Aplicação do Método de Análise Hierárquica/MAH, Visando a

Aplicação do Método de Análise Hierárquica/MAH, Visando a Utilização de Poços com Alto Teor Natural de Ion Fluoreto, quando Única Fonte de Água

para Consumo Humano”

Luís Francisco Campos

Dissertação apresentada com vistas à obtenção do título de Mestre Modalidade Profissional em Saúde Pública

Orientador: Prof. Dr. Marcelo Motta Veiga

Rio de Janeiro, abril de 2005

Esta dissertação, intitulada

Aplicação do Método de Análise Hierárquica/MAH, Visando a Utilização de Poços com Alto Teor Natural de Ion Fluoreto, quando Única Fonte de Água

para Consumo Humano”

apresentada por


foi avaliada pela Banca Examinadora composta pelos seguintes membros:

Prof. Dr. Adacto Banedicto Ottoni

Prof. Dr. Dalton Marcondes Silva

Prof. Dr. Marcelo Motta Veiga - Orientador

Dissertação defendida e aprovada em 29 de abril de 2005.

III

DEDICATÓRIA

À minha esposa, Denise, pelo apoio constante, aos meus filhos Leandro e

Leonardo, dois grandes talentos e, à minha mãe, uma guerreira ferrenha que partiu

antes do final deste exercício.

IV

AGRADECIMENTOS

Em primeiro lugar agradeço ao Menino Jesus de Praga pela saúde que

sempre me proporcionou para enfrentar novos desafios. Em segundo lugar, quero

agradecer aos meus pais, que me fizeram vir a este Planeta maravilhoso. Em

terceiro lugar, quero, sinceramente, agradecer ao meu orientador Prof. Dr.

Marcelo Motta Veiga, pela paciência, colaboração e dedicação proporcionando-

me conhecimentos imprescindíveis.

Quero agradecer também ao meu irmão Antônio Fábio Campos de Araújo,

que sempre me apoiou em todos meus planos. Um agradecimento especial à

equipe da biblioteca da FUNASA, especialmente à Claudete Rulli Costa e Raquel

Machado Santos, que sempre de forma atenciosa buscaram bibliografias; à

Gioconda Valdigem Padrenosso Bengaly/CESTEH/ENSP e Vanessa Lemos dos

Santos/COORDENAÇÃO DE PESQUISA/DSSA/ENSP, pela atenção dispensada

e ao meu colega de trabalho Engo Flávio Marcos Passos Júnior pela ajuda na

formatação do texto.

Finalmente, agradeço às seguintes pessoas que Deus colocou no meu

caminho e que de forma direta ou indireta colaboraram na realização do presente

trabalho: bioquímico Amauri Caiafa Duarte, irmãos geólogos Helton e Hélbio

Pereira, biólogos Gilmar Issas Gallo, Júlio César Freitas, bacharel em história

Carlos Machado de Freitas, médica Maria do Carmo Leal, engenheiros Adacto

Benedicto Ottoni, Dalton Marcondes Silva, Odir Clécio da Cruz Roque, Francisco

Meira, Rosana Lima Viana, Diógenes Otero Braga, Raulmar Rodrigues de Freitas,

Edmilson Mamede Trindade, Francisco Mendes, José Ribeiro, Álvaro Silva,

Renan Lopes e aos amigos João Batista de Sousa e Francisco Moura Couras.

V

“A objetividade é o consenso da subjetividade”.

(Saaty, 1991).

“O perigo não é a decisão errada; é a decisão plausível, porém incompleta”.

(Dructer, 1967).

“Diga-me, ouço; mostre-me, vejo; envolva-me, participo”.

(Aswathanarayana, 1995).

VI

RESUMO

A Portaria nº 518, de 25 de março de 2004, do Ministério da Saúde,

estabelece os Procedimentos e Responsabilidades Relativas ao Controle e

Vigilância da Qualidade da Água para Consumo Humano e seu Padrão de

Potabilidade. O Valor Máximo Permitido(VMP) para a concentração de íons

fluoreto deve observar a legislação específica respeitando o VMP da Tabela (1,5

mg/l).

No Brasil, diversas regiões apresentam águas subterrâneas com

concentração natural de fluoretos superior ao VMP, contribuindo para o

agravamento da saúde daqueles que as consomem podendo acarretar a fluorose

dentária.

Este estudo foi baseado na revisão de literatura de alternativas (processos,

técnicas) de desfluoretação, sobre as quais se procurou construir um modelo de

decisão para a escolha de uma delas, visando o tratamento da água obtida de

manancial subterrâneo, quando única fonte hídrica, em comunidades em zonas

rurais, cuja análise química apresenta concentração natural de íons fluoreto

superior ao permitido pela legislação vigente.

O modelo de decisão utilizado foi baseado no Método de Análise

Hierárquica (MAH) ou Analytic Hierarchy Process (AHP), que é uma ferramenta

de auxílio à tomada de decisão por múltiplos critérios desenvolvida por Thomas

L. Saaty no final dos anos 70.

Foram considerados os seguintes critérios: (i) características físico-

químicas da água bruta, com ênfase na concentração de íons fluoreto e quantidade

a ser tratada; (ii) características físico-químicas da água tratada com ênfase na

VII

concentração ótima final de íons fluoreto; (iii) custo de implantação, e (iv) custo

de produção e de operação e manutenção.

Das diversas alternativas de desfluoretação analisadas o carvão de osso

(CO) e a alumina ativada (AA) foram considerados como ótimos adsorventes e os

mais utilizados; entretanto, o monitoramento da operação foi considerado bastante

oneroso.

Os resultados da aplicação do Método de Análise Hierárquica (MAH)

permitiram a indicação da osmose reversa (OR) como melhor alternativa para a

redução do excesso natural de íons fluoreto nas águas subterrâneas para consumo

humano.

Palavras Chaves: Poços; Tomada de Decisão; Método de Análise

Hierárquica; Tratamento Avançado da Água; Saúde Pública.

VIII

ABSTRACT

PARCIAL DEFLUORIDATION FROM WATERWELLS: AN AHP APPLICATION


The Regulation N. 518, from March 24 of 2004, by the State Department

of Health, settles the Proceedings and Responsibilities Relating to Control and

Surveillance of Water Quality for Human Ingestion and it’s Potability Standard.

The Maximum Contaminant Level (MCL) for the fluoride ion concentration must

fulfil the specific legislation according to the MCL from the Chart (1,5 mg/l).

In Brazil, many regions present underground water with a natural fluoride

concentration higher than the MAV, aggrieving the health of those who drink it,

possibly causing Dental Fluorosis.

This study was based on the revisal of defluoridation

alternatives/proceedings/techniques literature, over which was attempted to build

a decision model for the choice of one of them, aiming at the treatment of the

water obtained from underground fountainhead, when it’s the only water source at

rural areas and whose chemical analysis presents a natural fluoride ion

concentration superior than the allowed by the present legislation.

The decision model used was based on the Analytic Hierarchy Process

(AHP), which is a supporting tool to the decision making by multiple criteria,

developed by Thomas L. Saaty at the late 70’s.

The following criteria were considered: (i) physical-chemical

characteristics of raw water, emphasizing the fluoride ion concentration and the

amount to be treated; (ii) physical-chemical characteristics of the treated water,

emphasizing the optimal final fluoride ion concentration; (iii) implementation

expenses; and (iv) production, operation and maintenance expenses.

From the many defluoridation alternatives analyzed, the bone coal and the

activated alumina were considered excellent adsorbents and the most frequently

used. However, the operation monitorament was considered too onerous.

IX

The results of the application of the Analytic Hierarchy Process (AHP)

enabled the indication of the reverse osmosis as the best alternative for the

reduction of the natural surplus of fluoride ion on underground water for human

use. Reverse Osmosis membranes can be successfully used for the treatment of

underground water to the desired purity water level, as they remove up to 95% of

fluoride present in water and also take care of other ions present in water.

Keywords: Waterwell; Decision Making; Analytic Hierarchy Process; Water

Treatment Advanced; Public Heath.

X

FOLHA DE APROVAÇÃO

DEDICATÓRIA

AGRADECIMENTOS

EPÍGRAFE

RESUMO

ABSTRACT

LISTA DE SIGLAS

GLOSSÁRIO

LISTA DE TABELAS

LISTA DE FIGURAS

LISTA DE QUADROS E GRÁFICO

SUMÁRIO

1-INTRODUÇÃO. ............................................................................................... 20

2- REVISÃO DE LITERATURA........................................................................ 23

2.1- A captação de água subterrânea.................................................................... 23

2.2- Presença de fluoretos nas águas subterrâneas............................................... 28

2.3- O flúor.............................................................................................................34

2.4- Riscos à saúde provocados pela ingestão de flúor em excesso.......................35

2.5- Legislação. .................................................................................................... 40

2.6- Métodos de apoio à tomada de decisão multicriterial................................... 41

2.7- Alternativas de desfluoretação parcial .......................................................... 46

3- METODOLOGIA............................................................................................. 56

3.1- Escolha do Método de Análise Hierárquica (MAH). ................................... 56

3.2- Escolha dos Critérios. ................................................................................... 67

3.3- Escolha das Alternativas.................................................................................71

4 – ANÁLISE DAS ALTERNATIVAS ESCOLHIDAS .................................... 73

4.1 – Carvão de osso. ........................................................................................... 73

4.2 – Alumina ativada .......................................................................................... .74

4.3 – Osmose reversa ........................................................................................... 77

5- DISCUSSÃO E APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS ........................... 84

XI

5.1- O modelo de decisão ................................................................................... 84

5.2- Aplicação do Método de Análise Hierárquica (MAH)...................................85

6 – CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES FINAIS.........................................95

7- REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS............................................................. 99

APÊNDICE A: Resolução das matrizes..............................................................112

XII

LISTA DE SIGLAS

AA = Alumina ativada AB(Q) = Características físico-químicas da água bruta com ênfase para a

concentração de íons fluoreto e quantidade de água bruta a ser tratada ABNT = Associação Brasileira de Normas Técnicas ABO = Associação Brasileira de Odontologia AHP = Analytic Hierarchy Process ANVISA = Agência Nacional de Vigilância Sanitária APHA = American Public Health Association AT = Características físico-químicas da água tratada com ênfase na concentração

final ótima de íons fluoreto ATSDR = Agency for Toxic Substances and Disease Registry AWWA = American Water Works Association BIS = Bureau Indian Satandards C(P) OM = Custo de produção e de operação e manutenção CDC = Centers for Disease Control and Prevention CETESB = Companhia Estadual de Tecnologia em Saneamento Básico CI = Custo de implantação CO = Carvão de osso CPRM = Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais EC = Expert Choise EDR = Eletrodiálise Reversa EI = Ionização EPA = Environmental Protetion Agency ETA = Estação de Tratamento de Água IC = Índice de Consistência ICOH = Intercountry Centre for Oral Health IPEN = Instituto de Pesquisa de Energia Nuclear MAH = Método de Análise Hierárquica MCL = Maximum Contaminant Level MF = Microfiltração MME = Ministério das Minas e Energia MS = Ministério da Saúde NEERI = National Environmetal Engineering Research Indian NF = Nanofiltração OMS = Organização Mundial de Saúde OR = Osmose Reversa PDLIS = Programa de Desenvolvimento Local Integrado e Sustentável PGAGEM = Programa de Geologia Ambiental e Geologia Médica RC = Razão de Consistência RTP = Relatório Técnico Preliminar SNVA = Sistema Nacional de Vigilância Ambiental em Saúde THM = Trihalometano UF = Ultrafiltração UNICEF = United Nations Children’s Fund USDOI = Unitated States Department Of Interior USPHS = United States Public Health Service VMP = Valor Máximo Permitido

XIII

WEDC = Water Engineering Development Center WHO = World Health Organization WPCF = Water Pollution Control Federation

XIV

GLOSSÁRIO

ÁGUA BRUTA:�água de uma fonte de abastecimento, antes de receber qualquer

tratamento; ou, água proveniente de um manancial, antes de receber tratamento,

ou, água de alimentação da Estação de Tratamento.

ÁGUA DOCE: água com salinidade inferior a 0,50 %.

ÁGUA MINERAL NATURAL: água obtida diretamente de fontes naturais ou

artificialmente captadas de origem subterrânea, caracterizada pelo conteúdo

definido e constante e sais minerais e pela presença de oligoelementos e outros

constituintes.

ÁGUA NATURAL:�água obtida diretamente de fontes naturais ou artificialmente

captadas, de origem subterrânea, caracterizada pelo conteúdo definido e constante

de sais minerais (composição iônica), e pela presença de oligoelementos e outros

constituintes, mas em níveis inferiores aos mínimos estabelecidos para água

mineral natural.

ÁGUA SALOBRA: água com salinidade entre 0,5 % e 30 %.

ÁGUA SUBTERRÂNEA: é a que está armazenada ou retida na subsuperfície; ou

então, é a água que preenche totalmente os poros e fraturas das rochas e

sedimentos não consolidados.

ÁGUA POTÁVEL:�é o tipo ideal para o consumo (beber e cozinhar); é fresca e

sem impureza. É, também, aquela cuja qualidade a torna adequada ao consumo

humano (Portaria nº 518/2004 - Ministério da Saúde – Padrão de Potabilidade);

ou, é a água que, sem necessidade de tratamento adicional, é inócua do ponto de

vista fisiológico e organolético e apta ao consumo humano.

ALÚMEN: [ Do lat. alumen, por via erudita]. S.M. Quim.- 1. V. alume [ Pl.

alumens e (p. us. no Brasil alúmenes]( Dicionário Aurélio).

ALUME: [ Do lat. alumen, por via semi-erudita]. S.M. Quim. – 1. (Qualquer

sulfato duplo de um metal trivalente) alumínio, cromo, ferro e de um metal

alcalino ou de amônio, alúmen (Dicionário Aurélio).

ALUMINA ATIVADA: é um material preparado a partir do Al2O3.nH2O, em que

n pode ser 1 a 3. A área superficial varia entre 200 a 400 m2/g. É usada para

remover compostos oxigenados e mercaptanas de correntes de hidrocarbonetos e

fluoretos de água (Heinsolhn e Kabel, 1999 apud Martins, 2004). Para

XV

(Karthikeyan e Shunmunga, 1999) é um material poroso com uma superfície

constituída de grande atividade química obtida da desidratação do Al2O3 em uma

temperatura de 300 a 600 o C.

AQÜÍFERO: é toda formação geológica em que a água pode ser armazenada e

que possua permeabilidade suficiente para permitir que esta se movimente. Para

ser um aqüífero uma rocha (aqüífero cristalino) ou sedimento (aqüífero

sedimentar) tem que ter porosidade suficiente para armazenar água em quantidade

e qualidade suficientes, e que estes poros ou espaços vazios tenham dimensões

que permitam a água movimentar-se, sob a ação do gradiente hidráulico,

possibilitando a sua explotação (viabilidade técnica e econômica).

LENÇOL FREÁTICO: é o nível superior da água subterrânea sujeita,

naturalmente, à pressão atmosférica.

POÇO ARTESIANO: é a denominação de determinados poços tubulares

profundos ou não, que têm o comportamento piezométrico semelhante ao poço

perfurado em Artois, cidade da França, quando pela primeira vez se registrou um

poço jorrante, isto é, ao ser atingindo o aqüífero transbordou acima da boca do

poço. É, também, aquele poço perfurado em aqüíferos artesiano ou confinado. O

fenômeno do artesianismo é uma característica do aqüífero e não do poço. Um

poço perfurado a máquina, num aqüífero livre, deve ser chamado de poço

profundo ou poço tubular profundo, para se diferenciar dos poços rasos escavados

manualmente. As companhias perfuradoras de poços têm usado erradamente o

termo "poço artesiano" para todo e qualquer poço perfurado através de máquinas.

POÇO TUBULAR PROFUNDO: é uma obra especial de engenharia projetada e

construída, visando a explotação de água subterrânea, aberto por máquinas

perfuratrizes, de diâmetro raramente superior a 60cm, vertical, de profundidades

variáveis, podendo atingir até 2.600m, de grande rendimento para a produção de

água, podendo ser totalmente ou parcialmente revestidos, dependendo das

condições da litologia local. O Projeto de Construção de Poços Tubulares

Profundos é regido pelas NB – 588: Projeto de poço para captação de água

subterrânea e NB – 1290: Construção de poço para captação de água subterrânea

da ABNT.

XVI

LISTA DE TABELAS

Tabela 1: Concentração de íons fluoreto na água de poços na depressão

central do Estado do Rio Grande do Sul....................................................

p.33

Tabela 2: Concentração de íons fluoreto na água de poços em vários

municípios do Estado de São Paulo..........................................................

p.33

Tabela 3: Ingestão máxima recomendada de fluoretos............................. p.39

Tabela 4: Concentrações de íons fluoreto na água e seus efeitos nos

dentes e nos ossos......................................................................................

p.39

Tabela 5: Concentração máxima de íons fluoreto na água destinada ao

consumo humano recomendada por diversas Instituições.........................

p.40

Tabela 6: Dose aproximada de sulfato de alumínio para a desfluoretação

parcial conforme aplicação da técnica de Nalgonda, Índia.......................

p.53

Tabela 7: Índice de Consistência Randômico............................................ p.65

Tabela 8: Limites recomendados para a concentração final ótima de

íons fluoreto nas águas destinadas ao consumo humano...........................

p.69

XVII

LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Poço Tubular Profundo.............................................................. p.24

Figura 2: Movimento da água no subsolo.................................................. p.25

Figura 3: Reservatórios de água subterrânea............................................. p.26

Figura 4: O ciclo hidrológico..................................................................... p.27

Figura 5: O ciclo das rochas....................................................................... p.29

Figura 6: Distribuição espacial de isoteores de íons fluoreto nas águas de

poços na região de Rio Bonito, RJ...................................................

p.31

Figura 7: Ilustração da ocorrência de fluorose dentária no Planeta........... p.36

Figura 8: Visualização dos diferentes processos de separação por

membranas sintéticas..............................................................................

p.51

Figura 9: Sentido da pressão no processo de osmose reversa (OR).......... p.78

Figura 10: (a) Fluxograma do processo de dessalinização de água

salobra.........................................................................................................

p.80

Figura 11: (b) Fluxograma do processo de dessalinização de água

salobra.........................................................................................................

p.80

Figura 12: Estrutura do modelo de decisão construído neste estudo.......... p.85

XVIII

LISTA DE QUADROS E GRÁFICO

Quadro 1: Escala de importância proposta por Saaty................................. p.66

Quadro 2: Custo de implantação de ETA’s de desfluoretação parcial, com

alumina ativada (AA). Ano base 1991...........................................................

p.70

Quadro 3: Custo de produção e operação e manutenção de ETA’s de

desfluoretação parcial, com alumina ativada (AA). Ano base, 1991............

p.71

Quadro 4: Comparação de custos das ETA’s de desfluoretação parcial de

Barlett (com AA) e Britton (com CO), nos Estados Unidos da América..

p.76

Quadro 5: Faixa de pressão de operação nos sistema de osmose reversa

(OR)...............................................................................................................

p.78

Quadro 6: Produtividade m3/dia das ETA’s de observação, de

desfluoretação parcial de Port Hueneme, Califórnia, USA.

p.81

Quadro 7: Qualidade da água produzida por diferentes sistemas de

dessalinização.................................................................................................

p.81

Quadro 8: Custo de operação e manutenção em USD / m3 dos processos de

osmose reversa (OR), nanofiltração (NF) e eletrodiálise reversa (EDR)......

p.82

Quadro 9: Vantagens e Desvantagens do processo de desfluoretação

parcial da água poços utilizando-se carvão de osso (CO)..............................

p.86

Quadro 9A: Vantagens e Desvantagens do processo de desfluoretação

parcial da água de poços utilizando-se alumina ativada (AA).......................

p.87

Quadro 9B: Vantagens e Desvantagens do processo de desfluoretação

parcial da água de poços utilizando-se membranas sintéticas no processo

de osmose reversa (OR).................................................................................

p.88

Quadro 10: Matriz de comparação paritária entre os critérios (parâmetros,

variáveis).........................................................................................................

p.89

Quadro 11: Matrizes de comparação paritária das alternativas (técnicas,

processos) com cada critério...........................................................................

p.91

Quadro 12: Quadro misto com matriz das importâncias relativas (escores,

pesos) das alternativas com cada critério e matriz das importâncias

relativas (escores, pesos) da comparação paritária dos critérios....................

p.93

Quadro 13: Ranqueamento ou classificação final ou autovetores e seus

valores ou escore final....................................................................................

p.94

XIX

Gráfico 1: Visualização do ranqueamento ou classificação final ou autovetores com seus valores ou escore final.................................................

p.94

20

1 - INTRODUÇÃO:

O presente estudo tem como Área de Concentração a Saúde Pública e como

Tema o Abastecimento de Água em pequenas comunidades, cuja captação, única

fonte hídrica, ocorreria através do manancial subterrâneo apresentando teor

natural de íons fluoreto acima de 1,5 mg F-/l, Valor Máximo Permitido (VMP)

pela legislação vigente, ou seja, a Portaria nº 518 / 2004, do Ministério da Saúde,

impondo a necessidade de desfluoretação parcial, que é um tratamento da água,

sob condições especiais, sempre mais oneroso que o tratamento convencional.

