conjuntos elevatórios, quando necessário.
Os reservatórios de elevação de nível são utilizados para facilitar a retirada da água, permitindo a submersão permanente de canalizações e válvulas de todas de pé de bombas, em cursos d’água pouco profundas. Os reservatórios de acumulação são necessários quando a vazão a ser retirada é maior que a vazão mínima natural que o curso d’água apresenta em alguns períodos do ano. Captação de águas subterrâneas a) do lençol freático
Captação de fonte aflorante (ou de encosta) - São utilizadas caixas de
tomada convenientemente protegidas que, instaladas no local do afloramento, recolhem diretamente a água do lençol, ou indiretamente através de uma canalização simples perfurada ou com ramificações que penetram o lençol adentro.
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Captação de fonte emergente - É utilizado geralmente um sistema de
drenagem subsuperficial, denominado de galeria de infiltração. A solução consiste de um sistema de drenos, que termina em um coletor central, através do qual a água é encaminhada a um poço. Alguns cuidados fazem-se necessários na instalação dessas captações: - as caixas de coleta devem possuir abertura de inspeção com tampa e extravasores e tubuiações de limpeza; - a área em torno da caixa deve ser isolada, para impedir a proximidade de pessoas estranhas e animais; - no caso de existirem nas proximidades áreas de cultivo, deve ser vedado o uso de adubos de origem animal ou produtos tóxicos que possam ser carreados para o sistema. Poço Raso ou Freático (em alguns locais denominado de “cisterna”) - Escavação circular, geralmente de 0,80 a 2,00 m de diâmetro e
com profundidade de acordo com a localização do lençol freático. Sua localização deve atender a alguns requisitos básicos: - favorecer o afastamento de água de chuva; - situar-se próxima ao local de consumo; - localizar-se o mais longe possível e acima de qualquer fonte potencialmente poluidora; A proteção da qualidade da água requer os seguintes cuidados: - a caixa do poço deve ultrapassar o nível do solo; - um montículo com caimento para fora deve circular a caixa do poço; - as paredes devem ser impermeabilizadas até 3 metros da superfície do solo; - a cobertura deve ser com tampa selada, com caimento para fora; - a abertura de inspeção deve ser de aproximadamente 0,60 x 0,60m, possuindo tampa selada com argamassa fraca; - a escolha do sistema de extração de água a ser utilizado deve ser cuidadosa. b) do lençol confinado Poço profundo ou artesiano - Aescavação dos poços profundos exige mãode-obra e equipamentos especiais.
São as seguintes as etapas para a construção do poço: - operação de perfuração: utiliza diferentes métodos (percussão, rotativo, ar comprimido), dependendo da profundidade e diâmetro do poço e da natureza do terreno; - instalação da tubulação de revestimento: o revestimento destina-se especificamente a suportar desmoronamentos e a impedir a entrada, no poço, de água com características indesejáveis; - colocação de filtro: os filtros são peças tubulares perfuradas, colocadas no prolongamento dos tubos de revestimento e junto às camadas geológicas que contêm água, de modo a evitar a presença de materiais indesejáveis na sucção;
INTRODUÇÃO À ENGENHARIA AMBIENTAL - cimentação: enchimento colocado entre a parede natural do terreno e a tubulação de revestimento para impedir a passagem da água da superfície; - teste de bombeamento: teste efetuado para avaliar as condições hidrodinâmicas do aquífero, como vazão máxima, rebaixamento do nível da água etc; - instalação do equipamento de bombeamento.
TRANSPORTE Adução Adução é a tubulação usada para a condução da água do ponto de captação até a ETA, e da ETA até os reservatórios de distribuição, sem a existência de derivações para alimentar as canalizações de ruas e ramais prediais. Classificação das adutoras a) Quanto à natureza da água transportada Adutora de água bruta: transporta a água da captação até a Estação de Tratamento. Adutora de água tratada: transporta a água da ETA aos reservatórios de distribuição.
b) Quanto à energia utilizada para a movimentação água Adutora por gravidade em conduto livre: A água escoa sempre em declive, mantendo uma superfície livre sob o efeito da pressão atmosférica. Os condutos podem ser abertos ou fechados, não funcionando com seção plena (totalmente cheios).