O problema é caracterizado pelo fato de comunidades, principalmente em

áreas rurais, estarem sendo abastecidas ou consumindo água com teor natural

elevado de íons fluoreto causando prejuízos à saúde por falta de outra fonte

hídrica ou por falta de tratamento da água.

A importância do tema pode ser observada tendo em vista os seguintes

motivos que justificaram a produção deste estudo:

(i) Os problemas para a saúde causados pelo excesso de flúor, na água

ingerida,

(ii) A deficiente divulgação, no Brasil, das experiências existentes sobre a

desfluoretação,

(iii) Relevantes investimentos do Sistema Único de Saúde no pagamento de

despesas relativas à manutenção da qualidade da Saúde Bucal, com

necessidade orçamentária sempre crescente.

Este estudo tem como objetivo geral fazer uma análise, sob o ponto de vista

gerencial (tomada de decisão), com base na revisão de literatura, das vantagens e

desvantagens das alternativas de desfluoretação parcial da água de poços tubulares

profundos, que apresentam concentração natural de íons fluoreto superior à

permitida pela Portaria nº 518 / 04 do Ministério da Saúde, destinadas ao

21

abastecimento público contribuindo para a estruturação do “Sistema Nacional de

Vigilância Ambiental em Saúde” / SNVA (Medronho et al., 2003).

Os objetivos específicos deste estudo consistem em:

(i) analisar, com base na literatura existente, as alternativas de desfluoretação

aplicadas às águas subterrâneas com alto teor natural de flúor, utilizadas para

consumo humano em pequenas comunidades,

(ii) Relatar os aspectos técnicos e, se possível, os econômicos na aplicação das

alternativas encontradas,

(iii) Subsidiar a análise gerencial para tomada de decisão, considerando as

vantagens e desvantagens das alternativas de desfluoretação, apropriadas à

realidade brasileira,

(iv) Interpretar e avaliar as informações obtidas levando em consideração os riscos

para a saúde pública e a legislação existente sobre os padrões de potabilidade

da água e controle ambiental,

(v) Avaliar o Método de Análise Hierárquica (MAH) como ferramenta de auxílio

à decisão,

(vi) Propor alternativas de solução do problema das pequenas comunidades,

selecionando-se uma alternativa, através do modelo de decisão construído para a

aplicação do Método de Análise Hierárquica.

Os principais resultados que se pretendeu obter foram:

(i) - Definir uma alternativa de desfluoretação parcial da água com vistas à

tomada de decisão,

(ii) – Motivar os gestores do setor saúde, os gestores dos recursos hídricos de

superfície e subterrâneo para a necessidade de estudos hidrogeoquímicos e

geofísicos, otimizando-se a locação de poços e sua correta construção,

22

(iii) – Estimular a participação efetiva das instituições governamentais dos

níveis federal, estadual e municipal, bem como da iniciativa privada no fomento

de atividades de monitoramento, controle e vigilância da qualidade da água para

consumo humano.

Procurou-se, no desenvolvimento deste estudo, aplicar o Método de

Análise Hierárquica (MAH), uma ferramenta de auxílio à tomada de decisão.

Realizou-se uma revisão da literatura registrando-se diversas alternativas de

desfluoretação parcial.

Dentre as alternativas estudadas foram selecionadas: (1) carvão de osso

(CO), também chamado carvão animal, farinha de osso calcinado ou,

simplesmente, farinha de osso; (2) alumina ativada (AA) e (3) osmose reversa

(OR). A seleção foi influenciada pelos critérios/variáveis/parâmetros: (i)

características físico-químicas da água bruta, com ênfase na concentração de íons

fluoreto e quantidade a ser tratada; (ii) características físico-químicas da água

tratada com ênfase na concentração ótima final de íons fluoreto; (iii) custo de

implantação, e (iv) custo de produção e de operação e manutenção.

Verificou-se que os seguintes itens da revisão de literatura auxiliam o

entendimento do problema causado pelo consumo prolongado de água subterrânea

com alta concentração natural de íons fluoreto: (1) captação de água subterrânea;

(2) presença de fluoretos nesta água; (3) o elemento flúor; (4) riscos à saúde e, (5)

legislação. Alguns métodos de apoio à tomada de decisão multicriterial compõem

um item a fim de justificar a escolha do Método de Análise Hierárquica (MAH)

para sua aplicação neste estudo.

A aplicação do MAH permitiu concluir que a utilização de membranas

sintéticas no processo de osmose reversa para a desfluoretação parcial da água

subterrânea, quando única fonte hídrica de abastecimento de pequenas

comunidades, seria a alternativa preferida, com 43 % de preferência, enquanto as

alternativas que utilizam carvão de osso e alumina ativada ficaram muito

próximas entre si, com 28 e 27 %, respectivamente.

23

2 - REVISÃO DA LITERATURA:

2.1-A captação de água subterrânea

Túneis e poços construídos para captação de água subterrânea na Pérsia (atual

Irã) e no Egito, por volta de 800 AC comprovam que as águas subterrâneas eram

aproveitadas pelo homem desde a idade antiga, (Tolman, 1937 apud Feitosa,

2000).

Homero, Tales e Platão, antigos filósofos gregos admitiam a hipótese de que

as nascentes eram formadas por águas do mar conduzidas através de canais

subterrâneos para baixo das montanhas, de onde ascendiam até a superfície depois

de purificadas.

Anaxágoras, 500 a 428 AC reconheceu a importância da chuva para os rios e

também para o armazenamento da água subterrânea, embora não tenha entendido

corretamente a natureza desse armazenamento, (Walton, 1970 apud Feitosa,

2000).

O aumento da população, as demandas da agricultura irrigada e o crescimento

do parque industrial incrementaram a utilização da água subterrânea. No caso das

demandas populacionais em áreas rurais, com moradia pouco dispersa,

predominam a captação através de poços profundos ou, quando possível,

captações em encostas e, quando moradias dispersas, predominam poços rasos,

escavados manualmente, nos quais se utiliza o lençol freático, ou as nascentes ou

minas.

A captação por meio de poços tubulares profundos exige o conhecimento dos

estratos litológicos situados abaixo da superfície dos terrenos, na crosta terrestre e,

para a sua construção, exige a utilização de materiais e equipamentos especiais de

tal forma que a sua seção transversal seja circular com diâmetro muitas vezes

menor que a profundidade.

Na Figura 1, pode-se observar as características de um poço tubular profundo.

24

Figura1: Poço Tubular Profundo, construído com equipamentos, ferramentas, utensílios e materiais especiais.

Fonte: Sondamar, 2005.

As fontes de água subterrânea e de superfície não estão separadas, o que é

água de superfície em um dado local pode ser água subterrânea em um outro e,

pode, emergir novamente como água de superfície num terceiro ponto. A

interconexão hidráulica torna isso possível.

As características químicas das águas subterrâneas ou de superfície decorrem

de suas propriedades de dissolver, em maior ou menor grau, quase todas as

substâncias, sendo freqüentemente mencionada como solvente universal. Em face

desta característica todas as águas naturais contêm gases e sais minerais em

solução retirados do ar e do solo.

25

Na Figura 2, podem ser verificaras de forma simplificada, as zonas de

movimentação da água abaixo da superfície do solo e a sua interfase, ora

subterrânea, ora de superfície, através de alimentação desse manancial em período

de estiagem, mostrando a zona de aeração, a zona saturada, a zona de umidade do

solo, a zona intermediária, a franja capilar, o poço para captação do lençol

freático, e o rio ou lago que recebe recarga na estiagem, (Pedrosa e Caetano,

2002).

Figura 2: Zonas de movimentação da água abaixo da superfície do solo.

Fonte: Pedrosa e Caetano, 2002.

A água de chuva, conquanto relativamente pura, arrasta partículas de poeira e

retém gases dissolvidos ao se precipitar. Depois de atingir o solo continua a

dissolver tudo o que lhe é possível do material terroso. O processo de dissolução

prossegue durante todo o tempo em que a água penetra através da superfície e das

formações subsuperficiais recolhendo uma carga crescente de sais minerais.

26

Todavia, a matéria orgânica e as partículas em suspensão, que recolheu

próximas à superfície, são gradualmente removidas ao se infiltrar, até juntar-se às

grandes massas de águas acumuladas abaixo da superfície, formando os

reservatórios de água subterrânea, (Cedestron, 1964), possibilitando desta forma,

o conceito geral de que a qualidade das águas subterrâneas é melhor que a das

superficiais.

A Figura 3, mostra a formação desses reservatórios, onde os poços tubulares

profundos penetrantes nos aqüíferos visam a explotação da água para as diversas

demandas. Nela é possível verificar a possibilidade de ocorrência de poço

jorrante, graças ao substrato litológico sedimentar situado entre duas formações

geológicas confinantes e impermeáveis, (Pedrosa e Caetano, 2002).

Figura 3: Disponibilidade de água subterrânea em aqüíferos sedimentares.

Fonte: Pedrosa e Caetano, 2002.

A água subterrânea deve, também, ser compreendida pelo conceito de ciclo

hidrológico, caracterizado pela contínua circulação da água no Planeta, sendo

27

normalmente, considerado como seu início, a evaporação dos oceanos formando

as nuvens, que se condensam e precipitam de várias formas.

Resumidamente, o ciclo hidrológico é o sistema pelo qual a irradiação solar

faz a água circular do oceano para atmosfera e retornar, superficial e

subterraneamente, ao oceano por diversas vias. Além da irradiação solar

participam nesse processo os seguintes agentes: a gravidade, a atração molecular e

a capilaridade, dentre outros.

As partes mais importantes do ciclo hidrológico podem ser observadas na

Figura 4, tais como, a evaporação, a precipitação, o escoamento, a infiltração e a

evapotranspiração, (Porto, 1973).

Figura 4: O ciclo hidrológico

Fonte: Porto, 1973 apud Rafaeli, 2000.

Pode-se compreender, desta forma, que os recursos hídricos subterrâneos estão

intimamente relacionados aos recursos hídricos de superfície.

28

Na distribuição dos recursos hídricos existentes no Planeta, muitas vezes

denominado “Planeta Água” observa-se que, 97,3 % desses recursos são águas

salgadas e 2,7 % são águas doces, onde 77,2 % encontram-se em geleiras e

calotas; 22,4 % nos aqüíferos; 0,35 % nos lagos, lagoas e pântanos; 0,04 % na

atmosfera e 0,01 % nos rios, riachos e córregos (Teixeira, 2004).

2.2- Presença de fluoretos nas águas subterrâneas:

Os íons fluoreto, geralmente, são encontrados nas águas subterrâneas em

pequenas concentrações. A maior concentração natural foi observada em um poço

no Quênia com 2.800 mg F-/ l. Pode derivar da fluorita (CaF2), principal fluoreto

das rochas ígneas ou de algum do considerável número de complexos minerais em

que eles participam, tais como criolita (Na3AlF6), fluorapatita [Ca10(PO4)6F2] e

micas [AB2-3(X, Si)4O10(O,F,)H)2], onde A pode ser K, Na, Ca, Ba, Ce, At; B

pode ser Al, Li, Fe, Zn, Cr, V, Ti, Mn, Mg e, X pode ser Al, Be, B, Fe, que são

cátions trocadores.

Os fluoretos correspondem à cerca de 0,3g/kg da crosta terrestre, (IPCS,

1984).A distribuição do flúor, segundo Fenzel (1986) é na crosta terrestre: rocha

magmática (710 mg/kg), resistatos (220 mg/kg), precipitatos (24 mg/kg),

evaporitos (24 mg/kg); nos oceanos (1,3 mg/kg); nas águas doces (menor que 1

mg/l); na atmosfera, onde na maioria dos casos, pode indicar poluição por gases

industriais.

Os gases vulcânicos e fumarólicos, na maioria dos casos, contêm fluoretos

capazes de serem arrastados para as águas e transportados pelos ventos e chuvas.

As rochas ígneas ou magmáticas são formadas pelo resfriamento e

solidificação do magma, material rochoso fundido, portanto, com mobilidade,

cuja temperatura é, geralmente, de cerca de 700 a 1.200 o C, nas proximidades da

superfície da Terra. Estas rochas têm textura, estrutura e constituintes minerais e

vítreos, que são indicativos de antigas temperaturas elevadas em conseqüência dos

eventos raros e antigos, tais como gigantescas erupções vulcânicas e impactos de

grandes asteróides na superfície da Terra. Juntamente com as rochas metamórficas

e sedimentares as rochas ígneas formam a crosta terrestre e estão em permanente

ciclo, conforme pode ser observado na Figura 5 (Best e Christiansen, 2001).

29

Figura 5: O ciclo das rochas

Fonte: Teixeira et al.,2000.

Estudos hidrogeoquímicos (Silva et al., 2003), sobre concentrações do

flúor em águas subterrâneas e solos têm sido reportados em diversos países

destacando-se: Hem e Roberson [ (a, b) 1969], Nordstrom e Jenne (1977), Hem

(1969, 1970, 1985), nos EUA; Gaciri e Davies (1993), Ashley e Burley (1995),

na África; Handa (1975), Jacks e Brattacharya (1999), na Índia; Ojeda e Goncález

(1998), no México; Yong e Hua (1991), na China; Torres et al. (1994), na

Espanha.

Em solos cálcicos, calcretes e sódicos destacam-se Chabra et al. (1980),

Jacks e Sharma (1995), na Índia; Barbieró e Vliet-Lanoe (1998), na África.

No Brasil, existem muitos estudos hidrogeoquímicos (Silva et al., 2003),

tais como: Giampá e Franco Filho (1982), Gouvêa da Silva et al. (1982), Gouveia

da Silva (1993), Celligoi et al. (1985), Kimmelmanm et al. (1990), Fraga e Lisboa

30

(1990), Fraga (1992), Araújo et al. (1995), Sracek e Hirata (2001), realizados na

Bacia do Paraná nos Estados de São Paulo e Paraná.

No Rio Grande do Sul, diversos pesquisadores estudaram fácies

hidroquímicas, citando as concentrações de flúor em águas subterrâneas, Silva et

al. (2003), dentre eles: Hausman (1960), Martins (1979), Abreu (1981), Lisboa e

Menegotto (1997), Lobo e Bem (1998), Baccar (1998), Bertazzo (1999), e Silva

et al. (2000). Hausman e Martins buscaram interpretar as variações

hidrogeoquímicas associadas à tectônica.

Lobo e Bem (1998), Baccar (1998) e Lobo et al. (2000), buscaram

explicar as ocorrências de flúor acima do VMP, em águas subterrâneas associadas

a um domo salino, hipótese não comprovada até o presente momento.

Silva et al. (2000), buscaram apoio na mineralogia, utilizando técnicas de

petrografia avançada e de geoquímica para avaliarem a concentração de flúor em

poços penetrantes no Sistema Aqüífero Guarani.

Pode-se, ainda, destacar os seguintes estudos hidrogeoquímicos:

Panagoulias e Silva Filho (2003) observam que a ocorrência de fluoretos

em água subterrânea, em áreas de litologia vulcânica, é bem documentada em

todo mundo, mas pouco se conhece em áreas, onde o flúor é de ocorrência

hidrotermal.

Eles concluem que entre os municípios de Tanguá e Rio Bonito, no

Estado do Rio de Janeiro, existe uma área com água subterrânea com

concentrações superiores a 6 mg / l de F-, onde há ocorrência de veios de fluorita

de origem hidrotermal.

A Figura 6, mostra a distribuição de fluoretos na região de Rio Bonito, RJ

com curvas de isoteores (Panagoulias e Silva, 2003).

31

Figura 6: Distribuição das concentrações de flúor em água subterrânea no município de Rio Bonito, RJ.

Fonte: Panagoulias e Silva, 2003.

Baccar (1998) realizou estudo dos poços da região do vale do rio Pardo,

Rio Grande do Sul, visando caracterizar, delimitar e mapear a qualidade da água

subterrânea, com destaque para a concentração de fluoretos. Durante o período de

dezembro de 1997 a julho de 1998 foram analisadas amostras de água de 361

poços localizados nos municípios de Candelária (21), Pântano Grande (13), Passo

do Sobrado (38), Rio Pardo (18), Santa Cruz do Sul (186), Sinimbu (2),

Sobradinho (13), Venâncio Aires (53) e Vera Cruz (17).

Dentre as variáveis físico-químicas importantes como parâmetros de

potabilidade foram consideradas: fluoretos, turbidez, ferro total, pH, alcalinidade

por bicarbonatos, alcalinidade por carbonatos.

Dos 361 poços, 13,3% apresentaram teor de fluoretos acima dos

parâmetros permitidos pela legislação, 7,5% encontram-se na faixa recomendada e

79,2 % apresentaram concentrações inferiores ao valor mínimo recomendado.

Em áreas rurais dos municípios de Venâncio Aires e Santa Cruz, no Estado

do Rio Grande do Sul, foram construídos poços com até 12 ppm de íons fluoreto.

32

Um estudo da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) mapeou a

fluorose endêmica e suas causas na zona rural do município de São Francisco, no

Norte do Estado de Minas Gerais, onde se observou água subterrânea com até 12

mg F -/ l (Gonçalves, 2003).

Há indícios de ocorrência de concentração natural elevada de flúor em

água de poço tubular profundo na região do município de Unaí, MG.

Vários poços, na bacia hidrográfica do rio Paraná, inclusive os de grande

profundidade no sistema aqüífero Guarani, estão inoperantes por conterem

elevada concentração de flúor, (Almeida, 2003).

Silva et al. (2003) estudaram a ocorrência de 118 poços penetrantes no

sistema aqüífero Guarani, na depressão central gaúcha, que apresentaram

concentrações de íons fluoreto, superiores ao Valor Máximo Permitido (VMP).

Sugerem como principal fonte de fluoretos o processo de intemperização de

minerais oriundos de granitóides durante o processo de caolinização, por meio da

liberação de minerais micáceos, favorecendo a formação diagenética de

argilominerais (ilitas) e mostrando uma associação de concentrações relativas de

flúor, mais elevadas, nas frações finas das rochas sedimentares argilosas,

possivelmente ligadas ao grupo hidroxila.

Sugerem, ainda, que os diques básicos possam ter contribuído para a

concentração relativa de fluoretos ou para o semiconfinamento local do sistema

aqüífero Guarani formando águas de elevadas concentração de forças iônicas.

Na Tabela 1, observa-se que as análises dos parâmetros químicos dos 118

poços estudados apresentaram as seguintes concentrações expressas em mg F-/l e

em percentual, sendo a concentração mínima de 0,9 e a máxima de 10,8.

33

Tabela 1: Concentração de íons fluoreto em poços na depressão central gaúcha. mg F-/l % poços < 2 50,9 2 a 4 28 4,1 a 6 14,4 6,1 a 8 4,2 > 8 2,5

Fonte: Silva et al., 2003.

Nas águas subterrâneas do interior e da capital do Estado de São Paulo,

(Alchera et al., 1987), as concentrações de fluoreto para diversos poços variam de

2,10 a 17,60 mg/l, conforme pode ser visto na Tabela 2.

Tabela 2: Concentração de Fluoreto em águas subterrâneas no Estado de São Paulo

Município Nº do Poço mg/l de F- Bofete 297/06 17,60 Presidente Prudente 177/82 13,30 Anhembi 273/03 10,40 Teodoro Sampaio 200/06 9,20 São Paulo 343/2541 8,90 Conchas 274,05 8,57 Riolândia 6/03 8,20 Pereiras 298/02 8,00 Leme 193/02 7,10 Rio Claro 247/07 6,60 Pereiras 298/13 6,60 Jaguariúna 249/36 6,40 Cosmópolis 249/11 5,60 Pereiras 298/12 5,14 Coroados 91/11 5,00 Piracicaba 247/21 4,90 Santa Albertina 13/14 4,40 Queiroz 158/07 4,40 São Paulo 343/3046 4,40 Campinas 277/60 3,90 Piracicaba 246/10 3,60 Pereiras 298/02 3,20 Areal 163/82 3,00 Araras 220/22 2,68 São Paulo 343/2659 2,60 Barretos 58/21 2,50 Campo Limpo 302/278 2,50 Taubaté 307/01 2,50 Colômbia 371/03 2,40 Itápolis 140/05 2,20 Cubatão 363/10 2,20 Rio Claro 218/04 2,10 Carapicuíba 342/921 2,10

Fonte: Alchera et al.,1989, adaptado.

34

No município de Pilar do Sul, no Estado de São Paulo, há poços com

teores de até 12 mg/l de íons fluoreto, que podem estar sendo usados para

consumo.

2.3- O flúor

No século XVII, o pesquisador e geólogo alemão Georgius Agrícola

mencionou em seus estudos sobre os metais a existência de um mineral que

denominou flúor lápis (pedra fluida) graças à propriedade de fundir-se a

temperaturas relativamente baixas. Esse mineral antes chamado espatoflúor é,

hoje, conhecido como fluorita (CaF2), que constitui a fonte principal de flúor.

Segundo Peçanha (2001), no Brasil, as reservas medidas e indicadas

aprovadas oficialmente e minerações explotando fluorita (51,2% de Ca e 48,8%

de F) são encontradas nos Estados da Bahia, Minas Gerais, Paraná, Rio de Janeiro,

Santa Catarina e São Paulo.

O flúor é um elemento químico, de símbolo F, pertencente ao grupo dos

halogênios ou grupo VII A da Tabela Periódica juntamente com o Cloro, Bromo,

Iodo e Astato.

Descoberto por Carl Wishelm Sheele, em 1971, o gás flúor (F2) foi isolado

pela primeira vez em 1886 por Henri Moisan, por meio da eletrólise do ácido

anídrico em fluoreto de potássio, que é o processo, ainda hoje, empregado

industrialmente na obtenção desse gás.

Encontrado em pequenas quantidades na água do mar, nos ossos, nas

unhas, nos dentes dos animais e em plantas, ocorre na natureza como fluoreto de

cálcio (CaF2), na fluorita, como fluoreto de sódio e alumínio, na criolita

(Na3AlF6), que é extremamente rara.

Apresenta-se como um gás amarelo esverdeado, de odor irritante e

propriedades tóxicas. É o mais eletronegativo dos elementos químicos. Sua

extrema reatividade, que se traduz em forte tendência à formação de compostos,

atribui-se à facilidade com que atrai elétrons ao ser reduzido o tamanho dos seus

35

átomos. Combina-se com todos elementos químicos, exceto com o hélio, o

argônio e o criptônio. A manipulação de alguns compostos com flúor é

problemática, já que substâncias como madeira, vidro e amianto são prontamente

corroídos pelo ácido fluorídrico (HF), por exemplo.

Seus derivados inorgânicos mais comuns são o fluoreto de sódio (NaF) e

ácido flúor silícico, utilizados como preventivo das cáries dentárias; os fluoretos

de sódio e hidrogênio (NaHF2), de potássio (KF), de prata (AgF2), de boro (BF3),

de antimônio (SbF6) e de enxofre (SF6), entre outros e como combustível nuclear

(UF2).

Dentre seus compostos orgânicos, destacam-se os freons, entre os quais o

freon-12 ou dicloro-diflúormetano (CF2Cl2), que é um gás refrigerante não tóxico,

utilizado na maioria dos refrigeradores domésticos.

A administração tópica de fluoreto e a fluoretação da água são eficazes na

prevenção da cárie dentária, a primeira por recomendação médica e a segunda por

recomendação legal.

As propriedades químicas e físicas do flúor são: (1) número atômico 9, (2)

peso atômico 18,9984, (3) ponto de fusão 53,53 K (-219o C), (4) ponto de

ebulição 85,03 K (-188o C), (5) densidade a 25o C, CNPT 1,696 kg/cm3, (6)

estado de oxidação - 1, (7) energia de ionização 1.680 kJ/mol, (8) raio atômico 71

pm, (9) eletronegatividade 2,98/3,98 e, (10) configuração eletrônica 2-7 ou

1s22s22p5.

2.4- Riscos à saúde provocados pela ingestão de flúor em excesso:

Normalmente, os efeitos à exposição a qualquer substância perigosa

dependem da dosagem, da duração, da forma de exposição, das condições

genéticas, dos hábitos do indivíduo exposto e da presença de outras substâncias

químicas (ATSDR, 2001).

Os métodos mais utilizados para a determinação dos íons fluoreto na água

são: eletrodo e colorimétrico (SMEWW, 1998).

36

O flúor, o mais eletronegativo de todos os elementos, tem propriedades

fisiológicas de grande interesse em relação à saúde do homem e ao seu bem-estar.

Baixo teor de íons fluoreto inibe ou estimula os processos enzimáticos.

A participação do flúor, nos processos normais de mineralização dos

tecidos rígidos dos seres humanos e de animais, é altamente evidente. A ingestão

prolongada de teor adequado de fluoretos estabiliza o sistema esquelético através

do desenvolvimento dos cristais de apatita, diminuindo a sua solubilidade.

Entretanto, teor elevado, além da fluorose dentária e esquelética, pode ser

responsável pelos seguintes efeitos maléficos: fluorose nos tecidos não rígidos,

tais como pele e nervos; distúrbios gastro-intestinais; problemas no sistema

nervoso; distúrbios urinários; problemas de infertilidade e aborto em mulheres;

distúrbios cerebrais em crianças e problemas socioeconômicos como na Índia,

Tailândia, Paquistão, China (Mariappan, 2001).

Na Figura 7, observa-se a ocorrência de fluorose endêmica ao redor do

mundo (UNICEF, 2004 e Iruretagoyena, 2003).

Figura 7: Ocorrência de fluorose endêmica ao redor do mundo

Fonte: UNICEF, 2004 e Iruretagoyena, 2003.

37

No Brasil, a fluorose dentária não é uma doença de notificação

compulsória. Entretanto, dezenas de adolescentes encontram-se em estágio

avançado da fluorose dentária causando danos psicológicos irreparáveis.

Cangussu et al. (2002) concluíram que a fluorose dentária constitui um

problema importante de saúde pública no País e observaram que ela é endêmica,

apresentado-se na forma severa, nas regiões onde há anomalia hidroquímica

geogênica.

Os graus de fluorose dentária são definidos conforme classificação de

Dean (1943) em branda, suave e severa e, fotografias de pessoas com fluorose

dentária e esquelética são apresentadas no trabalho publicado por Ayetas (2003).

Após a classificação de Dean, os pesquisadores Thylstrup e Fejerskv a

melhoraram considerando o aspecto da aparência clínica da fluorose dentária,

através de um índice denominado Índice TF (Amarante e Merci, 2002).

Os seres vivos constituem-se dos elementos contidos em sua alimentação.

Para os seres humanos são essenciais como macronutrientes: Cálcio, Cloro,

Magnésio, Fósforo, Potássio, Sódio, Enxofre, Oxigênio, Hidrogênio e Nitrogênio

e, como micronutrientes: Arsênio, Cobalto, Cromo, Cobre, Ferro, Manganês,

Molibidênio, Selênio, Vanádio, Zinco, Flúor, Iodo e Silício. Há séculos foi dito:

“Tudo é venenoso, nada é venenoso; é questão de dosagem”. Especificamente,

quanto aos elementos micronutrientes, sua assimilação em excesso pode ser fatal

(Scarpelli, 2003).

Ao serem liberados pelo intemperismo, os elementos podem ser

recristaliazados em minerais neoformados, adsorvidos em minerais argilosos,

incorporados em óxidos-hidróxidos de ferro e manganês, precipitados como

carbonatos ou postos em solução. Quando solubilizados ou passam ao solo e são

levados às águas subterrâneas ou são transportados pela drenagem. No solo,

podem ser assimilados pelas raízes de plantas entrando na cadeia alimentar.

Também entram na cadeia alimentar, quando carreados em solução pela drenagem

e assimilados pelos animais aquáticos, podendo, ainda, ser assimilados pelos

demais seres vivos por inalação ou por contato dermal.

38

De modo geral, o solo, as águas correntes e as plantas refletem a

composição das rochas do substrato. Essa relação é muito usada em pesquisa

mineral para a descoberta de jazidas.

O elemento flúor, em quantidade adequada, é considerado benéfico à

saúde humana, principalmente em crianças, promovendo o endurecimento da

matriz mineral dos dentes e esqueleto, e tem se mostrado como agente químico

mais eficiente na prevenção da cárie dentária, daí sua adição nos sistemas de

abastecimentos públicos de água ser uma prática bastante difundida.

O risco de fluorose não depende somente da quantidade de fluoreto

ingerido, mas também, do aspecto nutricional do indivíduo como, por exemplo, a

ingestão de vitamina D e proteínas, além de outros fatores. As quantidades

máximas permitidas são estabelecidas em função da idade, do peso e das

condições climáticas da região de fixação da comunidade.

Segundo a Organização Mundial de Saúde (OMS), o teor ótimo de íons

fluoreto na água potável varia de 0,7 a 1,2 mg/l, em função das médias de

temperaturas máximas diárias observadas num período mínimo de um ano

(Zimbres, 2000).

A concentração de 4,0 mg/l de F- não causaria risco de fluorose

esquelética, uma situação clínica também conhecida como ósteofluorose, segundo

estudos de Lalumandier e Jones (1999).

A ingestão normal diária de flúor fica entre 0,05 e 0,07 mg/kg de peso

corpóreo/dia (Agneli, 2003). O que significa dizer, grosso modo, que uma pessoa

de 60 kg de peso poderá ingerir em média 3,6 mg/dia. Ao tomar 2 litros de água

por dia, com concentração de 1,5 mg F-/l estaria consumindo 3,0 mg/dia,

portanto, abaixo da média citada, porém, sem considerar as outras fontes de flúor,

tais como, alimentos e produtos fluoretados.

Segundo Panagoulias e Silva (2003), 70% da ingestão normal de flúor

ocorreriam através da água.

Hileman (1988) apud Charbell (1990), cita que, a ingestão em média de 20

mg/dia, durante 5 anos ou mais, poderia provocar a fluorose esquelética. Doses

de 2 a 5 mg/dia podem levar ao estágio pré-clínico, e posteriormente ao clínico da

fluorose dentária.

39

Na Tabela 3, pode ser observada a ingestão recomendada para diversas

faixas etárias, em trabalho promovido pela UNICEF, na Índia (Jaffery et al.1998).

Tabela 3: Ingestão diária máxima recomendada de fluoreto

Grupo Etário Fluoreto (mg F-

(a)

/(dia) (b)

Bebês 0 – 6 meses 6 meses - 1 ano

0,1 – 1,0 0,2 – 1,0

0,7 0,9

Crianças 1 – 3 anos 4 – 11 anos

0,5 – 1,5 1,0 – 2,5

1,3 2,2

Adultos 1,5 – 4,0 10,0

Fonte: (a) Jaffery et al., 1998; (b) NAP, 2004.

A Tabela 4 mostra as concentrações de flúor na água de beber e os

respectivos efeitos sobre os dentes e os ossos, conforme adaptação de Cury

(1993). A intensidade dos efeitos pode ser interpretada da seguinte forma: (-) =

sem efeito; (+) = efeito fraco; (++) = efeito pouco forte; (+++) = efeito forte e,

(++++) = efeito muito forte e, (+++++) = efeito absoluto.

Tabela 4: Concentrações do flúor na água de beber e intensidades do desfecho nos dentes e ossos.

Flúor na água (mg F-/l) Fluorose Dental

Fluorose Óssea

0,2 - - 0,7 + - 1,4 ++ - 2,1 +++ - 2,8 ++++ - 5,6 +++++ +

Fonte: Cury, 1993, apud Pereira e Oliveira, 1998, adaptado.

As quantidades estimadas de fluoretos regulamentadas para ingestão diária

sob segurança não são precisas e variam entre os países.

40

Na Tabela 5, pode ser verificado o Valor Máximo Permitido/VMP, em mg

F-/ l, recomendado por várias Instituições.

Tabela 5: Concentração máxima dos íons fluoreto na água permitida por várias Instituições.

INSTITUIÇAO mg/l de F-

Agência de Proteção Ambiental, Estados Unidos da América. 4,0 Serviços de Saúde Pública, Estados Unidos da América. 1,5 Departamento Indiano de Padronização/BIS. 1,0 Organização Mundial da Saúde. 1,5 Ministério da Saúde, Brasil. 1,5

Fontes: EPA, USPHS, OMS, BIS, Portaria nº 518 / 04.

2.5 - Legislação

O Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA), Brasil (1986) por

meio da Resolução nº 20, de 18/06/86, classifica as águas em doces, salobras e

salinas, visando o controle de seus níveis de qualidade em todo País. Segundo

seus usos preponderantes, estabelece padrões para as águas destinadas ao

abastecimento doméstico, considerando os fluoretos, na concentração máxima de

1,4 mg F-/l como substâncias potencialmente prejudiciais.

A Agência Nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA), Brasil (2000),

através da Resolução nº 54 de 15/06/2000, dispõe sobre o Regulamento Técnico

para fixação de Identidade e Qualidade de Água Mineral Natural e Água Natural

definindo em seu item 9 (ROTULAGEM), subitem 2 que:

- devem constar, obrigatoriamente, no rótulo, de forma clara, destacada e

precisa, as seguintes declarações:

a) “Contém Fluoreto”, quando o produto contiver mais que 1 mg F-/ l;

b) “Não indicado para lactantes ou crianças com até sete anos de idade”, quando o

produto contiver mais que 2 mg F-/l de fluoreto.

c) “Fluoreto acima de 2 mg /l, para consumo diário, não é recomendável”.

41

A Lei 6.050, de 24 de maio de 1974, Brasil (1974), dispõe sobre a

fluoretação em sistemas de abastecimento público de água citando em seu Art. 1º,

§ Único:

- a regulamentação, de que trata este artigo, disciplinará a aplicação de

fluoretação, tendo em vista, entre outras condições específicas, o teor natural de

flúor já existente e a necessária viabilidade econômico-financeira da medida.

A Portaria nº 613/89, publicada no Boletim de Serviço do Ministério da

Saúde (BSMS / DA) nº 26 de 30/06/ 89, Brasil, (1989), aprova a Política Nacional

de Saúde Bucal, classifica a Cárie Dental como Dano I, e exige para o seu

controle, o uso concomitante de fluoretos em dosagens adequadas, por ingestão e

por via tópica.

O método indicado de ingestão é a fluoretação da água para consumo

público, enquanto que, o uso tópico de géis e soluções uma ou duas vezes ao ano,

ou de bochechos semanais ou quinzenais para crianças de 6 a 12 anos, constituem

as práticas que mais se adaptam às condições nacionais.

A Portaria nº 518 de 25/03/04, Brasil (2004), estabelece os procedimentos

e responsabilidades relativas ao controle e vigilância da qualidade da água para

consumo humano e seu padrão de potabilidade. Em seu Artigo 14 apresenta a

tabela com o padrão de substâncias químicas inorgânicas, que representam risco à

saúde, definindo um Valor Máximo Permitido (VMP) para o fluoreto igual a 1,5

mg/l.

Neste particular, cita que os valores recomendados para a concentração de

íons fluoreto devem observar a legislação específica vigente relativa à fluoretação

da água, em qualquer caso, devendo ser respeitado o VMP tabelado.

2.6-Métodos de apoio à tomada de decisão multicriterial

As decisões nos diversos setores da sociedade vinham sendo tomadas

tradicionalmente com base em apenas um ou dois critérios, geralmente, o

financeiro e/ou econômico, através de técnicas monocriteriais por meio de

pesquisa operacional.

42

Nessas técnicas não é simples levar em consideração a presença de fatores

subjetivos, sejam eles quantificáveis ou não, conduzindo muitas vezes à escolha

de uma alternativa que não seria a mais adequada para atender às prioridades

sócio-econômicas essenciais da comunidade.

Apesar da aparente inércia dos tomadores de decisão no início do século,

de acordo com Zeleny (1982) citada por Rabbani, S. J. R. e Rabbani, S. R. (1996),

apud Lucena (2004), tem-se experimentado, nos últimos anos, um período de

transformações nos padrões e valores de tal forma que a idéia de maximização

está perdendo terreno, onde o “mais” não é necessariamente o “melhor”.

Na década de 70, as pressões para reduzir os gastos dos governos e a busca

pela preservação dos recursos naturais, cada vez mais escassos, levaram os

planejadores a procurar incluir no processo de decisão, tanto fatores tangíveis

(valores definidos monetariamente) como intangíveis (qualidade ambiental, saúde,

realização pessoal, entre outros) no intuito de tomar uma decisão mais racional em

resposta às exigências da sociedade moderna. A partir dessas necessidades o

pensamento multicriterial de apoio à tomada de decisão começou a crescer e a

tomar forma.