Adutora por gravidade em conduto forçado: A pressão interna permanentemente superior à pressão atmosférica permite à água mover-se, quer em sentido descendente quer em sentido ascendente, graças à existência de uma carga hidráulica.
Adutora por recalque: quando, por exemplo, o local da captação estiver em um nível inferior, que não possibilite a adução por gravidade, é necessário o emprego de equipamento de recalque (conjunto moto-bomba e acessórios). O sistema de adução é composto por condutos forçados.
É possível também a utilização de adutoras mistas, recalque, parte por gravidade. Materiais utilizados em adutoras A escolha da adutora, segundo o material utilizado na fabricação do conduto, varia de acordo com fatores como:
método de fabricação dos tubos e acessórios; condição de funcionamento hidráulico; pressão interna e durabilidade do material face às características do solo; cargas externas; natureza da água transportada;
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custo.
Os materiais mais empregados são:
PVC; ferro fundido, cimentado internamente; aço soldado; aço com junta ponta e bolsa, junta travada, etc; concreto armado; fibra de vidro impregnado em resinas de poliéster; polietileno.
Estações Elevatórias (EE) São instalações de bombeamento destinadas a transportar a água a pontos mais distantes ou mais elevados, ou para aumentar a vazão de linhas adutoras. Usos As estações elevatórias são mais utilizadas nos sistemas de abastecimento de água para:
captar a água de superfície ou de poço; a recalcar a água a pontos distantes ou elevados; a reforçar a capacidade de adução.
Desvantagens A utilização das EE dentro do Sistema de Abastecimento de Água tem as seguintes desvantagens: a elevam despesas de operação devido aos gastos com energia; são vulneráveis a interrupções e falhas no fornecimento de energia; exigem operação e manutenção especializada, aumentando ainda mais os custos com pessoal e equipamentos.
No entanto, dificilmente um sistema de abastecimento de água de médio ou grande porte deixa de contar com uma ou mais estações elevatórias. Componentes de uma EE As instalações elevatórias típicas são formadas por: Casa de Bombas: edificação própria destinada a abrigar os conjuntos moto-bomba. Deve ter iluminação e ventilação adequadas e ser suficientemente espaçosa para a instalação e movimentação dos conjuntos elevatórios, incluindo espaço para a parte elétrica (quadro de comando, chaves etc)
Bomba: equipamento encarregado de succionar a água retirando-a do reservatório de sucção e pressurizando-a através de seu rotor, que a impulsiona para o reservatório ou ponto de recalque. As bombas podem ser classificadas de uma maneira geral em: - Turbobombas ou bombas hidrodinâmicas (bombas radiais ou centrífugas, as mais usadas para abastecimento público de água; bombas axiais; bombas diagonais ou de fluxo misto);
INTRODUÇÃO À ENGENHARIA AMBIENTAL - Bombas volumétricas, de uso comum na extração de água de cisterna (bombas de êmbolo ou bombas de cilindro de pistão). Motor de acionamento: Equipamento encarregado do acionamento da bomba. O tipo de motor mais utilizado nos sistemas de abastecimento de água é o acionado eletricamente.
Linha de sucção: Conjunto de canalizações e peças que vão do poço de sucção até a entrada da bomba.
Linha de recalque: Conjunto de canalizações e peças que vão da saída da bomba até o reservatório ou ponto de recalque.