De acordo com Bana (1993), apud Schmidt (1995) e Lucena (2004), no

início dos anos 70, uma nova fase do processo de apoio à decisão começou a se

organizar na comunidade científica, antes dispersa, interessada pelo domínio do

multicritério, a partir da Conferência de Outubro de 1972, na Universidade de

Carolina do Sul, organizada por James L. Cochrane e Milana Zeleny.

Segundo Rabbani & Rabbani (1996), houve um avanço substancial dos

Métodos de Apoio à Tomada de Decisão Multicriterial, que se baseiam nas

técnicas desenvolvidas pelas Teorias de Decisão nas seguintes ciências:

Administração (Teoria da Utilidade e do Processo de Análise Hierárquica),

Economia (Otimalidade de Pareto, Função do Bem-Estar Social), Estatística

(Regressão Multivariada, Análise de Discrepância) e Psicometria (Medidas de

Percepção).

De acordo com Saaty (1997) as Teorias como da Utilidade e do Processo

de Análise Hierárquica seriam algumas das poucas metodologias de decisão

43

multicriterial existentes, havendo outras, que o autor considera uma variação das

mencionadas.

Atualmente, há uma forte tendência para se esclarecer a opinião dos

tomadores de decisão em todos os níveis do processo de planejamento nas

organizações, quanto à importância da utilização de múltiplos critérios na análise

de problemas complexos.

O objetivo da tomada de decisão multicriterial é identificar e selecionar o

melhor curso de ação, quando se depara com problemas de decisão complexa, que

envolve fatores múltiplos e, até certo ponto, conflitantes.

Essa forma de encarar o processo de tomada de decisão permite a

consideração de diversos fatores relevantes, que possibilitam uma análise mais

detalhada das vantagens e desvantagens das alternativas possíveis para a solução

do problema.

Ainda, segundo Saaty (1997), um modelo de tomada de decisão

multicriterial para traduzir eficientemente um sistema e conduzir à escolha da

melhor alternativa, deve ser de construção simples, adaptável tanto a grupos

quanto aos indivíduos; natural à intuição do pesquisador e ao pensamento geral;

encorajar a formação de compromisso e do consenso e não exigir especialização

excessiva para comunicar e administrar.

Além destas características, a tomada de decisão multicriterial pressupõe o

conhecimento de algumas informações como: pessoas e grupos envolvidos;

objetivos e políticas; restrições; impactos; tempo-horizonte; influências e outros

detalhes do problema a ser solucionado, como por exemplo, o conjunto de

alternativas, cuja escolha da melhor entre elas é o principal objetivo da tomada de

decisão.

Lucena (2004) cita os seguintes métodos com seus respectivos resumos:

(i) Critério dos Pontos: Permite levar em consideração a rentabilidade do

empreendimento e os principais fatores significativos, como os objetivos do

projeto e seus principais impactos, sejam eles positivos ou negativos. Sua

aplicação é dividida em três etapas.

Na primeira são identificados todos os fatores significativos do problema

em questão. A etapa seguinte é composta da ponderação dos fatores segundo uma

44

escala de valores e, finalmente, passa-se à etapa de montagem das tabelas, nas

quais estão representados os pesos dos fatores, além da pontuação atribuída a cada

alternativa considerada em relação a cada fator.

(ii) Métodos ELECTRE (Elimination Et Choix Traduisant la Realité):

Desenvolvidos por Roy (1985). São em número de quatro e são considerados

como métodos de subclassificação, baseados em classificação binária, onde,

pressupondo-se o conhecimento das preferências do tomador de decisão e a

qualidade da avaliação, pode-se admitir que uma ação “a” é tão boa, melhor ou

pior que outra “b”. Tais métodos permitem a inclusão da incompatibilidade em

seu modelo.

(iii) Método AHP (Analytic Hierarchy Process) ou Método de Análise

Hierárquica (MAH): Idealizado no Saaty no final de década de 70, tem como

base, a representação de um problema complexo por meio de uma estruturação

hierárquica objetivando priorizar os fatores na análise das diversas alternativas.

Segue quatro etapas básicas: 1: estruturação hierárquica; 2: comparação paritária

dos parâmetros em cada nível da estrutura; 3: princípio de priorização e 4:

sintetização de prioridades.

(iv) Método ANP (Analytic Network Process) ou Processo de Análise em

Rede: É também idealizado por Saaty (1997), que o apresenta como um método

com uma estrutura mais abrangente e efetuada, tal como o AHP, em quatro

passos: 1: estabelecimento de uma hierarquia de controle; 2: julgamento dos

elementos ou comparação por pares; 3: sintetização dos resultados e 4: análise de

sensibilidade dos resultados. Portanto, tal como o método anterior, o objetivo do

ANP é priorizar as alternativas de forma a apontar a melhor.

Salomon e Montevechi (2004) realizaram um trabalho para justificar a

utilização do Método de Análise Hierárquica, proposto por Saaty, comparando-o

com os seguintes métodos similares: 1: Método de Análise em Redes/ANP,

também desenvolvido por Saaty; 2: Abordagem de Decisão Fuzzy/FDA (Fuzzy

Decision Approach), baseada em conjuntos Fuzzy e proposta por Liang e Wang

(1992); 3: MACBETH (Measuring Attractiveness by a Categorical Based

Evaluation Technique) proposto por Bana e Vasnick (1994); 4: TOPSIS

45

(Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution) desenvolvido por

Hwang e Yoon (1981).

Eles concluíram que o Analytic Hierarchy Process (AHP) ou Método de

Análise Hierárquica (MAH) não seria um método de tomada de decisão por

múltiplos critérios inferior a nenhum desses métodos, quando comparados.

Bossu et al. (2000) estudaram os seguintes métodos de tomada de decisão

multicritério: 1: AHP ou Método da Análise Hierárquica; 2: ELECTRE

(Elimination Et Choix Traduisant de la Realité); 3: MACBETH (Measuring

Attractiveness by a Categorical Based Evaluation Technique); 4: PATTERN

(Planning Assistent Through Technical Evaluation Of Relevance Numbers),

surgido em 1963 e desenvolvido pela Honeywell Corporation; 5: PROBE

(Preference Robustness Evaluation); 6: UT/MAUT (Utility Theory/Multiatribute

ou Teoria da Utilidade ou Teoria das Preferências e 7: MATS-PC (Multi Attribute

Trade Offs System – Personbal Computer), que é um software empregado para

auxiliar na avaliação de projetos).

Eles concluíram que cada método de apoio à tomada de decisão

multicriterial possui particularidades que o diferencia dos demais e este é o fator

que torna a ciência da tomada de decisão extremamente complexa. Mais

importante do que construir um modelo de decisão, quando tantos já existem, é

obter conhecimento em relação à postura que se deve adotar como facilitador de

um processo decisório, cuja experiência é o principal quesito, independente do

método utilizado.

Schmidt (1995) realizou estudos sobre os métodos AHP e MACBETH

informando que ambos os métodos se baseiam em dois princípios básicos:

estruturação e avaliação, que ajudarão o tomador de decisão a analisar e sintetizar

as informações.

O AHP caracteriza-se pela capacidade de analisar o problema de tomada

de decisão através da construção de níveis hierárquicos e comparação par-a-par

dos níveis de hierarquia.

O MACBETH é um método interativo, que auxilia a construção de uma

escala cardinal. As preferências são determinadas de forma semântica e, a seguir,

46

através de programação linear são transformadas numa escala de valores

numéricos.

Esta revisão de literatura influenciou na escolha do MAH (ou AHP) como

ferramenta a ser aplicada no presente estudo.

2.7- Alternativas de desfluoretação parcial

Os processos de remoção parcial de fluoretos das águas com alto teor de

íons fluoreto são normalmente denominados de desfluoretação. Entretanto,

também são encontradas na literatura outras denominações, tais como

defluoretação, desfluoração, desfluoração ou, simplesmente, redução/remoção de

fluoretos.

A fluorose dentária causada pela ingestão prolongada e em excesso de íons

fluoreto nas águas em sistemas públicos de abastecimento de água, nos anos 30,

fez com que vários pesquisadores intensificassem seus estudos na tentativa de

descobrir novas alternativas e materiais para a remoção de fluoreto em

concentrações abaixo de 20 mg/l.

Com base na natureza dos materiais, as técnicas/processos ou alternativas

de desfluoretação podem ser agrupadas nas seguintes categorias: Adsorção, Troca

Iônica, Precipitação, Eletroquímica e Membranas (Mariappan, 2001).

A Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos da América, EPA

(2003), ao rever as Regulamentações Básicas da Água de Beber (NPDWR´s), a

respeito das Tecnologias (Alternativas/Processos) de Tratamento de Água, tendo

em vista os Contaminantes Químicos, informa, em 1986, que as melhores técnicas

de desfluoretação, segundo a alta taxa de remoção de fluoretos, ampla

aplicabilidade e compatibilidade com outros tratamentos complementares seriam:

Alumina Ativada (AA), Osmose Reversa (OR) e outras alternativas técnicas

registradas em relatórios específicos elaborados no período de 1996 a 2002

considerados e inseridos nas NPDWR´s.

Angers (2001) ratifica a informação supra e complementa dizendo que a

Associação Americana dos Serviços de Água (AWWA) considera como

alternativas à alumina ativada (AA) e osmose reversa (OR) as tecnologias ou

métodos da eletrodiálise (ED), eletrodiálise reversa (EDR), carvão de osso (CO) e

destilação.

47

Cita que, tanto o carvão de osso quanto a alumina ativada perdem a

eficiência de adsorção após sucessivos ciclos de regeneração.

A eletrodiálise e a eletrodiálise reversa têm uma seletividade muito

eficiente na remoção de íons, porém não tem a eficiência da osmose reversa na

remoção de bactérias.

Quanto à destilação, esse método tem aplicação para a produção em

pequenos volumes de água por exigir áreas imensas para um pequeno acréscimo

de produção. Porém, pequenos projetos de Destilação têm sido aplicados, com

sucesso, para pequenas demandas no litoral do México.

Thompson e MacGarvey (1953) observaram o uso de resinas trocadoras

aniônicas fortemente básicas na forma de cloreto para a remoção de fluoreto.

Além da retenção de íons fluoreto, outros íons também ficavam retidos, o que

tornava a capacidade de remoção dos íons fluoreto dependente da concentração

total dos ânions. Constatou que a capacidade para a resina Amberlite XE-75 era

de aproximadamente 88g/m³ de resina, quando a razão dos íons fluoreto em

relação aos ânions totais era de 0,05.

Hindin et al. (1968) apud Charbell (1990) empregaram a osmose reversa

(OR) para a remoção de íons fluoreto. Utilizaram membrana de acetato de

celulose e constataram que poderia reduzir os íons fluoreto de 585 mg/l para 1.0

mg/l. Os testes foram realizados em escala muito pequena. Segundo, a companhia

Du Pont, a remoção dos íons fluoreto dependia do pH. Quando este aumenta de

5,5 para 7 ocorria uma remoção de 45 a 90%. O processo de osmose reversa é

recomendado para o tratamento da água em comunidades onde o consumo é

pequeno (apud Charbell, 1990).

Schoeman e MacLeod (1987) mencionaram que nos Estados Unidos

algumas usinas têm empregado alumina ativada para a desfluoretação de águas

subterrâneas com concentrações de íons fluoreto de 2 a 8 mg/l na água bruta.

Savinelli e Black (1958) mostraram que à medida que se aumentava a alcalinidade

da água, diminuía a capacidade de remoção dos íons fluoreto, sugerindo desta

forma, que os hidróxidos e os bicarbonatos presentes na água eram competitivos

com os íons fluoreto no processo de adsorção.

48

Wu e Asce (1978) realizaram um estudo levando em consideração o

controle de alguns fatores como pH, relação da adsorção do fluoreto com o

adsorvente e a cinética de adsorção da desfluoretação da água com alumina

ativada. Concluíram que o pH ótimo para a remoção era 5 e que neste pH a razão

de adsorção era função da proporção da concentração inicial do fluoreto com

relação à quantidade de alumina ativada.

Choi e Chen (1979), apud Charbel (1990), realizaram estudos de remoção

do fluoreto em águas do mar, empregando carvão ativado, bauxita, e alumina

ativada. Os fatores levados em consideração eram: tempo de contato, pH,

salinidade, concentração inicial do fluoreto e interferência de outras espécies

químicas como sílica, cálcio, magnésio, alumínio, ferro e sulfato.

Os carvões ativados experimentados não eram adequados para a remoção

do fluoreto por causa da reduzida faixa do pH ótimo exigido, baixa capacidade de

remoção e dos efeitos da salinidade da água bruta além da interferência de outros

íons e da concentração inicial do fluoreto.

Eles constataram, também, que tanto a bauxita quanto a alumina ativada,

são excelentes para remoção de fluoretos de água de composição variada. A

alumina ativada é mais eficaz do que a bauxita. Porém, a bauxita é de custo mais

baixo que a alumina. A faixa de pH ótimo para a bauxita é de 5,5 a 7,0 enquanto

que para a alumina ativada é de 5,0 a 8,0.

A eficiência na remoção do fluoreto geralmente aumentava, quando se

tinha concentração inicial de fluoreto reduzida. Para atingir uma concentração

final inferior a 1mg/l era necessário uma concentração inicial de fluoreto inferior a

4 mg/l. Outras espécies químicas não interferiam seriamente na remoção do

fluoreto pela alumina ativada.

Apesar da remoção do fluoreto pela alumina ativada ou bauxita depender

de um certo número de parâmetros, o pH da água em tratamento era o fator mais

crítico na determinação da eficiência de remoção.

Liuming et al. (1987) estudaram um novo método para a remoção do

excesso de fluoreto, baseado na eletrólise usando um anodo de alumínio. A

concentração de fluoreto diminuía de 4 a 5 mg/l na água bruta, para 0,5 a 1,0 mg/l

49

na água tratada, sem ocorrer alterações significativas no nível de concentração dos

outros íons.

Min et al. (1984) empregaram osmose reversa, O´Briel (1983) sugeriu três

processos de tratamento para remoção do nitrato e outros seis para a remoção dos

íons fluoreto em águas de abastecimento.

Wu (1979), estudou a remoção do fluoreto com alumina ativada por

alimentação contínua, levando em consideração o efeito do fluxo e tamanho das

partículas. Além da remoção do fluoreto da água bruta, preocupou-se com a

disposição final dos efluentes com alta concentração de fluoretos, na ordem de

algumas dezenas de g/l, liberados pelas usinas ou estações de tratamento.

Alchera et al. (1987) informaram a existência de inúmeros testes utilizados

na remoção de íons fluoreto em águas para o abastecimento público, tais como:

adsorção com carvão de osso; coagulação com sulfato de alumínio; adsorção com

alumina ativada; abrandamento com cal e adsorção com uma longa série de

materiais testados de forma individual e combinados. Estes autores chegaram às

seguintes conclusões:

(i) O processo de troca iônica não é considerado viável para a remoção de íons

fluoreto de águas para abastecimento público;

(ii) Resinas aniônicas de base forte possuem a capacidade de remover íons

fluoreto conjuntamente com todos os outros íons; o custo deste tratamento, porém,

não é compatível com os recursos financeiros de uma pequena comunidade. Os

resultados obtidos por alguns pesquisadores não foram favoráveis;

(iii) O processo de osmose reversa, que emprega membranas semipermeáveis para

separar sólidos dissolvidos da água, pode reduzir o teor de fluoretos;

(iv) A coagulação do sulfato de alumínio é um processo de precipitação química,

onde ensaios experimentais demonstraram um consumo de cerca de 350 mg/l de

sulfato de alumínio para se obter redução do teor de fluoretos de 3,5 mg/l para 1,0

mg/l.

(v) O tratamento com cal somente se torna eficiente para teores elevados de

fluoretos (20 mg/l); tratamento com magnésio resulta um consumo de 70 mg/l de

magnésio para reduzir o nível de fluoretos de 8 mg / l para 1,5 mg/l e de 137 mg/l

de magnésio para reduzir fluoretos de 16 mg/l para 1,5 mg/l.

50

Para Karthikeyen e Sundarraj (1999) os métodos de desfluoretação são

basicamente baseados em algum tipo de reação química com os íons fluoreto

podendo haver troca iônica com ou sem precipitação e, métodos baseados em

processos de adsorção.

A Associação Americana dos Serviços de Água (AWWA, 1951), informa

que o abrandamento da água de Ohio, EUA, com soda e cal, reduzia o teor de íons

fluoretos, pois, presente o magnésio, o hidróxido de magnésio absorvia os íons

fluoreto; o teor de magnésio igual a 23 mg/l reduzia a concentração de fluoreto de

1,5 à concentração desejável de 1,0 mg/l. Esta prática só é recomendável quando o

teor de fluoreto não exceder 3,5 mg/l.

Na natureza, as membranas exercem um papel importante na separação de

sais em solução, tal como na osmose. Nas variações tecnológicas em uso

comercial, as membranas semi-impermeáveis artificiais ou sintéticas têm a mesma

função, mas atuam de maneira diferenciada (Cravo e Cardoso, 1999), como na

osmose reversa (OR), sob pressão, e na eletrodiálise reversa (EDR), sob diferença

de potencial.

Segundo Schneider e Tsutiya (2001), o uso de membranas sintéticas

filtrantes para o tratamento de água pode ser, em certos casos, a solução mais

indicada para o suprimento de água em comunidades. O avanço tecnológico na

fabricação das membranas tem reduzido seu custo de forma significante (70% no

período de 1994-2000).

O conceito de tratamento convencional da água está, a cada dia que passa,

impondo a sua revisão face à insegurança proporcionada pelo sistema poluidor

atual. As operações e processos unitários de coagulação, floculação,

sedimentação, filtração rápida e desinfecção com cloro são, nos dias de hoje,

insuficientes para a remoção da complexa variedade de poluentes existentes, em

muitos mananciais utilizados, constituindo-se, portanto, em sistemas de

tratamento incompatíveis com os níveis de segurança com que devem operar os

sistemas públicos de suprimento de água (Schneider e Tsutiya, 2001).

Sistemas de membranas filtrantes (Microfiltração/MF, Ultrafiltração/UF,

Nanofiltração/NF, Osmose Reversa/OR, Eletrodiálise/ED e Eletroionização/EI)

vêm se mostrando, não apenas como uma tecnologia emergente, para aumentar os

51

níveis de qualidade da água de beber, em função das exigências da legislação

sanitária, mas como solução para substituir com vantagens, diversas operações e

processos unitários de tratamento (Schneider e Tsutiya, 2001).

Água potável com alta qualidade, por exemplo, poderá ser produzida de

mananciais com determinadas características que abastecem a Região

Metropolitana de São Paulo, com o emprego de membranas de MF e UF, sem a

necessidade de coagular, flocular, sedimentar e filtrar. Se, na água bruta,

ocorrerem íons de metais pesados, com tamanhos moleculares inferiores a 1.000

D, membranas de NF poderão ser utilizadas, e de OR, se os íons presentes forem

inferiores a 200 D (Schneider e Tsutiya, 2001).

Na Figura 8, a seguir, podem ser visualizados esses diferentes processos de

separação (Cravo e Cardoso, 1999).

Figura 8: Processos de separação por membranas sintéticas e dimensão relativa de alguns materiais que podem estar presentes na água.

Fonte: Cravo, 2003; D = Dalton (peso molecular), 1 D = peso de um átomo de hidrogênio.

52

A NF é uma tecnologia análoga à OR, porém as membranas de NF têm

rejeição, a íons monovalentes, inferior às membranas de OR, isto é, elas removem

uma fração de íons monovalentes menor que aquela removida por OR, sendo mais

indicadas para a remoção de íons divalentes e trivalentes, pesticidas e matéria

orgânica dissolvida na água (Schneider e Tsutiya, 2001).

Desde o início dos anos 60, o Instituto Nacional de Pesquisa em

Engenharia Ambiental (NEERI), em Nagpur, Índia, tem desenvolvido pesquisas

para a redução de fluoretos na água. A primeira unidade deste processo alternativo

de desfluoretação foi desenvolvida na Índia em Nalgonda, em Andha Pradesh, na

cidade de Kathri. Neste processo/tecnologia/alternativa, a água bruta é misturada

de forma adequada à cal e sulfato de alumínio.A dosagem de cal depende da

alcalinidade da água bruta. Se a água bruta tem alcalinidade adequada, a adição de

cal não se faz necessária. A adição de sulfato de alumínio será efetuada após a

adição da cal, misturada/agitada, suavemente, por 10 minutos, quando os flóculos

formados estarão prontos para a decantação. Este processo de formação dos

flóculos e decantação requer cerca de 1 (uma) hora (Susheela, 2002).

Nas áreas rurais, onde as famílias fazem a desfluoretação intradomiciliar,

ele recomenda misturar a água bruta com cal e sulfato de alumínio e deixá-la toda

noite, para na manhã do dia seguinte, o sobrenadante límpido ser transferido para

outro recipiente e usado para consumo com segurança. Nessa alternativa,

denominada Técnica de Nalgonda, além dos íons fluoreto, turbidez, cor, odor,

pesticidas e outras substâncias, também são removidas. A contaminação por

bactérias também é reduzida drasticamente. A adição de cal ou de carbonato de

cálcio garante uma alcalinidade adequada para a efetiva hidrólise do sulfato de

alumínio, que constitui o flóculo formado e, como resultado, o alumínio não

aparece na água tratada, (Susheela, 2002).

Ele cita as seguintes vantagens: pode ser usado tanto para tratamento

intradomiciliar, quanto para suprimento de pequenas comunidades; as operações

podem ser manuais; os produtos químicos são os mesmos utilizados nos processos

convencionais de tratamento de água; é de custo viável; muitos projetos já foram

desenvolvidos pelo NEERI em várias regiões; é flexível, portanto, poderá atender

53

regiões específicas; o desfluoretador atende às exigências do Departamento de

Padronização Indiano/Bureau Indian Standards (BIS), que é o limite de 1 mg/l.

Apesar de muito boa, esta alternativa exige um operador com muita

experiência, devidamente treinado e capacitado; é importante que a dosagem de

sulfato de alumínio e cal sejam determinados depois da avaliação da concentração

do íon fluoreto e da alcalinidade da água bruta, (Susheela, 2002).

A dosagem do sulfato de alumínio deve ser feita de acordo com a Tabela

6.

Tabela 6: Dose aproximada de sulfato de alumínio em mg/l requerida para se obter água para consumo humano nas condições recomendadas (< 1 mg F-/l) em função da água bruta de acordo com a variação da alcalinidade e a concentração do íon fluoreto. Fluoretos na Água Bruta (mg/l)

Alcalinidade (mg/l)

125 200 300 400 500 600 800 1000 2 145 220 275 310 350 405 470 520 3 220 300 350 405 510 520 585 765 4 * 400 415 470 560 600 690 935 5 * * 510 600 690 715 885 1010 6 * * 610 715 780 935 1065 1210 8 * * * * 990 1120 1300 1430 10 * * * * * * 1510 1690 * O tratamento deverá ser realizado após se aumentar a alcalinidade da água usando-se cal ou carbonato de sódio.

Fonte: Mjengera e Mkongo, 2002.

É obrigatório que essas dosagens sejam constantemente avaliadas em

função da sazonalidade, pois no período chuvoso a alcalinidade será alta, para o

caso de manancial de superfície; o operador deverá estar familiarizado com a

velocidade de mistura/agitação do sulfato de alumínio a fim de garantir que o

produto está adequadamente misturado e, então, certo de poder esperar cerca de 1

(uma) hora para uma satisfatória remoção dos flóculos e sua conseqüente

sedimentação.

Experiências têm demonstrado que se a mistura de sulfato de alumínio é

realizada em crescente velocidade, diminui as possibilidades de formação dos

flóculos e uma grande quantidade de sulfato de alumínio será necessária para a

remoção de fluoreto, causando um residual alto de alumínio na água; a principal

causa de preocupação com esta alternativa ou Tecnologia de Nalgonda, consiste

54

no fato de que se a dosagem de sulfato de alumínio não for segura, há a

possibilidade de excesso do alumínio contaminar a água produzida.

A concentração residual permitida de alumínio é de 0,03 a 0,2 mg/l, na

água potável de acordo com os BIS (o Ministério da Saúde/Brasil recomenda um

VMP de 0,2), visto que concentrações acima deste limite podem ser causa da

doença de Alzheimer.

Os compostos de alumínio são usados para o tratamento da água para

consumo humano em todo planeta.

Devido a esta preocupação, coagulantes alternativos e coagulantes de

reforços estão sendo estudados e recomendados; apesar desta séria desvantagem,

este produto, ainda continua sendo usado para a remoção de fluoretos em diversas

regiões da Índia.

Scheider e Tsutiya (2001) descrevem que os equipamentos que utilizam os

métodos e as técnicas de eletrólise para a remoção de íons, começaram a ser

comercializados na década de 60 e estão implantados, principalmente, nos Estados

Unidos e Japão. O princípio básico de sua aplicação considera que os sais em

solução têm um comportamento iônico e que esses íons são separados através de

membranas eletrodialíticas sob o efeito de uma diferença de potencial. A rápida

acumulação de sais nas superfícies das membranas reduz em muito a

produtividade do sistema. Entretanto, no início dos anos 70, unidades de

eletrodiálise reversa, onde uma reversão periódica da polaridade dos eletrodos

acontece a cada 15 a 20 minutos, evitando a constante necessidade de dosagem de

ácidos e neutralizadores nos canais de alimentação e de rejeito impedindo a

formação de incrustações proporcionadas pela precipitação dos sais insolúveis,

foram comercializadas.

Com a reversão da polaridade são acionadas, simultaneamente, válvulas

para o redirecionamento do fluxo de água nos canais, pois após a reversão da

polaridade, os canais de água tratada se tornam canais de concentrado e vice-

versa.

Todos os sistemas de grande porte de eletrodiálise utilizados com fins de

engenharia de saúde pública são de eletrodiálise reversa. Como exemplo temos as

ETA´s de Sarasota e Carlton, ambas nos EUA, com capacidade de 45.200 m³/dia.

55

Lindemamn (2004) informa que uma Central de osmose reversa (OR) está

sendo implementada na Arábia Saudita com a capacidade de produção de 1.000

m³/dia, que demandará um sistema de produção de energia de 750 kW e para este

suprimento será implantado um sistema de energia eólica. Sistemas menores de

osmose reversa (OR) com energia solar, através de células fotovoltaicas, estão em

funcionamento com capacidade de produção de 0,8 a 3 m³/dia e potência instalada

de 4,8 kW.

O USDOI (2001), Departamento do Interior dos Estados Unidos, cita as

seguintes vantagens e desvantagens das alternativas, Alumina Ativada (AA) e

Osmose Reversa (OR):

Alumina Ativada: Vantagens: apropriada para remoção de alguns tipos de

algas, produtos químicos orgânicos, pesticidas e THM´s (Trihalometanos).

Alumina Ativada: Desvantagens: pode haver desenvolvimento de bactéria

no leito de contato; o fluxo da água bruta no leito de contato tem que ser

rigorosamente controlado; necessidade de rigoroso controle em todos os aspectos;

o projeto é considerado delicado.

Osmose Reversa: Vantagens: produz água pura, alta eficiência, o processo

está evoluindo para baixas pressões (menor que 100 psi) significando menor

consumo de energia, unidades que ocupam pouco espaço; existência de

membranas para pequenas instalações.

Osmose Reversa: Desvantagens: instalação e operação caras,

monitoramento freqüente das condições da membrana.

O custo de implantação da estação de Osmose Reversa, com capacidade de

cerca de 600.000 galões por dia (2.220 m³/dia), com água bruta de 1.000, 2.500 e

5.000 ppm de Sólidos Totais Dissolvidos/STD é US$650.000, US$800.000, e

US$1.050.000, respectivamente.

56

O custo anual de operação de manutenção de uma estação de OR, nas

mesmas condições anteriores, é de US$400.000, US$450.000 e US$500.000

respectivamente.

3 - METODOLOGIA

3.1- Escolha do Método de Análise Hierárquica (MAH)

O Método de Análise Hierárquica (MAH) é uma ferramenta, que tem

ajudado diversas organizações na tomada de decisões ao redor do mundo.

Thomas L. Saaty (atualmente na Katz Graduate School of Bussines da

Universidade de Pittsburg, EUA), o aplicou, nos anos 70 (quando era professor

na Wharton School of Bussinesss da Universidade da Pennsylvania) em

consultoria de decisões em dezenas de corporações e agências, tais como o

Departamento de Estado Norte-americano, Xerox, Boeing, Merck, General

Eletric, Conoco Oil, e os governos do Canadá, África do Sul, Cingapura,

Indonésia, China, Irã, Argentina, Egito e Kuwait.

A grande aceitação desse método fez com que fosse desenvolvido, em

1983, o software Expert Choice (EC), que a partir de 1990, se transformou numa

organização e estabeleceu uma aliança estratégica e acordo de licença com o

grupo Gartner, que é um dos maiores centros de pesquisas em tecnologia da

informação (TI) do mundo.

Hoje, o EC é usado para alocar mais de US$ 30 bilhões ao ano em

organizações governamentais e comerciais ao redor do mundo.

Essas citações e o fato desse método estar sendo muito praticado em

estudos para a solução de problemas em engenharia de produção e de engenharia

ambiental justificam sua escolha neste estudo.

As organizações necessitam de integração da informação para a tomada de

decisão, especialmente em contextos onde existe uma diversidade de profissionais

atuando em conjunto (Oliveira e Freitas, 2003).

Os gestores públicos, tomadores de decisão, necessitam de mensurações

adequadas para dar suporte aos processos decisórios (Euren, 1998 apud Oliveira e

Freitas, 2003).

Para Medronho et al. (2003), a melhor síntese possível é essencial para a

tomada de decisão.

57

O Método de Análise Hierárquica (MAH) exige uma estruturação do

problema em vários níveis. O nível do OBJETIVO ou META do problema, deste

estudo, é a REMOÇÃO PARCIAL DO ÍON FLURETO; o nível imediatamente

inferior é o nível dos CRITÉRIOS, sendo o terceiro nível o das

ALTERNATIVAS, conforme está apresentado mais adiante no item 3.3, pág 71.

Neste estudo, a aplicação do MAH foi efetuada de acordo com o Apêndice

A, pág. 112. Os julgamentos foram registrados e quantificados em pares, como

elementos numéricos da matriz, seguindo a Escala de Importância ou de

Influência proposta por Saaty no Quadro 1, pág. 66.

a) Método de Análise Hierárquica

Segundo Thomas L. Saaty (1991), quando se pensa, identificam-se

necessidades, metas, objetos; concatenam-se as idéias, suas semelhanças e suas

diferenças. Quando se identifica um objeto, está decompondo-se sua

complexidade; quando se definem semelhanças e diferenças, está sintetizando-se.

Esse é o processo fundamental da percepção: decomposição e síntese, que é o

fundamento do método AHP desenvolvido pelo Prof. Saaty.

Suponha-se que “n” variáveis estejam sendo consideradas por um

pesquisador que tenha por objetivos:

1. Desenvolver um julgamento sobre a importância relativa dessas variáveis;

2. Assegurar que os julgamentos sejam quantificados de modo que permitam uma

interpretação quantitativa dos julgamentos entre todas as variáveis. Este objetivo

depende de um bom conhecimento técnico.

O objetivo é descrever um método de derivação a partir dos julgamentos

quantificados pelo pesquisador, isto é, a partir dos valores relativos associados aos

pares de variáveis, um conjunto de pesos é associado a variáveis individuais, do

modo definido a seguir. Esses pesos refletem os julgamentos quantificados do

pesquisador. Essa abordagem pretende tornar a informação resultante utilizável,

sem omitir as informações contidas nos julgamentos qualitativos.

O conjunto de variáveis, denominadas de critérios, é C1, C2,... Cn. Os

julgamentos quantificados dos pares de critérios Ci, Cj são representados por uma

matriz A, n-por-n, ou seja,

58

A = (aij), (i, j = 1, 2, 3,..., n), onde os elementos aij são definidos pelas seguintes

regras:

Regra 1: Se aij = � , então aji = 1 / � , � � 0;

Regra 2: Se Ci é julgado como de igual importância relativa a Cj, então aij = aji =1;

e, em particular, aij = 1, para todo i = j.

Assim a matriz A terá a seguinte forma:

A =

��

�

�

��

�

�

1...11

......

...11

...1

21

212

112

nn

n

n

aa

aa

aa

Sendo os julgamentos registrados e quantificados em pares (Ci, Cj), como

elementos numéricos “aij” na matriz A, o problema agora é designar para “n”

valores C1, C2,..., Cn, um conjunto de pesos numéricos w1, w2,..., wn, que refletem

os julgamentos registrados.

Para tanto, o problema formulado deve ser transformado num problema

matemático.

Esta etapa essencial é a mais trabalhosa em qualquer problema que

requeira a representação de uma situação real em termos de uma estrutura

matemática abstrata. É particularmente complicada no problema deste estudo,

onde a representação envolve um número de transições que não são

imediatamente discerníveis.

Desta forma, parece desejável ao problema deste estudo identificar as

etapas maiores no processo de representação, e tornar cada uma dessas etapas, o

mais explícito possível, a fim de capacitar o interessado potencial a formar o seu

próprio julgamento sobre o significado e o valor do método em relação ao seu

problema ou ao seu objetivo.

A questão maior está ligada ao significado de uma condição formulada

superficialmente na descrição dos objetivos, dos critérios e das alternativas. “O

conjunto de pesos deve refletir os julgamentos quantificados do pesquisador”.

59

Isso impõe a necessidade de descrever, de forma detalhada, como os pesos

“w” devem relacionar-se com os julgamentos paritários, “(Ci, Cj)”, ou “aij” através

de termos aritméticos precisos.

Em outras palavras, trata-se do problema de especificar corretamente as

condições que se deseja impor aos pesos que se procura para definir seus valores

em relação aos julgamentos obtidos.

A descrição desejada deve ser desenvolvida em 3 etapas, partindo-se do

caso especial mais simples para o mais amplo.

Etapa 1:

Supõe-se primeiro que os “julgamentos” sejam meramente o resultado de

medidas físicas precisas. O pesquisador receberá um conjunto de objetos C1, C2,

C3,..., Cn e uma balança de precisão. Para comparar C1 com C2 ele colocará C1

em uma balança e lerá seu peso, por exemplo, w1 = 305 gramas. Então, pesará C2

e encontrará w2 = 244 gramas.

Dividindo, w1, por w2, encontrará 1,25. Seu julgamento terá como

conclusão que C1 é 1,25 vez mais pesado que C2, registrando-o como a12 = 1,25.

Assim, neste caso ideal de medida exata, as relações entre os pesos w1 e

os julgamentos aij são simplesmente dadas por:

wi / wj = aij (para i, j = 1,2, ..., n) (1-1)

E a matriz A fica assim:

A =

��

�

�

��

�

�

n

nnn

n

n

w

w

w

w

w

w

w

w

w

w

w

ww

w

w

w

w

w

...

............

...

...

21

2

2

2

1

2

1

2

1

1

1

Entretanto, é irreal querer que estas relações signifiquem o caso geral.

Imposições destas relações restritas tornaria insolúvel, na maioria dos casos

práticos, o problema de encontrar “wi” (quando “aij” e “wj” são dados), uma vez

que mesmo medidas físicas nunca são exatas em seu sentido matemático, daí a

necessidade de uma tolerância para desvios; e, ainda, porque em julgamentos

humanos, estes desvios são considerados maiores.

60

Etapa 2:

Para permitir margem de desvios deve-se considerar a linha de ordem “i”

da matriz A.

Os elementos naquela linha são: ai1, ai2, ... , aij, ... ain.

No caso ideal (exato) esses valores são os mesmos das razões:

n

i

i

iii

w

w

w

w

w

w

w

w,...,...,

21

Então, no caso ideal, se multiplicar o primeiro elemento daquela linha por “wi”, o

segundo elemento por “w2”, e assim sucessivamente, obter-se-á:

inn

iij

j

ii

ii

i www

www

w

www

w

www

w

w===== ,...,...2

21

1

O resultado é uma linha de elementos idênticos,

iii www ,...,

onde, de um modo geral, obter-se-á uma linha de elementos que representaria o

espelhamento estatístico dos valores em torno de “ iw ”. Parece, então, válido

esperar que “ iw ” seja igual à média desses valores. Conseqüentemente, em vez

das relações do caso ideal, ),...,2,1,( njiwaw jiji == , as relações mais realísticas

para o caso geral assumem a seguinte fórmula, para cada “i” definido:

=iw média de ( ),..., 211 ninii waawa

Mais explicitamente:

j

n

jiji wa

nw �

=

=1

1 , onde i = 1, 2,..., n. (1-2)

Embora as relações em (1-2) representem uma flexibilidade substancial

das relações mais restritas em (1-1), ainda permanece a questão: é essa

flexibilidade suficiente para assegurar a existência de soluções? Ou seja, pode-se

assegurar que o problema de encontrar pesos únicos “ iw ” , quando os valores de

“ ija ” e “wj” são dados, possui solução?

61

Etapa 3:

Procurando-se a resposta para a questão essencialmente matemática

descrita acima, é necessário expressar a equação (1-2) numa outra forma ainda

mais simples. Para tal, é preciso sintetizar a linha de raciocínio que se

desenvolveu até aqui. Ao se procurar um conjunto de condições para os pesos

“ w ” relacionarem-se com os julgamentos quantificados, considerar-se-á

primeiramente o caso ideal (exato) descrito na Etapa 1 e que gerou a equação (1-

1).

Depois, conclui-se que uma situação real requereria flexibilidade para

desvios dos valores teóricos ideais (exatos), providenciando-se a flexibilidade

para tais desvios na Etapa 2, o que levou à formulação da equação (1-2).

Entretanto, verifica-se que esta condição ainda não é suficientemente realista, isto

é, que atenda ao caso ideal, ou seja, a equação (1-2) ainda, é restrita para assegurar

a existência de um peso “ w ” que venha satisfazê-la. Nota-se que, para estimativas

aceitáveis, “ ija ” deve ter a tendência de ficar próximo de j

i

w

we, assim, causar

uma perturbação pequena nesta razão. À medida que o elemento “ ija ” é

modificado, percebe-se que há uma solução correspondente de (1-2), isto é, “ iw ”e

“ jw ” podem ser modificados para acomodar esta variação em “ ija ”, partindo-se

do caso ideal, se “ n ” também sofrer modificações. Representa-se esse valor de

“ n ” como “ máxλ ”. Assim, a equação (1-2) se transforma em,

�=

=n

njjij

máxi waw

λ

1 , i = 1, 2,..., n (1-3)

com solução que também será única. Esse é o tão conhecido problema de

autovalor. Em geral, desvios em “ ija ” podem levar a grandes desvios tanto em

“ máxλ ” como em “ iw ”, para .,...,2,1 ni = Entretanto, este não é o caso para uma

matriz recíproca que satisfaça às regras 1 e 2. Porém, neste caso, a solução é

estável.

a.1) Relação de Consistência: Prioridade como Autovetor

Considere-se os critérios nCCCC ,...,,, 321 de algum nível de hierarquia.