Poço de sucção: Reservatório de onde a água será recalcada. Sua capacidade ou volume deve ser estabelecido de maneira a assegurar a regularidade no trabalho de bombea mento
TRATAMENTO Objetivos O tratamento da água tem por objetivo condicionar as características da água bruta, isto é, da água como encontrada na natureza, a fim de atender de médio à qualidade necessária a um determinado uso. A água a ser utilizada para o abastecimento público deve ter sua qualidade ajustada de forma a: atender aos padrões de qualidade exigidos pelo Ministério da Saúde e aceitos internacionalmente; prevenir o aparecimento de doenças de veiculação hídrica, protegendo a comando, saúde da população; tornar a água adequada a serviços domésticos; prevenir o aparecimento da cárie dentária nas crianças, através da fluoretação; proteger o sistema de abastecimento de água, principalmente tubulações e órgãos acessórios da rede de distribuição, dos efeitos danosos da corrosão e da deposição de partículas no interior das tubulações.
O tratamento da água pode ser parcial ou completo, de acordo com a análise prévia de suas características físicas, químicas e biológicas. O tratamento coletivo é efetuado na Estação de Tratamento de Água (ETA), onde passa por diversos processos de depuração. Processos de tratamento e água A prática consagrada no Brasil, para a concepção das estações de tratamento de água de mananciais superficiais, em grande parte das situações, adota a combinação das seguintes etapas:
clarificação, com o objetivo de remover os sólidos presentes na água; desinfecção, para eliminação dos microrganismos que provocam doenças; fluoretação, para a prevenção da cárie dentária; controle de corrosão.
INTRODUÇÃO À ENGENHARIA AMBIENTAL Nossas águas superficiais, não tratadas, utilizadas para efeito de abastecimento público, usualmente não satisfazem aos padrões de potabilidade apenas quanto aos parâmetros físicos e bacteriológicos, que podem ser controlados pelos processos de clarificação e de desinfecção. A etapa de fluoretação é prevista objetivando atender a legislação federal (Portaria nº635/75 do Ministério da Saúde), que recomenda o uso desse produto nas águas de abastecimento. Já o controle de corrosão é empregado baseado na preocupação econômica de preservar a integridade das instalações. Para águas subterrâneas, especialmente de manancial artesiano, mais profundo, freqüentemente é dispensada a etapa de clarificação, em função dos baixos níveis de turbidez encontrados. Em função das substâncias presentes nas águas naturais, entretanto, alguns processos diferentes dos anteriormente descritos podem se mostrar necessários. Vários desses processos são complexos, apresentando custo elevado e uma operação especializada. De uma forma ampla, os principais processos de tratamento, com os respectivos objetivos, são apresentados no quadro a seguir: Quadro 1 - Processos de tratamento da água Processos Objetivos Mais Menos Freqüentes Freqüentes Remoção de turbidez, de microrganismos e de metais Clarificação pesados. Desinfecção Remoção de microrganismos patogênicos. Floretação Proteção da cárie dentária infantil. Controle de Acondicionar a água, de tal maneira a evitar feitos corrosão e/ou corrosivos ou incrustrantes no sistema abastecedor e nas de incrustração instalações domiciliares. Redução da dureza, remoção de alguns contaminantes Abrandamento inorgânicos. Remoção de contaminantes orgânicos e inorgânicos, Adsorção controle de sabor e odor. Remoção de contaminantes orgânicos e oxidação de Aeração substâncias inorgânicas, como o Fe e o Mn. Remoção de contaminantes orgânicos e de substâncias Oxidação inorgânicas, como o Fe e o Mn. Tratamento com Remoção de contaminantes orgânicos e inorgânicos. membranas Troca iônica Remoção de contaminantes inorgânicos. Fonte: BARROS, 1995. Conforme pode ser percebido, a presença de componentes orgânicos ou inorgânicos na água bruta, em concentrações excessivas, conduz à necessidade de se implantar processos especiais, com elevado custo e operação complexa. Obviamente, uma adequada seleção do manancial ou um apropriado gerenciamento da sua bacia contribuinte são as formas de se prevenir à presença de componentes indesejáveis nos corpos d’água.