62

Quer-se encontrar seus pesos de influência, nwwww ,...,,, 321 , sobre algum

elemento no próximo nível. A ferramenta básica é a matriz de números,

representando o julgamento de comparações paritárias. Pode-se mostrar por que o

autovetor com o maior autovalor é o escolhido para definir o melhor critério ou

critério prioritário.

Denomina-se ija o número que indica a importância de iC quando

comparado com jC . A matriz desses números é chamada A, onde A = ).( ija

Como observado, anteriormente, se ji

ij aa

1= , então, a matriz A é

recíproca. Se o julgamento for perfeito em todas as comparações, tem-se

jkijik aaa ×= para qualquer i, j, k , sendo denominada matriz de consistência.

Um caso claro de matriz de consistência é aquele no qual as comparações

são baseadas em medidas exatas, ou seja, os pesos nwwww ,...,,, 321 já são

conhecidos.

Então:

j

iij w

wa = , i, j = 1,2,3,...,n (2-1)

e, ainda,

ikk

i

k

j

j

ijkij a

w

w

w

w

w

waa ==×=×

Também: ijjii

j

ji awww

wa

1

/

1=== .

Analisando este caso com mais detalhes:

A equação da matriz yxA =× , onde ),...,( 1 nxxx = e, ),...,( 1 nyyy = é

uma notação abreviada para o conjunto de equações, i

n

jiij yxa =�

=1

, i,j, = 1,2,..., n.

63

Agora, observa-se que partindo da equação (2-1), obtém-se: 1. =i

jij w

wa ,

para i,j, = 1,2,..., n e, conseqüentemente, nw

wai

j

n

jij =�

=

1

1

, i = 1,2,...n; ou

ij

n

jij nwwa =�

=1

, i = 1,...n; o que é equivalente a nwAw = (2-2)

Em teoria matricial, esta fórmula expressa o fato de que w é um autovetor

de A, com autovalor “n”. Quando escrita em sua forma total esta equação fica:

C1 C2 ... Cn

nC

C

C

...2

1

��

�

�

��

�

�

n

nnn

n

n

w

w

w

w

w

w

w

w

w

w

w

ww

w

w

w

w

w

...

............

...

...

21

2

2

2

1

2

11

1

1

.

��

�

�

��

�

�

w

w

w

...2

1

= n

��

�

�

��

�

�

nw

w

w

...2

1

Em um caso prático, os elementos “ ija ” são valores baseados não em

medidas exatas, mas em julgamentos subjetivos. Então, os valores dos elementos

“ ija ” irão desviar-se das razões ideais j

i

w

w e, portanto, a equação (2-2) não mais

será válida. Logo, deve-se levar em consideração dois axiomas da teoria matricial

para o entendimento da questão.

Axioma 1: Se nλλλλ ,...,,, 321 são números que satisfazem a equação:

xAx λ= , ou seja, são autovalores da Matriz A, e se, ,1=ija para todo i, então:

i

n

ii n=�

=1

λ .

64

Portanto, se (2-2) é válida, então, todos os autovalores são zero, exceto

um, que é “n”. Claramente, então, no caso consistente, “n” será o maior autovalor

da Matriz A.

Axioma 2: A variação dos elementos ija de uma matriz recíproca positiva

de outra, por pequenos valores, os autovalores também variarão em pequenas

quantidades.

Desta forma, combinando-se estes princípios, encontra-se que, se a

diagonal da matriz A é constituída de elementos iguais a 1, ou seja, de elementos

1== jiij aa , e se a ela consistente, pequenas variações de “ ija ” manterão o maior

autovalor “ máxλ ”, próximo de “n”, e os autovalores restantes próximos de zero.

Logo, se A for a matriz de valores comparados paritariamente, a fim de

encontrar o vetor prioridade, deve-se encontrar um vetor “w” que satisfaça a

equação: wAw máx ×= λ . Como é desejável ter uma solução normalizada, altera-se

“ w ” um pouco, fazendo:

11

==�=

n

iiwα e, substituindo-se “ w ” por w×

α

1 assegura-se uma solução única

e também que:

11

=�=

n

iiw

Observa-se que, pequenas variações em ija implicam uma pequena

variação em .máxλ O desvio deste último a partir de “n” é uma medida de

consistência. Isso permite avaliar a proximidade da escala já desenvolvida e de

uma escala de razões que se quer estimar.

Então, a relação

1−

−

n

nmáxλ = IC (2-3),

é denominada Índice de Consistência ou indicador de proximidade da

consistência.

65

Em geral, se esse número for menor que 0,1 pode-se ficar satisfeito com o

julgamento.

A seguir, calcula-se a Razão de Consistência (RC) obtida pela divisão

ICR

IC, (2 – 4), onde o Índice de Consistência Randômica (ICR) foi pesquisado no

Laboratório Nacional de Oak Ridge conforme a Tabela 7:

Tabela 7: Índice de Consistência Randômico

n 1 2 3 4 5 6 7 8 9

ICR 0 0 0,58 0,90 1,12 1,24 1,32 1,41 1,45

Fonte: Saaty, 1991.

a2) Racionalidade do número 9 como limite superior.

Existem várias razões para se estabelecer um limite superior de escala.

(1) As distinções qualitativas são significativas na prática e têm uma

característica de precisão, quando os itens comparados apresentam a mesma

magnitude ou estão próximos com relação à propriedade usada para fazer a

comparação.

(2) Nota-se que a habilidade do ser humano para fazer distinções

qualitativas é bem representada por 5 atributos: igual, fraco, forte, muito forte e

absoluto. Pode-se estabelecer compromissos entre atributos adjacentes quando

uma precisão maior for necessária.

(3) Com a finalidade de reforçar a razão (2), um método prático

freqüentemente usado para avaliar itens tem sido a classificação de estímulos em

uma tricotomia de sentimentos: rejeição, indiferença, aceitação. Para melhorar

esta classificação, cada um desses, ainda poderá ser dividido na tricotomia: baixo,

médio e alto. Yoram Wind, apud Saaty (1991), ressaltou que estudos de marketing

66

conduzidos por Paul Green, mostraram que não são necessários mais do que 7

pontos numa escala para uma distinção entre estímulos.

(4) Limite psicológico de 7 ± 2: em uma comparação simultânea sugere-se

uma escala com 7 ± 2 itens satisfazendo a descrição sob a razão (1). Então, se os

objetos diferirem entre si levemente, precisar-se-á, no máximo, de 9 itens para

distinguir essas diferenças. Miller (1956) apud Triantaphyllou (1995), citam que

experimentos no campo da Psicologia têm mostrado que os seres humanos não

conseguem simultaneamente comparar mais que 7 itens (mais ou menos 2), sendo

esta a principal razão de Saaty ao definir o máximo de 9 itens na escala que

idealizou e apresentada no Quadro 1.

Quadro 1: Escala de Importância proposta por Saaty.

Intensidade de Importância Definição Explicação

1 Igual importância As duas variáveis ou critérios ou alternativas contribuem igualmente para o objetivo

3 Importância fraca de uma variável sobre a outra

A experiência e o julgamento favorecem uma variável ou um critério ou uma alternativa, fracamente em relação à outra

5 Importância forte ou essencial

A experiência e o julgamento favorecem uma variável fortemente em relação à outra

7 Importância muito forte Uma variável é muito fortemente favorecida em relação a outra e pode ser demonstrada na prática

9 Importância absoluta A evidência favorece uma variável em relação à Outra com o mais alto grau de certeza ou absolutamente.

2, 4, 6, 8 Valores ou intensidades intermediárias entre valores ou intensidades adjacentes

Quando se procura uma condição de compromisso entre duas definições ou entre duas valorizações ou intensidades.

Recíprocos dos valores ou

intensidades acima de zero

Se a variável i recebe uma intensidade em comparação com j, então j, tem a intensidade recíproca, quando comparada com i.

Uma designação razoável

Racionais Razões resultantes da escala

Se a consistência tiver de ser forçada para obter valores numéricos n, para completar a matriz.

Fonte: Saaty, 1991

67

3.2 – Escolha dos Critérios

Os 4 (quatro) CRITÉRIOS escolhidos para análise e considerados no

desenvolvimento deste estudo estão relacionados a seguir, e se encontram com a

descrição de suas principais características para permitir uma melhor compreensão

da complexidade do problema, cuja sugestão de solução, por meio de um

ranqueamento final, terá como primeiro passo uma comparação entre si e como

segundo passo uma comparação das 3(três) alternativas com cada critério.

Critério 1 – CARACTERÍSTICAS FÍSICO-QUÍMICAS DA ÁGUA

BRUTA e a QUANTIDADADE DE ÁGUA A SER TRATADA - [AB(Q)]:

Todos os projetos devem ser precedidos de uma análise completa da água

bruta ou de alimentação da unidade de tratamento.

Os parâmetros que devem ser analisados são os seguintes: temperatura;

pH; condutividade elétrica; concentração de ânions e cátions; outros íons tais

como metais pesados; poluentes orgânicos voláteis ou não, de baixo peso

molecular (organoclorados, hidrocarbonetos, pesticidas); cheiro; cor; gases;

sólidos dissolvidos totais; colóides; turbidez; alcalinidade total, alcalinidade de

carbonatos, dureza total; parâmetros de fouling (colmatação): SDI (Silte Density

Index), MFI (Membrane Fouling Index); demanda bioquímica de oxigênio,

demanda química de oxigênio, carbono orgânico total e carbono orgânico solúvel

(Schneider e Tisutiya, 2001).

A concentração máxima de flúor observada, na revisão da literatura foi de

20 mg/l (Charbel, 1990). Porém predominaram nos estudos teores de 2 a 10 mg/l.

Dentre os parâmetros de qualidade da água bruta predominaram o controle em

torno de 11 (onze) parâmetros: temperatura, pH, alcalinidade total, carbonato,

bicarbonato, dureza total, cálcio, magnésio, cloreto, sulfato e nitrato.

A quantidade de água produzida expressa em m³/dia, reflete a definição do

porte da unidade de tratamento (desfluoretação parcial) referente à demanda

definida no horizonte de projeto e na identificação das empresas especializadas na

fabricação de insumos e de equipamentos.

Para os casos da aplicação de osmose reversa (OR) as menores unidades

disponíveis no mercado deverão ser consideradas, assim como a vida útil das

membranas, específicas e previamente dimensionadas. Para os casos da utilização

68

do carvão de osso (CO) e alumina ativada (AA) são consideradas a vida útil do

meio filtrante e dificuldades de aquisição.

As maiores vazões observadas em estações para a remoção dos íons

fluoreto, em excesso, foram estações de desfluoretação parcial de 400 galões por

minuto, cerca de 1.468 litros por minuto em Cordero (1972), e em NEERI (2003).

Produções em grande escala, não especificamente, para a desfluoretação,

mas para a dessalinização de água salobra e água do mar, foram observadas em

Schneider e Tsutya (2001) e Wright (2004).

No caso de águas subterrâneas provenientes de poços profundos, objeto

deste estudo, pode não ser necessário a análise de todos os parâmetros acima

recomendados, pois elas diferenciam muito das águas de superfície, não estando,

por exemplo, sujeitas a grandes variações na turbidez e à presença de poluentes

orgânicos, sendo bioestáveis, apresentando um grau de pureza que permite a sua

distribuição imediata, se não apresentasse excesso de íons fluoreto acima da

legislação em vigor.

Critério 2 – CARACTERÍSTICAS FÍSICO-QUÍMICAS DA ÁGUA

TRATADA COM ÊNFASE NA CONCENTRAÇÃO ÓTIMA FINAL

DESEJADA DOS ÍONS FLUORETO - [(AT)]:

Em geral, as águas subterrâneas captadas através de poços tubulares

profundos têm qualidade superior às águas de superfície. Neste estudo,

considerou-se a necessidade de remoção parcial do íon fluoreto em regiões com

anomalia hidroquímica geogênica, que coloca em risco a saúde dos moradores

naquelas regiões, impondo a necessidade da desfluoretação parcial.

A concentração ótima final desejada deve seguir a legislação específica,

adequada para cada região, de acordo com a média da temperatura máxima local

observada no período mínimo de um ano, obedecendo sempre ao Valor Máximo

Permitido (VMP) recomendado na Portaria nº 518 do Ministério da Saúde.

O Serviço Americano de Saúde Pública (USPHS) recomenda a

concentração ótima final de íon fluoreto para a água de consumo humano de

acordo com a Tabela 8. O Brasil segue esta recomendação por meio da Portaria nº

635/75 do Ministério da Saúde, que regulamenta a Lei nº 6050/74.

69

Tabela 8: Limites recomendados para a concentração ótima final de fluoreto

Temperatura média

( o C ) Limites para fluoreto (mg/l)

Inferior Ótimo Superior

10,0 – 12,1 0,9 1,2 1,7

12,2 – 14,6 0,8 1,1 1,5

14,7 - 17,7 0,8 1,0 1,3

17,8 – 21,4 0,7 0,9 1,2

21,5 – 26,2 0,7 0,8 1,0

26,3 – 32,5 0,6 0,7 0,8

Fonte: Brasil, Portaria no 635/75.

O teor final de íons fluoreto, dentre outros parâmetros, é função dos

seguintes fatores:

- no caso da alternativa de carvão de osso (CO) e alumina ativada (AA): do tempo

de contato da água bruta com o leito adsorvente; da granulometria do leito; dos

íons competitivos presentes na água bruta; da temperatura e do pH da água bruta.

- no caso da alternativa de osmose reversa (OR): o tipo de membrana será

definido em função das características da água bruta. Nesse caso, fenômenos

físicos prevalecem sobre os químicos, tendo em vista as condições operacionais

do processo, principalmente a alta pressão de operação.

Critério 3 – CUSTO IMPLANTAÇÃO (CI):

Inclui a aquisição do terreno, investimento em obras, instalações, compra e

armazenamento dos materiais de consumo e aquisição dos equipamentos com

entrega no local.

O Instituto Nacional de Pesquisa em Engenharia Ambiental, de Nagpur,

Índia, NEERI (2003), apresenta no Quadro 2, os custos de implantação, onde

considera as obras civis, instalações e insumos, necessários a uma estação de

desfluoretação parcial com alumina ativada específica (AC Grade 80; tamanho

70

esférico: 2 - 3 mm; área superficial: 250 m2/g, peso específico: 0,80 - 0,85 kg/l;

porosidade: 0,3 - 0,4 cm3/g) sendo a concentração máxima de íons fluoreto (F-) na

água bruta de 5,4 mg/l, a alcalinidade igual a 400mg/l de CaCO3 e o pH 7,6 a

8,5.

Quadro 2: Custos de implantação de estações de desfluoretação parcial à base de alumina ativada (Ano Base: 1991).

Capacidade (m³/dia)

Total (Rúpia Indiana)

Total(USD) Total (R$)

10 579400 12.393,36 28.380,80 20 618350 13,226,50 30.288,68 40 650910 13,922,96 31.883,58

Fonte: NEERI, 2003.Obs.: (a) 1 INR = 0,02139 USD; (b) 1 USD = 2,8 R$

Critério 4 - CUSTO DE PRODUÇÃO E DE OPERAÇÃO E MANUTENÇÃO

- [C(P) (OM)]:

Incluem as despesas com mão de obra, peças de reposição, depreciação;

monitoramento e avaliação; vida útil e regeneração do leito de adsorção; vida útil

da membrana; custo de produção expresso pela razão R$/m³ da água produzida e

consumo de energia elétrica expresso em R$/kWh. Deve-se também considerar as

despesas com empresas especializadas que prestam assistência técnica e

capacitação dos operadores da unidade de tratamento.

O Instituto Nacional de Pesquisa em Engenharia Ambiental, de Nagpur,

Índia, NEERI (2003), apresenta no Quadro 3 os custos de produção e de operação

e manutenção, onde considera a depreciação, o consumo de produtos químicos, a

despesa com pessoal e consumo de energia elétrica necessários a uma estação de

desfluoretação parcial com alumina ativada específica (AC Grade 80; Tamanho

esférico: 2 - 3 mm; área superficial: 250 m2/g, peso específico: 0,80 - 0,85 kg/l;

Porosidade: 0,3 - 0,4 cm3/g) sendo a concentração máxima de íons fluoreto (F-) na

água bruta de 5,4 mg/l, a alcalinidade igual a 400 mg/l de CaCO3 e o pH 7,6 a

8,5.

71

Quadro 3: Custos de produção e de operação e manutenção de estações de várias capacidades de desfluoretação parcial à base de alumina ativada (Ano Base: 1991).

Capacidade (m³/dia)

Total(Rúpia Indiana/m³)

Total (USD/m³) Total (R$/m³)

10 53,20 1,14 3,19 20 30,34 0,65 1,82 40 18,11 0,39 1,09

Fonte: NEERI, 2003.- Obs. (a) 1 INR = 0,02139 USD; (b) 1 USD = 2,8 R$.

Outras comparações de custos podem ser observadas em Cordero (1972),

Schneider e Tsutiya (2001), em Wright (2204), que descreve as necessidades de

manutenção e de operação de uma estação de 28 milhões de galões por dia (cerca

de 105.980 m³/dia) na cidade de Tampa Bay, Flórida, nos Estados Unidos e

USDOI (2001), já citadas anteriormente na revisão bibliográfica.

3.3- Escolha das Alternativas

A solução para o problema apresentado neste estudo, isto é, a pequena

comunidade não ter outra alternativa, a não ser utilizar o manancial subterrâneo

com água fora dos padrões exigidos para o consumo humano, no que diz respeito

ao alto teor de íons fluoreto, é um desafio e, dos vários processos observados na

literatura, verificou-se-se que, a maioria deles, foram experimentados apenas em

escala de laboratório, poucos foram experimentados em planta piloto, outros

praticados em comunidades de pequeno porte apenas no nível intradomiciliar e,

quando de forma coletiva, a produção visava somente o suprimento de água para

beber e para a preparação dos alimentos.

Observou-se, na revisão da literatura, a utilização de uma grande variação

de materiais ou compostos químicos, cada um caracterizando um processo

(alternativa/técnica), principalmente devido às condições peculiares de cada

situação e muitas vezes não se referia à água subterrânea. Entretanto, todos

refletiam aspectos técnicos e econômicos.

Desta forma, justifica-se a seleção das seguintes alternativas, para o

desenvolvimento do modelo de decisão: carvão de osso (CO), alumina ativada

(AA), osmose reversa (OR).As duas primeiras foram escolhidas por terem sido as

72

mais utilizadas conforme a revisão bibliográfica e, por serem praticadas no nível

domiciliar e no nível coletivo. A osmose reversa (OR), por ser uma tecnologia

nova, de aplicação relativamente recente, com custos em freqüente redução,

devido às descobertas de novas tecnologias, e por ser muito aplicada em

suprimento de água de beber em pequenas comunidades no Brasil, quando há

necessidade de dessalinização de água salobra.

Atualmente, ainda é bastante onerosa, quando aplicada no nível

intradomiciliar, porém tem seus custos decrescentes à medida que se aumenta a

quantidade de água a ser produzida, água essa de alta qualidade, pois pode reter

outros materiais indesejáveis quando presentes na água, tais como arsênio e

microorganismos patogênicos.

Das alternativas de desfluoretação, pesquisadas na revisão bibliográfica,

foram selecionadas 3 (três): carvão de osso (CO), alumina ativada (AA) e osmose

reversa (OR), por serem as mais significativas para a realidade brasileira e, ainda,

serem as mais citadas, testadas e aplicadas no País e no Exterior, com exceção as

membranas de osmose reversa, das quais não foi obtida nenhuma referência, no

Brasil, de seu uso para a remoção exclusiva de fluoretos em escala industrial.

Em síntese, a justificativa para a escolha destas 3 (três) alternativas levou,

também, em consideração, além dos aspectos citados, os seguintes fatores:

(i) disponibilidade de materiais, equipamentos e assistência técnica,

(ii) vida útil dos equipamentos (osmose reversa), da membrana sintética que é

função da pressão de operação, do fluxo de alimentação, do pH, da concentração

inicial de íons fluoreto e outros íons, das características operacionais (área útil,

temperatura máxima, pH de operação, pH de limpeza, pressão máxima de

operação, rejeição a sílica, rejeição aos sólidos totais dissolvidos, fluxo do

permeado, hidrólise, etc) e dos materiais adsorventes / trocadores ou leitos de

contato, que são função de porosidade, densidade, granulometria, tempo de

retenção, dimensão das células, disposição do leito, expansão dos leitos nos

ciclos, empacotamento da alumina, regeneração, etc),

(iii) recursos humanos necessários na operação e manutenção,

(iv) quantidade de rejeitos produzidos,

(v) cuidados com o manejo de substâncias tóxicas envolvidas no processo,

73

(vi) participação do consumidor.

4 – ANÁLISE DAS ALTERNATIVAS SELECIONADAS.

4.1 - Carvão de osso (CO)

Segundo Susheela (1992), esta técnica foi desenvolvida pela primeira vez,

na Índia, pelo Centro Inter-Regional de Saúde Bucal (ICOH), da Faculdade de

Odontologia/Universidade de Chulalongkoran, Bangkok num trabalho conjunto

com a Organização Mundial de Saúde (WHO). É um método baseado no princípio

da adsorção através do carvão de osso.

A coluna de desfluoretação (comprimento de 75 cm e diâmetro de 9 cm)

tem uma torneira na parte inferior e uma tampa com um pequeno orifício para

entrada de água bruta na parte superior. A coluna é preenchida com 300 g de

carvão vegetal triturado, formando uma camada no fundo para absorção da cor e

do cheiro. Sobre esta camada, é colocada uma camada de 1.000 g de carvão de

osso.

Ainda sobre a camada de carvão de osso prepara-se uma terceira camada

com 200g de seixos para se prevenir contra a flutuação de algum carvão de osso,

cuja granulometria deve ser de 40 a 60 mesh (0,35 a 0,25 mm), após a calcinação

a uma temperatura aproximada de 600º C, durante 20 minutos. Todo este conjunto

constitui o desfluoretador. A água bruta deve ser nela introduzida por gravidade,

por meio de um reservatório apropriado na vazão de 4 l/h. A água desfluoretada,

ou, a água com a concentração do íon fluoreto desejada (concentração ótima final)

é coletada em um recipiente apropriado a partir da torneira instalada no fundo da

coluna do desfluoretador.

O leito de contato (coluna de carvão de osso), de acordo com os autores do

projeto, perde a ação após um a três meses, dependendo dos níveis de

concentração de íon fluoreto na água bruta e da quantidade consumida de água

tratada, devendo ser substituído.

Neste processo, 15 a 20 litros de água devem ser inicialmente passados

através da coluna (desfluoretador) e serem descartados.

No final do processo a água não tem odor, nem cor impeditivos ao

consumo humano.

74

A dúvida que surge neste contexto é, se há o descarte de 15 a 20 litros de

água toda vez para percolar a coluna e eliminar o odor indesejável da água, valerá

a pena usar o carvão de osso?

Esta técnica está implantada em algumas vilas em Nalgonda, Índia,

patrocinada pela Organização Mundial da Saúde.

Inicialmente, há uma repulsão ao uso desta água tratada com carvão de

osso. Uma aceitação mais fácil desta água acontece pela população consumidora

vegetariana.

Como o procedimento para a redução de fluoretos da água é um processo

simples e barato, e como a operação e manutenção não apresentam problema,

talvez uma parte da população poderá aceitar esta água sem hesitação.

Neste caso, esta tecnologia poderá ser difundida em áreas específicas, para

atendimento a pequenas comunidades, mas ela demonstra dúvidas quanto à sua

aceitação de forma generalizada.

A Fundação SESP, atual Fundação Nacional de Saúde (FUNASA)

desenvolveu pesquisa com farinha de osso calcinado, no distrito de Rafael Arruda,

no município de Sobral no Estado do Ceará. Entretanto, esta pesquisa não foi

divulgada (Lima, 1990) e, ainda, vivenciou um problema em Cocal do Sul, no

Estado de Santa Catarina, no final dos anos 80, onde o poço foi abandonado e um

manancial de superfície foi providenciado.

Lima (1990), desenvolveu pesquisa em Rafael Arruda, no Estado do

Ceará, utilizando carvão de osso para a remoção de fluoreto em água bruta com

concentração de 2,5 mg/l. A estação de desfluoretação experimental tinha a

capacidade 75 l/h, e concluiu que somente nas primeiras 92 horas de

funcionamento do leito de contato apresentava bom desempenho e que, o custo do

carvão de osso, aliado às dificuldades de adquirí-lo, eram fatores extremamente

limitantes a uma possível implantação em escala real.

4.2 - Alumina ativada (AA).

Vários pesquisadores (Boruff, 1934; Swope e Hess, 1937) mostraram que

a alumina ativada possui uma capacidade efetiva de remoção do íon fluoreto,

através de demonstrações em pequenas escala. Várias patentes (Adler et al., 1938;

75

Maier, 1950/1951) enfocam processos de remoção desse íon, empregando óxido

de alumínio.

A utilização de alumina ativada para a desfluoretação parcial da água

visando o consumo humano, em escala suficiente para suprimento coletivo

ocorreu em Bartlett, Texas, Estados Unidos da América do Norte, através da

implantação de uma Estação de Tratamento de Água/ETA, que operou

continuamente de 1952 a 1977. A capacidade de troca desta ETA era de 1.560 g

de fluoretos por m³ de alumina ativada, quando a água apresentava um teor de 8

mg/l de F- e essa capacidade era reduzida para 920 g de fluoreto por m³ de

alumina ativada quando a água bruta apresentava um teor de 3 mg/l fluoreto

(Maier, 1961).

Outras ETA´s operando em escala para suprimento coletivo de

comunidades são: Desert Center, Califórnia; Rancho X-9, próximo a Tucson,

Arizona. Uma ETA em Gila Bend, também no Arizona, entrou em operação em

maio de 1978. A capacidade destas ETAs são: Desert Center: 5.680 m³/dia, com

redução do teor de fluoreto de 8 mg/l para 1 mg/l; Rancho: 2.650 m³/dia, com

redução do fluoreto de 5 mg/l para 1 mg/l; Gila Bend: 1ª ETA: 2.840 m³/dia com

redução de 5:1; 2ª ETA: tem capacidade de remoção de 4.520 g de fluoretos por

m³ de alumina ativada e corresponde a cerca de 4 vezes a ETA de Bartlett

(Alvarinho e Martinelli, 2000).

Cordero (1972), apresenta os seguintes comparativos de custos para as

técnicas de carvão animal, sulfato de alumínio e alumina ativada:

1 - Remoção do íon fluoreto com alta dosagem de sulfato de alumínio. US$ 35,00

por mil galões, aproximadamente US$ 0,01/m³ (ano de 1960). Dados obtidos na

ETA piloto de Great Falls, Maryland, USA.

2 - Remoção do íon fluoreto por meio do processo de troca iônica:

2.1 - ETA de Britton, Dakota do Sul: US$ 50,00 por mg, equivalente a US$

0,013/m³, usando como insumo o carvão animal.

2.2 - ETA de Bartlett, Texas: US$ 55,00 por mg, equivalente a US$ 0,015 / m³,

usando como insumo, a alumina ativada.

Apresentou, ainda, o Quadro 4, onde se observa uma comparação de

custos:

76

Quadro 4: Comparação de custos das unidades de Bartlett e Britton, nos Estados Unidos da América.

Item Bartlett Britton

Capacidade* (gpm) 400 300

Redução de F- (ppm) 8 a 0,85 6,7 a 1,5

Volume de água/ciclo (gal) 400.000 400.000

Custo do Equipamento 11.350 12.245 (inclusive insumo)

Insumo (Trocador/Leito de

Contato).

Alumina ativada Carvão animal

Custo do Insumo (US$ / libra) 0,20 0,085

Tipo de Tratamento tanque de contato filtro a pressão

Volume do insumo (ft³) 500 300

Inauguração 1952 1948

Custo de Operação (US$ / m³) 55 (0,015 / m³) 50 (0,013 / m³)

Custo de ajuste do pH (US$ / m³) 25 25 *Controlando-se o pH a um valor ligeiramente maior que 7,0, aumenta-se a capacidade do volume de água tratada por ciclo, ao dobro (aproximadamente) diminuindo-se o custo de tratamento à metade.

Fonte: Cordero,1972.

Charbel (1990) informa que seus experimentos usando microesferas de

alumina (Tecnologia IPEN/Departamento de Engenharia Química) permitiram

concluir que se trata de uma alternativa eficiente para remoção de fluoreto em

águas. A máxima capacidade de troca observa-se somente no primeiro ciclo, isto

é, quando a alumina ativada é usada pela primeira vez. Para a mesma coluna, a

eficiência de remoção de fluoreto cai com o número de ciclos.

Observa-se também que há solubilização da alumina ativada, com a

conseqüente redução do diâmetro das microesferas, especialmente pela eluição

com agentes ácidos, observando-se, finalmente, o empacotamento da alumina

ativada na coluna.

No processo em que se usa NaOH 0,1 M como eluente, praticamente não

se observa a dissolução da alumina ativada , porém, sabe-se que, para a retenção

dos íons fluoreto na presença de outras impurezas este eluente não é eficiente para

77

eluir os cátions retidos juntamente com os ânions fluoreto, provocando o

envenenamento da alumina ativada/adsorvente (leito de contato).

No País, a Companhia de Tecnologia de Saneamento Básico (CETESB) é

a maior detentora de experiência na remoção parcial de fluoretos em águas de

abastecimento para pequenas comunidades, com a utilização de alumina ativada.

A alumina ativada granular CETESB apresentou resultados de retenção de

íons fluoreto comparáveis às microesferas de alumina ativada produzidas pelo

IPEN, com a desvantagem de não permitirem um tratamento com ácido para o

segundo ciclo. A alumina ativada na forma de microesferas comportou-se melhor

nesse aspecto.

Com relação à retenção de íons fluoreto na presença de outras impurezas

pode-se dizer que estas causaram uma diminuição da capacidade de adsorção, a

qual pode ser atribuída à competição iônica.

4.3 - Osmose reversa (OR)

Águas marinhas, águas subterrâneas e águas de superfície que contêm

elevada concentração de sais, principalmente, o cloreto de sódio, são

dessalinizadas com a utilização da osmose reversa (OR) (Schneider e Tsutiya,

2001). Esta tecnologia também pode ser utilizada na desfluoretação parcial das

águas (Cravo e Cardoso,1999).

O princípio operacional desse processo foi desenvolvido no final da

década de 60 e suas aplicações foram iniciadas em meados de 1970. No Brasil a

sua utilização ocorreu a partir de 1986.

A osmose é um fenômeno natural de caráter físico-químico, conhecido há

mais de 200 anos. Nela, quando duas soluções, com diferentes concentrações são

separadas em um mesmo recipiente por uma membrana semipermeável ocorre

espontaneamente a passagem da solução de menor concentração no sentido da

solução de maior concentração até que se estabeleça um ponto de equilíbrio.

O fluxo ocorre porque a solução de menor concentração encontra-se em

um estado de maior energia. Nesse ponto de equilíbrio, a coluna da solução menos

concentrada estará, relativamente, abaixo da coluna do lado da solução mais

concentrada. Essa diferença de altura entre as colunas das soluções é conhecida

como pressão osmótica.

78

Por outro lado, a osmose reversa (OR) ou inversa é um processo induzido,

obtido por intermédio da aplicação mecânica de uma pressão superior à pressão

osmótica do lado da solução mais concentrada fazendo com que ocorra um fluxo

no sentido da solução de menor concentração.

Na Figura 9, pode ser vista uma ilustração para o entendimento do

processo de osmose reversa.

Figura 9: Sentido da pressão na osmose reversa (OR) ou osmose inversa

Fonte: : Mierzwa e Hespanhol, 2004. .

No Quadro 5, abaixo, observa-se as faixas de pressão de operação das

membranas semipermeáveis sintéticas para os diferentes tipos de água a serem

tratadas.

Quadro 5: Faixa de pressão de operação de sistemas de osmose reversa (RO) para águas com diferentes níveis de salinidade. Tipo de Água Faixa de Salinidade

(mg / l SDT*) Rendimento (%) Pressão de Operação

(bar) Marinha 35.000 (oceanos)

37.500 (Mediterrâneo) 42.000 (Mar Vermelho)

45.000 (Golfo Pérsico)

30 a 45

50 a 60

50 a 70

90

Salobra Até 10.000 Até 90 5 a 20 *SDT = Sólidos Dissolvidos Totais

Fonte: Schneider e Tsutiya, 2001.

79

A principal função das membranas de osmose reversa (OR) é a

rejeição/retenção de sais, que depende dos seguintes fatores:

(i) Temperatura: a rejeição/retenção diminui com o aumento da

temperatura;

(ii) Pressão: a rejeição/retenção aumenta com o aumento da pressão;

(iii) pH: a rejeição/retenção é relativamente constante na faixa de pH de

operação da membrana;

(iv) Concentração de sal: a rejeição/retenção diminui com o aumento da

concentração de sal;

(v) Rendimento: a rejeição/retenção diminui com o aumento do

rendimento da membrana (Schneider e Tsutiya, 2001).

As maiores Estações de Tratamento de Água (ETA´s) de osmose reversa (OR)

em operação encontram-se na Arábia Saudita, em Medina com a capacidade de

28.000 m³/dia; nos EUA, em Tampa Bay com 110.000 m³/dia e, em Trinidad &

Tobago, com 103.000 m³/ ia (Magara et al., 2000 e Graves et al. 2001).

O desenvolvimento de membranas de osmose reversa (OR), para

tratamento de águas salobras, é uma área de inovação tecnológica extremamente

dinâmica. Até meados da década de 70, era necessário usar membranas de

dessalinização de águas marinhas para o tratamento de águas salobras. Esses

sistemas operavam com pressão de cerca de 27 bares. Atualmente, novas

membranas foram lançadas no mercado para operarem com pressões de 5 a 12

bares para a dessalinização da água salobra.

O ciclo mais recente de inovação tecnológica é a introdução de membranas

com alta resistência ao biofouling (colmatação). Este último ciclo está

viabilizando a aplicação da tecnologia de osmose reversa (OR) para o tratamento

de águas de superfície, em larga escala e a preços competitivos com as tecnologias

convencionais (Gerard et al. 1998; Jenkins e Tanner, 1998; Redondo, 1999;

Mauth et al.,1999; Van Houtte et al.,1999; apud Schneider e Tsutiya, 2001).

A osmose reversa (OR) propicia uma água extremamente pura do ponto de

vista físico, químico e bacteriológico. Retém 95 a 99% dos contaminantes

químicos, praticamente todas as bactérias, fungos, algas e virus, além de reter

80

pirógenos e materiais proteicos de alto peso molecular (Silva et al.,1996). Nas

Figuras 10 e 11, podem ser observados 2 (dois) fluxogramas do processo

operacional normal de uma unidade de dessalinização da água.

Figura 10: Esquema (a) de tratamento da água salobra no processo de osmose reversa (OR)

Fonte: Cravo e Cardoso,1999.

Figura 11: Esquema (b) de tratamento da água salobra com osmose reversa (OR)

Fonte: Cravo e Cardoso, 1999.

81

Os recentes avanços tecnológicos em osmose reversa (OR) produzem água

de ótima qualidade a custos razoavelmente competitivos, quando comparados aos

processos padronizados (Roque, 1999).

Alguns parâmetros de comparação entre as tecnologias de Osmose

Reversa (OR), Nanofiltração (NF) e Eletrodiálise Reversa (EDR) podem ser

observados no Quadro 6.

Quadro 6: Produtividade em m³ / dia das ETAs instaladas em Port Hueneme, Califórnia.

ETA

Alimentação

Permeado

Rejeito

Rendimento da

Membrana (%)

Bypass

Produção Total (inclui mistura

com água de

bypass)

Rendimento Total (%)

OR 6.950 5.560 1.390 80 2.317 7.877 85

NF 7.027 5.622 1.405 80 1.545 7.166 84

EDR 6.410 5.328 1.081 83 0 5.328 83

Fonte: Reynolds e Leitz, 2001, apud Schneider e Tsutiya, 2001.

O Quadro 7, mostra a qualidade da água produzida por diversos sistemas

de purificação (dessalinização da água salobra).

Quadro 7: Qualidade da água produzida pelos diferentes sistemas de dessalinização de água salobra avaliados nas ETAs de demonstração de Port Hueneme, Califórnia.

Parâmetro Água Bruta

Permeado OR

Permeado NF

Permeado EDR

Água produzida

SDT(mg/l) 1000 16 40 370 370 Condutividade

(�S/cm) 1.390 23 58 595 595

Dureza (mg/l CaCO3)

560 8 16 114 179

Alcalinidade (mg/l CaCO3)

220 5 8 148 123

pH 7,2 5,0 5,6 7,2 8,2 Cálcio (mg/l) 140 nd* nd 27 46

Magnésio(mg/l) 52 Nd nd 11 16 Sódio (mg/l) 94 3 4 67 53

Cloreto (mg/l) 56 2 12 29 25 Sulfato (mg/l) 480 2 2 69 138 Nitrato(mg/l) 20 2 4 8 8

*nd = não detectável


82

Comparações entre os custos de operação e manutenção dos processos de

osmose reversa (OR), nanofiltração (NF) e eletrodiálise reversa (EDR) podem ser

vistos no Quadro 8.

Quadro 8: Custos de operação e manutenção (US$/m³) de osmose reversa (OR), nanofiltração (NF) e eletrodiálise reversa (EDR) obtidos nas ETAs de demonstração de dessalinização de água salobra de Port Hueneme, Califórnia. Sistema Mão de

Obra Energia Pré-

Tratamento Pós-

Tratamento Limpeza Química

Total

OR 0,047 0,012 0,009 0,013 0,0008 0,082

NF 0,047 0,011 0,010 0,013 0,0008 0,082

EDR 0,047 0,084 0,008 0,011 0,0008 0,090


No caso de projetos, ao se optar pelo uso de membranas filtrantes,

Schneider e Tsutiya (2001), sugerem a seguinte seqüência para a tomada de

decisão na definição da escolha da tecnologia mais adequada para a potabilização

das águas:

83

Sim

Não há necessidade de sistema de membrana para

a potabilização.