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Clarificação A etapa de clarificação constitui-se de um conjunto de operações unitárias, destinadas à remoção de sólidos. A clarificação, cuja função essencial consiste na remoção da turbidez, apresenta uma grande importância no tratamento de águas de abastecimento, proporcional à importância do parâmetro turbidez na potabilidade da água. Uma água que atenda aos rigorosos requisitos de turbidez padrões de potabilidade, garante: uma aparência esteticamente adequada; quantidades reduzidas de microrganismos; desempenho adequado durante o processo de desinfecção, devido à ausência de sólidos capazes de proteger os patogênicos da ação do desinfetante.
A remoção da cor da água, quando em teores baixos, ocorre durante os processos de coagulação e filtração, sendo que na filtração rápida são obtidos melhores resultados que na filtração lenta. As operações que podem ocorrer durante a operação de clarificação são resumidas a seguir. Coagulação: operação na qual é realizada a desestabilização dos colóides (partículas sólidas minúsculas) presentes na água, permitindo assim que eles posteriormente se aglutinem, formando flocos, passíveis de serem separados na sedimentação ou na filtração.
Floculação: formação de flocos, mediante a introdução de energia na massa líquida, capaz de favorecer o contato entre os colóides desestabilizados e permitir a sua aglutinação.
Sedimentação: separação dos sólidos da água, pela ação da gravidade.
Filtração: passagem da água por um leito de material granular, através do qual ocorre a separação das partículas presentes na água. São classificados, em função do sentido do fluxo, em descendentes ou ascendentes, e, em função da velocidade de filtração, em rápidos (120 a 360 m3/m2.d) ou lentos (3 a 14 m3/m2.d).
No processo de clarificação, a filtração é uma operação essencial, também denominada de barreira sanitária do tratamento, uma vez que não se pode garantir uma adequada segurança da água não filtrada, com relação à presença de patogênicos. Além disso, dificilmente obtém-se o atendimento ao padrão de turbidez, sem que se submeta a água bruta à filtração. As demais operações podem ser dispensadas, em determinadas situações, dependendo das características da água bruta. Quando todas as quatro operações são previstas em uma instalação de tratamento, além do processo de desinfecção, tem- se o denominado tratamento clássico ou convencional. Filtração Algumas modalidades e importantes características dos processos de filtração são: a) Pré-filtro
INTRODUÇÃO À ENGENHARIA AMBIENTAL Utilizado como pré-tratamento para a filtração lenta, alivia essa unidade de algumas impurezas, especialmente sólidas. No pré-filtro ocorre também remoção da carga bacteriológica da água bruta, já que parte dos organismos é removida conjuntamente com sólidos. É usualmente empregado junto às captações e pode ser classificados segundo a direção e o sentido do fluxo em pré-filtro de fluxo horizontal, pré-filtro de fluxo vertical descendente e pré-filtro de fluxo vertical ascendente.
b) Filtração lenta O tratamento através de filtro lento constitui uma solução bastante simples, do ponto de vista operacional, em muitos casos se limitando à existência dos próprios filtros, sem instalações para manuseio de produtos químicos. No filtro lento, as baixas taxas de filtração (3 a 9m³/m².d) determinam um desempenho bastante diferente daquele característico dos filtros rápidos. Ao contrário desses, a camada superficial do filtro é a responsável por praticamente todo o mecanismo de filtração. Na superfície do leito, a baixa taxa de aplicação permite a formação de uma camada biológica gelatinosa, constituída por bactérias, algas e plâncton em geral, capaz de exercer uma eficiente função bactericida. Fisicamente, o filtro é constituído de um tanque, onde é colocada uma camada de areia fina, com espessura entre 0,90 e 1,20m, sobre uma camada de cascalho, com espessura entre 0,20 e 0,45m. Sob a camada de cascalho, é previsto um sistema de drenagem, para recolhimento da água filtrada. c) Filtração rápida Os filtros rápidos (taxa de filtração entre 120 e 360 m3/m2.d) surgiram da necessidade de uma maior vazão para o atendimento de grandes cidades. Para estas cidades, o filtro lento ocuparia áreas muito grandes. Os processos de clarificação que antecedem a filtração rápida permitem o aproveitamento de águas superficiais menos resguardadas e mais próximas do centro de consumo. Ao mesmo tempo, os filtros rápidos exigem maior controle operacional e pessoal mais qualificado. Na filtração rápida, a retenção das impurezas ocupa o meio filtrante ao longo de toda a sua profundidade, não concentrando-se apenas no topo, como na filtração lenta. Do ponto de vista do comportamento hidráulico, essas unidades podem ser classificadas em:
Filtração de fluxo descendente
- de camada simples (areia) - de camada dupla (areia e antracito) Nesse tipo de filtração, a água percorre a camada filtrante de cima para baixo, e do material mais fino para o material mais grosso. A lavagem do filtro é feita em intervalos de 20 a 40 horas, dependendo das características da água que chega ao filtro e das condições de operação, em contracorrente, por inversão de fluxo (isto é, de baixo para
INTRODUÇÃO À ENGENHARIA AMBIENTAL cima). A camada suporte, sobre a qual é colocado o leito filtrante, tem em média 0,45m de espessura, e a camada filtrante de 0,40 a 0,70m. A altura total da caixa do filtro varia de 3,0 a 5,0 metros.
Filtração de fluxo ascendente
Esse tipo de filtração funciona em sentido inverso (fluxo de baixo para cima). Dispensa a floculação e a decantação, sendo aplicado um coagulante alguns minutos antes da filtração. O fluxo de água encontra um material mais grosseiro nas camadas inferiores do meio filtrante e material mais fino na parte superior. A lavagem é feita com uma corrente de água no mesmo sentido da filtração. A água filtrada recebe um desinfetante antes de sua distribuição. É aplicável para água bruta de baixa turbidez, pouco poluída, e que não passe por variações bruscas de qualidade. Estações compactas Consistem em unidades pré-fabricadas, que reúnem todas a etapas necessárias para o processo de clarificação. Algumas são projetadas para serem transportadas inteiras, enquanto outras são deslocadas em módulos e montadas no local. A concepção das estações compactas visa a conciliar custos baixos com facilidade de montagem, procurando minimizar a implantação de muitas unidades auxiliares. E inevitável, porém, a necessidade da instalação pelo menos da Casa de Química. As estações compactas apresentam diferentes “layout” (arranjos) e diferentes linhas de tratamento, sendo caracterizados como grupos principais as unidades de filtração direta (usualmente filtração ascendente) e as unidades de tratamento clássico (incorporando etapas de mistura rápida, floculação, decantação e filtração). Algumas vantagens da instalação de estações compactas podem ser destacadas: possibilidade de redução de prazos totais para implantação do sistema; possibilidade de deslocamento da estação, para tender a outros sistemas, o que pode ser importante no caso de instalações provisórias (canteiros de obras), emergências ou de localidades onde houver a necessidade de ampliação.
A escolha de uma estação compacta deve ser precedida de um estudo cuidadoso de sua aplicabilidade de acordo com a qualidade da água bruta, necessidades operacionais, etc. A opção pela aquisição de uma estação compacta, por outro lado, deve ser cuidadosa, na medida em que nota-se uma tendência, pelos fabricantes, de as apresentarem como apropriadas para qualquer situação, o que não é verdadeiro. Várias dessas unidades são subdimensionadas, para viabilizar um menor custo, provocando sérios problemas de funcionamento após instaladas. Principais linhas tratamento de água As tecnologias de tratamento podem ser agrupadas de acordo com o tipo de filtração utilizada, e divididas entre as que incluem e não incluem os processos de coagulação, floculação e sedimentação. No quadro a seguir apresenta-se uma comparação entre as diversas linhas de tratamento, mostrando características de cada uma.
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Quadro 2 - Comparação entre as diversas linhas de tratamento Linha de Tratamento Parâmetro Filtração Filtração direta Filtração direta Lenta descendente ascendente Operação simples especializada especializada Consumo de produtos químicos
Nulo
Resistência à variação da qualidade da água
baixa
Lavagem dos filtros
Porte da estação Custo de implantação (US$/hab)
Tratamento convencional especializada alto baixo (dosagem baixo (dosagem (dosagem coagulante coagulante coagulante usualmente usualmente freqüentemente inferior a 10mg/l) inferior a 10mg/l) superior a 15 mg/l) baixa
Raspagem da camada superficial (operação fluxo ascendente trabalhosa), com baixa freqüência usual limitar a sem pequenas limitações instalações 10-100 (muito dependente da taxa de 2 - 30 filtração e do processo construtivo)
moderada
alta
fluxo ascendente (em alguns casos, problemas para a remoção completa do Iodo)
Fluxo ascendente
sem limitações
sem limitações
5 - 45
10 - 60
Necessidade grande pequena pequena média de área Fonte: BARROS, Raphael T. de V. et al. Saneamento. Belo Horizonte: Escola de Engenharia da UFMG, 1995. (Manual de saneamento e proteção ambiental para os municípios).
No quadro seguinte são mostrados possíveis limites da qualidade da água bruta, para efeito de uma escolha preliminar da linha de tratamento. Quadro 3 - Linhas de Tratamento - Limites de qualidade da água bruta i Parâmetros - Limites Máximos L
INTRODUÇÃO À ENGENHARIA AMBIENTAL o t n e m a t a r t e d a h n
z e d i b r u T ) T N U (
a r i e d a d r e V r o C ) C u (
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s i a t o t i l o C ) l m 0 0 1 / P M N (
s i a c e f i l o C ) l m 0 0 1 / P M N (
Filtração lenta 10 5 1 0,2 1.000 200 Pré-filtro + filtro lento 50 10 5 0,5 10.000 2000 Filtração direta ascendente 20 25 3 0,5 5.000 200 Filtração descendente em linha* 25 10 1.000 200 * sem floculação e decantação. Fonte: BARROS, Raphael T. de V. et al. Saneamento. Belo Horizonte: Escola de Engenharia da UFMG, 1995. (Manual de saneamento e proteção ambiental para os municípios). Concepção do tratamento A escolha de uma determinada linha de tratamento deve considerar em detalhes as características da água bruta e sua variação ao longo das estações do ano, e as vantagens e desvantagens dos diversos processos. Além disso é importante lembrar que, na concepção do arranjo das unidades do tratamento, algumas preocupações devem estar contempladas, tais como: a concentração das tarefas operacionais, como o manuseio de produtos químicos e a operação dos filtros, deve ser junto à Casa de Química; a concentração dos pontos de aplicação de produtos químicos, especialmente aqueles cujo transporte hidráulico das soluções possibilita deposições nos tubos, próximo à Casa de Química, objetivando reduzir a extensão dessas tubulações; um aproveitamento ótimo das características topográficas da área; previsão de futuras ampliações da estação de tratamento, de forma racional.
Utilização de produtos químicos O processo de tratamento é complementado pela utilização de produtos químicos que visam a alterar algumas características da água, otimizando as etapas do tratamento ou melhorando o produto final. O quadro a seguir mostra os principais produtos utilizados e suas aplicações: Quadro 4 - Principais produtos químicos utilizados no tratamento de água Aplicação Produtos utilizados Sulfato de alumínio* Sulfato ferroso Sulfato ferroso clorado Remoção de partículas em suspensão/coagulação Sulfato férrico Cloreto férrico Aluminato de sódio
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Ajuste do pH
Controle da corrosão
Remoção ou controle do desenvolvimento de microrganismos/desinfecção
Redução da cárie dentária infantil/fluoretação
Cal hidratada* Carbonato de cálcio Carbonato de cálcio (soda ou barriha) Hidróxido de sódio Gás carbônico Ácido clorídrico Ácido sulfúrico Cal hidratada* Carbonato de sódio Hidróxido de sódio Polifosfatos de sódio Cloro gasoso* Hiploclorito de sódio* Hiploclorito de cálcio* Amônia hidratada Hidróxido de amônia Sulfato de amônia Ozona Fluorssilicato de sódio* Fluoreto de sódio Ácido fluorssilícico* Fluoreto de cálcio (fluorita)
* mais utilizados. DISTRIBUIÇÃO O sistema de distribuição é composto por dois conjuntos de unidades: Reservatórios e Redes de Distribuição. Reservatórios Os reservatórios de distribuição permitem armazenar a água para atender às seguintes finalidades:
atender às variações de consumo; atender às demandas de emergência; manter pressão mínima ou constante na rede.
O reservatório pode ser posicionado de forma a suprir as horas de maior consumo e ainda contribuir para diminuir os custos com a rede de distribuição. Os reservatórios permitem a continuidade do abastecimento quando é necessário interrompê-lo para manutenção em unidades como captação, adução e estações de tratamento de água. Podem também ser dimensionados para permitir o combate a incêndios, em situações especiais, em locais onde o patrimônio e segurança da população estejam ameaçados. Tipos de reservatórios Os reservatórios podem ser classificados de acordo com a posição em relação à rede de distribuição, e em relação ao terreno:
Quanto à Iocalização:
INTRODUÇÃO À ENGENHARIA AMBIENTAL - reservatório de montante: Situado a montante da rede de distribuição, para o suprimento normal. Causa uma variação relativamente grande da pressão nas extremidades de jusante da rede. - reservatório de jusante: Também chamado reservatório de sobras, é alimentado pela sobra do suprimento das horas de menor demanda, abastecendo nas horas de maior consumo. Possibilita uma menor oscilação de pressão nas zonas de jusante da rede.
Quanto à posição no terreno
- Enterrados - Semi-enterrados - Apoiados - Elevados Os reservatórios podem ser construídos em diversos materiais: alvenaria, concreto, aço, fibra de vidro, madeira. O mais frequente no Brasil ainda é o emprego de concreto armado. No entanto, é importante salientar, que é sempre possível buscar uma solução simplificada que atenda às orientações técnicas e que ao mesmo tempo diminua os custos com a construção de um reservatório. Dependendo de sua localização e arquitetura, os reservatórios podem se constituir em marcos referenciais da cidade, harmonizando-se com a paisagem urbana. Alguns cuidados devem ser tomados para a conservação dos reservatórios e para evitar que ele se torne um ponto de recontaminação, tais como: impermeabilização cuidadosa das paredes; localização em áreas onde não ocorram inundações; afastamento das águas de chuvas; proteção dos acessos; proteção dos dispositivos de descarga e extravasão para impedir entrada de animais ou de águas poluídas provenientes de atividades das vizinhanças.
Rede de distribuição de água A rede de distribuição é a estrutura do sistema mais integrada à realidade urbana, e a mais dispendiosa. E constituída de um conjunto de tubulações interligadas instaladas ao longo das vias públicas ou nos passeios, junto aos edifícios, conduzindo a água aos pontos de consumo (moradias, escolas, hospitais, escolas, etc.). As tubulações ou condutos que formam a rede de distribuição podem ser classificadas em: condutos principais: são os de maior diâmetro e responsáveis pela alimentação dos condutos secundários. condutos secundários: são os de menor diâmetro e abastecem diretamente aos pontos de consumo.
A instalação das tubulações nas valas deve prever o seu recobrimento adequado com uma camada de terra, de forma a absorver o impacto de cargas móveis (automóveis, caminhões, tratores). A qualidade da água na rede de distribuição deve ser resguardada, e para isso são necessários alguns cuidados, como:
INTRODUÇÃO À ENGENHARIA AMBIENTAL o sistema deve ser projetado, construído e operado de forma a manter pressão mínima em qualquer ponto da rede; os registros e dispositivos de descarga devem ser projetados e convenientemente posicionados para permitir manutenção e descarga sem prejudicar o abastecimento; o sistema dever estar protegido contra poluição externa; durante a execução da rede e durante os reparos, substituições, remanejamentos e prolongamentos, devem ser tomados os cuidados necessários para impedir a ocorrência de contaminação; a desinfecção da tubulações, por ocasião do assentamento e dos reparos, deve ser feita com uma solução concentrada de cloro (50 mg de cloro por litro) durante 24 horas. Após esse período, essa solução é descarregada, enchendo-se a canalização com água limpa. Toda a operação deve ser controlada por exames bacteriológicos; as tubulações de água potável devem ser assentadas em valas situadas a uma distância mínima de 3,0 m da tubulação de esgoto, para evitar contaminação. Quando isso não for possível, recomenda- se adotar outras soluções como por exemplo:
- rede de água colocada em nível superior à rede de esgotos; - localizar a rede de água em um terço da rua e a rede de esgoto no terço oposto; - é importante testar a estanqueidade das tubulações após o seu assentamento; em alguns casos, como por exemplo arruamentos pavimentados com grande largura, pode ser mais vantajoso e econômico situar a rede de água nas calçadas; em geral as juntas das tubulações não resistem a pressões de fora para dentro (subpressões). Em sistemas em que o fornecimento de água não é contínuo, nas horas em que não houver abastecimento haverá pouca ou nenhuma pressão na rede, podendo até ser negativa. Nessas ocasiões, há perigo de penetração ou sucção de água contaminada para dentro da rede. Assim, as boas condições de operação do sistema, evitando interrupções, diminuem a possibilidade de contaminação da rede.
Materiais utilizados na rede de distribuição Na rede de distribuição, os materiais mais utilizados são o PVC e o ferro fundido. A escolha é feita de acordo com as exigências de projeto (vazão, pressão de trabalho) e de um estudo econômico. O quadro a seguir indica alguns tipos de tubulações mais utilizados, para alguns diâmetros comerciais: Diâmetro (mm) 25, 32 50, 75, 100 150, 200, 250 e 300 acima de 300
Tipo de tubulação PVC soldado PVC junta elástica PVC junta elástica ou ferro fundido ferro fundido
INTRODUÇÃO À ENGENHARIA AMBIENTAL LIGAÇÕES E INSTALAÇÕES Ligação Denomina-se ligação predial o conjunto de dispositivos que interliga a canalização distribuidora da rua e a instalação predial de um edifício. E constituída pelo dispositivo de tomada, ramal predial e medidor (hidrômetro).
Dispositivo de tomada: conjunto de peças montadas junto à canalização
de distribuição da rua, que tem a finalidade de permitir a conexão do ramal predial à rede pública.
Ramal predial: é o trecho de tubulação que liga o dispositivo de tomada
ao medidor ou até o início da ligação interna do prédio a ser abastecido.
Medidor ou hidrômetro: aparelho destinado a medir e indicar a
quantidade de água fornecida pela rede distribuidora. Possui um mecanismo de relojoaria que registra num mostrador os volumes escoados. Instalação predial É o conjunto de canalizações, órgãos principais e acessórios, peças especiais, aparelhos sanitários e peças de utilização, destinados ao fornecimento de água para fins sanitários, higiênicos e de conforto aos habitantes que residem ou tenham atividades nos edifícios. Os tipos de instações prediais mais utilizados no Brasil são:
Sistema de distribuição direta: A instalação predial é abastecida
diretamente pela rede de água da rua.
Sistema de distribuição indireta: A rede de água abastece os
reservatórios prediais (caixas d’água) e esses abastecem o sistema predial de água fria;
Sistema misto: Alguns pontos de consumo como as torneiras de jardim,
de garagem e de cozinha, são abastecidos a partir da rede pública e os restantes (chuveiro, vaso sanitário) a partir da caixa d’água. Os reservatórios prediais ou caixas d’água, comuns em todas as cidades brasileiras, freqüentemente representam ponto de contaminação. Assim, a água que passou por todo um processo de potabilização na ETA, pode se tornar, dentro do domicílio, imprópria para o consumo. Cuidados simples podem ser tomados para garantir a limpeza e conservação da caixa d’água. REFERENCIA Fonte: BARROS, Raphael T. de V. et al. Saneamento. Belo Horizonte: Escola de Engenharia da UFMG, 1995. (Manual de saneamento e proteção ambiental para os municípios).