Não

Sim MF ou NF.

Não

Sim MF ou UF com carvão ativado ou coagulação.

Não

Sim NF.

Não

Sim EDR ou OR.

Não

OR.

Água de boa qualidade

Somente material particulado a remover

Contaminantes orgânicos ou colóides adsorvem com alta eficiência a carvão ativado ou podem ser coagulados

Contaminantes são moléculas orgânicas com peso molecular > 200 D ou íons bivalentes e trivalentes

Necessidade de remoção de íons de baixo peso molecular ( < 200 D), mas não é necessário remover outras partículas ou moléculas

84

5 – DISCUSSÃO E APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS

5.1. O modelo de decisão

A escolha da alternativa mais apropriada de desfluoretação parcial de água

subterrânea, para adequar-se às condições de potabilidade, quando o único

problema for a concentração elevada de íons fluoreto, exigiu a estruturação do

problema através da hierarquização dos critérios e alternativas a fim de utilizar o

instrumento de apoio à tomada de decisão multicritério. Neste caso, a ferramenta

utilizada foi o MAH, que tem como resultado final a ordenação das alternativas

determinando qual delas apresenta o maior índice, escore, peso ou importância

final, mesmo com suas limitações e deficiências.

A hierarquia foi definida a partir do objetivo global/meta (Redução Parcial

de íons Fluoreto), tendo como Critérios e Alternativas as variáveis: características

físico-químicas da água bruta, com ênfase na concentração de íons fluoreto e

quantidade a ser tratada/AB(Q); características físico-químicas da água tratada

com ênfase na concentração ótima final de íons fluoreto/AT; custo de

implantação/CI; custo de produção e de operação e manutenção/C(P) OM; o

carvão de osso/CO; a alumina ativada/AA e a osmose reversa/OR,

respectivamente, escolhidas a partir das informações obtidas na literatura

existente.

Somente após a definição dos 4 (quatro) critérios e das 3 (três)

alternativas, foi possível pensar na estruturação do modelo de decisão.

Desta forma, a estrutura do modelo de decisão foi construída seguindo

uma árvore hierárquica e demonstrando o relacionamento entre os diversos

elementos do estudo, ficando clara a dificuldade em se optar por um

projeto/processo/técnica/alternativa de desfluoretação parcial, sem uma

metodologia apropriada. Na Figura 12, observa-se a estrutura do modelo de

decisão deste estudo.

85

Figura 12: Estrutura do modelo de decisão deste estudo

Fonte: Revisão da literatura e experiência do pesquisador

5.2 – Aplicação do método de análise hierárquica / MAH ou AHP

A fim de permitir um melhor entendimento dos PESOS determinados na

Matriz de Julgamento Paritário entre os CRITÉRIOS e das Matrizes de

Julgamentos Paritários das ALTERNATIVAS com cada CRITÉRIO apresenta-se,

nos Quadros 9, 9A e 9B o resumo das principais observações extraídas da revisão

bibliográfica, sobre as vantagens e desvantagens das 3(três) alternativas

escolhidas.

DESFLUORETAÇÃO PARCIAL

AB(Q) AT CI C(P) OM

CO AA OR

86

Quadro 9: Síntese das vantagens e desvantagens das alternativas de desfluoretação parcial da água de beber carvão de osso (CO)

Alternativas Vantagens Desvantagens

Carvão de Osso (CO)

1: Preparação do Carvão in loco.

2: Baixo Custo de Instalação

3: Ótimo adsorvente

1: Carvão preparado sem controle tecnológico (dificuldade de eliminação total da matéria orgânica, a granulometria pode ser inadequada; muitas vezes, denominado farinha de osso calcinado).

2: A aquisição é cara, pois existe apenas um fabricante de Carvão de osso no Brasil.

3: A concentração inicial do flúor e o pH são fatores que afetam a vida útil do leito de contato.

4: Não existe nenhuma unidade em operação no Brasil.

5: O adsorvente em condições inadequadas (mal calcinado) produz cor e gosto na água.

6: Exige controle rigoroso do pH. Normalmente o pH deve ser abaixado, mas o meio muito ácido é indesejável.

7: A regeneração do leito de contato é de custo elevado.

8: Os rejeitos são de difícil manipulação.

9: Apresenta problemas de aceitabilidade por parte da comunidade ao saber que a água está em contato com osso (Problemas de Informação).

10: Quanto maior a concentração inicial de fluoreto na água bruta, maior a freqüência de regeneração do leito de adsorção e maior a freqüência de substituição do leito de contato.

11: Manipulação de produtos tóxicos.

12: Exige pessoal especializado para a Operação e Manutenção.

Fonte: Revisão da Literatura e experiência do pesquisador.

87

Quadro 9A: Síntese das vantagens e desvantagens das alternativas de desfluoretação parcial da água de beber alumina ativada (AA).


Alumina Ativada (AA)

1: Baixo Custo de Instalação.

2: Ótimo adsorvente

3: Avanço tecnológico na fabricação de AA com características específicas.

1: Poucos fabricantes no Brasil.

2: As unidades instaladas no Brasil estão em processos de desativação, devido ao alto custo de Operação e Manutenção. Diversas estações foram desativadas nos Estados Unidos da América.

3: Exige controle rigoroso do pH. Normalmente, o pH deve ser abaixado, mas o meio muito ácido é indesejável.

4: É um produto caro no mercado, com apenas dois fabricantes no Brasil.

5: A regeneração do leito de contato é de custo elevado.

6: Os rejeitos são de difícil manipulação.

7: Manipulação de produtos tóxicos.



88

Quadro 9B: Síntese das vantagens e desvantagens das alternativas de desfluoretação parcial da água de beber osmose reversa (OR).


Osmose Reversa

(OR)

1: Existência de energia elétrica nas áreas rurais do Brasil.

2: Membrana com vida útil de 2 anos e preços decrescentes. Cartuchos com preços também decrescentes.

3: Os rejeitos poderão ser reaproveitados em sistemas de fluoretação.

4: Operação, menos complexa, com controle instrumentalizado.

5: Existência de diversos fornecedores no mercado Brasileiro, o que pode reduzir o Custo de Implantação.

6: Tendência de redução dos custos de operação e manutenção.

7: Existência de experiências com a utilização de energia solar.

8: Os pH´s das águas de poços profundos, normalmente, têm tendência para serem adequados às membranas.

9: Ao rejeitar o fluoreto, pode rejeitar, também, outros compostos indesejáveis.

10: Quanto maior a quantidade de água a ser tratada menores os custos de produção e de operação e manutenção.

11: A água subterrânea, em geral, dispensa o pré-tratamento, utilizando-se apenas o cartucho.

12: Produz água com elevada pureza.

13: Possibilidade da formalização de um contrato de Assistência Técnica com o fornecedor da Unidade de Tratamento

1: Custo inicial de implantação mais alto que CO e AA.

2: Consumo elevado de energia elétrica, devido à necessidade de pressão de operação elevada.

3: Pode impor a necessidade de blendagem, pois ao rejeitar substâncias indesejáveis, também rejeita as desejáveis.

4: Falta de padronização das peças e insumos de reposição, entre os fabricantes.

5: Baixas condições econômicas das comunidades no meio rural brasileiro.

6: Dificuldades de obtenção de estudos sobre a colmatação das membranas, quando se extrai, água não salobra, de poço profundo.


8: Limpeza química periódica da membrana.


89

Aplicando a Escala de Importância proposta por Saaty (1991), Quadro 1,

pág 66, observa-se no Quadro 10, que o Critério AB(Q) quando comparado com

os Critérios AT, CI e C(P) OM atribuiu-se os pesos 1/3 (Importância Fraca

Recíproca), 1/2 (Importância Fraca a Igual Recíproca) e, 4 (Importância Forte a

Fraca), respectivamente.

Estas importâncias e as demais, a seguir, foram atribuídas pela experiência

do pesquisador e foram influenciadas pela revisão da literatura. Entretanto,

poderiam ser obtidas, diretamente, a partir de consultas a diversos especialistas da

área considerando-se as médias aritméticas dos pesos atribuídos por eles,

entendendo-se tais médias como o consenso de suas opiniões individuais.

Da mesma forma, o Critério AT quando comparado com os Critérios

AB(Q), CI e C(P) OM atribuiu-se os pesos 3 (Importância Fraca), 2 (Importância

Fraca a Igual) e, 3 (Importância Fraca), respectivamente.

O Critério CI quando comparado com os Critérios AB(Q), AT e C(P)

OM atribuiu-se os pesos 2 (Importância Fraca a Igual), 1/2 (Importância Fraca a

Igual Recíproca) e, 3 (Importância Fraca), respectivamente.

O Critério C(P) OM quando comparado com os Critérios AB(Q), AT e

CI atribuiu-se os pesos 1/4 (Importância Forte a Fraca Recíproca), 1/3

(Importância Fraca Recíproca) e, 3 (Importância Fraca Recíproca),

respectivamente.

Estes pesos foram lançados em uma matriz quadrada, 4 x 4, conforme

Quadro 10:

Quadro 10: Matriz de comparação paritária entre os Critérios.

AB(Q) AT CI C(P) OM AB(Q) 1 1/3 ½ 4 AT 3 1 2 3 CI 2 ½ 1 3 C(P) OM 1/4 1/3 1/3 1

A resolução desta matriz, utilizando a planilha Excel, Microsoft 2000,

conforme (Winston e Albrith, 1997) e Apêndice A, gerou os seguintes pesos

90

(autovetores) relativos de importância [AB(Q): 0,2019; AT: 0,4340; CI: 0,2710;

C(P) OM: 0,092], cuja razão de consistência é 0,0839 (Equação 2-4 e Tabela 7,

pág. 65 ou conforme Apêndice A). Esta razão é considerada satisfatória, conforme

demonstração de Saaty (1991), por ser menor que 10%. Conclui-se,

preliminarmente, desta resolução que o autovetor de maior valor (0,4340)

representa o Critério de maior peso ou de maior importância, ou seja, o Critério

AT (Características físicas e químicas da Água Tratada com ênfase na

concentração final ótima de íons fluoreto).

Portanto, independente dos recursos disponíveis (financeiros, humanos e

materiais), não seria aceitável que cidadãos corram o risco de ficar com a saúde

prejudicada por falta de um esforço coletivo na solução do problema, ou seja,

fornecimento de água de beber e cocção dentro dos padrões recomendados pela

Portaria no 518/04, da Secretaria de Vigilância em Saúde do Ministério da Saúde.

Todos os esforços devem ser concentrados no sentido de que as

comunidades que produzam os seus meios de sustento em áreas com água com

alto teor de íons fluoreto, tenham acesso a uma água de boa qualidade. Então, o

produto final (Critério AT) de uma estação de desfluoretação apresenta-se com

43% de predominância/preferência, pois a finalidade precípua de uma estação de

tratamento de água é a produção de água dentro dos padrões de potabilidade.

De maneira análoga aos pesos do Quadro 10 se produz matrizes das

comparações paritárias de cada alternativa, levando-se em consideração suas

vantagens e desvantagens, observadas nos Quadros 9, 9A e 9B, páginas 86 a 88,

respectivamente, com cada critério, conforme o Quadro 11.

91

Quadro 11: Matrizes de comparação paritária das Alternativas com os Critérios.

Critérios/Alternativas CO AA OR AB(Q)

CO 1 1/5 1/7 AA 5 1 1/3 OR 7 3 1

AT CO AA OR CO 1 1/3 1/5 AA 3 1 1/3 OR 5 3 1

CI CO AA OR CO 1 3 6 AA 1/3 1 5 OR 1/6 1/5 1

C(P)OM CO AA OR

CO 1 3 5 AA 1/3 1 3 OR 1/5 1/3 1

Normalmente, reforçando-se as informações citadas acima, os valores de 1

a 9 da escala de importância idealizada por Saaty (1991), poderiam ser obtidos

por questionários ou por debates entre especialistas. Porém, a fim de evitar

preferências e se obter um consenso sobre as características intrínsecas,

quantitativas e qualitativas de cada variável considerada, tendo em vista a

subjetividade inerente e peculiar dos atores e dos demais recursos envolvidos na

solução do problema, mas no caso deste estudo foram atribuídos por um

especialista da área.

Então, seguindo a metodologia proposta por Saaty em sua Escala de

Importância, conforme apresentada no Quadro 1, pág. 66, as resoluções das

matrizes acima na forma proposta por Winston e Albrigth (1997), apresentadas no

Apêndice A, geraram os seguintes pesos relativos (autovetores) de importância:

92

- (CO: 0,0737; AA: 0,2828; OR: 0,6433), com razão de consistência de

0,0564, com relação ao Critério AB(Q). Observa-se que a alternativa OR

apresenta-se com a preferência de 64%, apesar da exigência do

conhecimento das características da água bruta para a definição do tipo de

membrana a ser utilizada, observou-se que há diversos parâmetros comuns

necessários às demais alternativas de comparação, AA e CO; entretanto, a

alternativa que produz água de melhor qualidade é a OR, além de ser

efetiva na retenção de outras substâncias e íons indesejáveis, como o

arsênio, que tem correlação com a presença de fluoreto.


0,0333, relativa ao Critério AT. Observa-se, que a alternativa OR, tem

63% de preferência, coerente com a literatura que afirma ser esta a que

produz água de alta pureza.


0,0820 com relação ao Critério CI. Observa-se, que neste caso, a

preferência da OR, tem apenas 8%, mas como já exposto, é a que produz

água de melhor qualidade, e a CO tem a maior preferência, cerca de 63%,

por ser de fato de menor custo de implantação [facilidade de obtenção do

osso, preparação no local (limpeza, calcinação e fragmentação), porém

sem controle tecnológico; custo alto de regeneração; eficiência decrescente

significando vida útil (ciclos) curta do leito de contato, etc; resumindo, de

operação muito difícil e onerosa].


0,0333 com relação ao Critério C(P) OM. Observa-se, de modo análogo,

que a OR tem apenas 10% de preferência, mas como já exposto, é a que

produz água de melhor qualidade. A alternativa CO apresenta cerca de

63%, mas como aduzido da literatura, principalmente, no estudo de

Ayestas (2003), o controle tecnológico inadequado na preparação da

“farinha de osso calcinado”, pode provocar cheiro e cor na água tratada,

além da possível rejeição por parte dos consumidores ao saber que a água

para se beber e cozinhar é proveniente do contato com osso de animal.

93

Essas razões de consistências calculadas podem ser consideradas

aceitáveis, o que significa dizer que os julgamentos estão adequados ou

consistentes, já que Saaty (1991), em suas pesquisas considerou como limite

máximo o valor 0,10.

Para obter o ranqueamento final multiplica-se a matriz formada pelas

importâncias relativas (autovetores, escores) obtidas do julgamento paritário

das alternativas com cada critério, pela matriz formada pelas importâncias

relativas (autovetores, pesos) resultantes do julgamento paritário dos critérios,

formando um quadro misto de critérios, alternativas e pesos, de acordo com o

Quadro 12.

Quadro 12: Quadro misto com matriz das Importâncias/Escores/Pesos das Alternativas versus Critérios com a. matriz de Importâncias/ Escores/ Pesos dos Critérios.

Alter/Crit. AB(Q) AT CI C(P)OM Pesos

CO 0,0737 0,1061 0,6269 0,6333 0,2019

AA 0,2828 0,2604 0,2923 0,2604 0,4340

OR 0,6433 0,6333 0,0806 0,1061 0,2710

0,0929

O resultado da multiplicação das matrizes acima mostra um autovetor que

caracteriza o ranqueamento final e pode ser visto no Quadro 13 e no Apêndice A.

Conforme já exposto, os resultados parciais e finais foram obtidos segundo

Winston e Albright (1997) observados no Apêndice A. Os resultados finais

podem ser vistos no Quadro 13, onde a Desfluoretação Parcial da Água pelo

processo de osmose reversa (OR) apresentou-se como melhor alternativa de

tratamento. Os processos que utilizam alumina ativada (AA) e carvão de osso

(CO) ficaram muito próximos entre si.

.

94

Os resultados da valorização (escores, ranqueamentos, priorização,

classificação) final de cada alternativa foram obtidos através da multiplicação

matricial dos índices de preferência (escores) das alternativas frente aos critérios

com os níveis de importância (pesos) de cada um dos critérios (pesos), resultando-

se os autovetores, onde se vê o de maior valor, referente à alternativa osmose

reversa (OR). Cada passo destes cálculos pode ser visto no Apêndice A.

Quadro 13: Ranqueamento final das alternativas de Desfluoretação Parcial das águas subterrâneas com alta concentração natural de íons fluoreto, após aplicação do MAH.

Alternativas Pesos

Carvão de Osso/CO 0,2897 Alumina Ativada/AA 0,2736 Osmose Reversa/OR 0,4365

Fontes: Revisão de Literatura, Modelo de Decisão e aplicação do MAH para a seleção de alternativa de desfluoretação parcial das águas de poços tubulares

profundos.

Este raqueamento final pode também ser visualizado no Gráfico 1.

Gráfico 1:Observa-se a preferência final dentre as alternativas estudadas.

Fontes: Revisão de Literatura, Modelo de Decisão e aplicação do MAH para a seleção de alternativa de desfluoretação parcial das águas de poços tubulares profundos.

Ordenadas: Valorização Final; Abcissas: CO = carvão de osso; AA = alumina ativada e OR = osmose reversa.

0,28970,2736

0,4365

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0,5

CO AA OR

95

6) CONLUSÕES E RECOMENDAÇÕES FINAIS

O Modelo de Decisão construído seguiu as orientações de Saaty, que

adverte que ele deve ser de construção simples, adaptável tanto a grupos quanto a

indivíduos, natural à intuição do pesquisador e ao pensamento geral, encorajando

a formação de compromisso e do consenso e não exigindo especialização

excessiva para comunicar e administrar, permitindo que o Método de Análise

Hierárquica (MAH) seja uma ferramenta de apoio à tomada de decisão quando a

solução de um problema apresenta-se complexa.

A aplicação do MAH apresenta a utilização de membranas sintéticas pelo

processo de osmose reversa como a melhor alternativa para a rejeição dos íons

fluoreto, com 43% de preferência, embora com custo de implantação mais

elevado, mas com tendência de redução devido às inovações tecnológicas,

enquanto que, as alternativas utilizando a alumina ativada e o carvão de osso,

ficaram muito próximas entre si, com 27 e 28%, respectivamente.

Verificou-se uma carência na literatura, tanto internacional, quanto

nacional de informações detalhadas, principalmente, quanto aos aspectos de custo,

os quais, na maioria dos casos, encontram-se mencionados de forma genérica e

muitas vezes de forma apenas qualitativa como alto e baixo. Houve dificuldade de

obtenção de informações detalhadas de projetos completos utilizando uma das três

alternativas escolhidas. Estes projetos deveriam estar implantados e em operação

em pequenas comunidades e em escala industrial. A falta dessas informações

impediu a realização de uma análise pormenorizada de custos e benefícios.

Identificaram-se duas regiões no País com anomalia hidroquímica

geogênica e fluorose dentária endêmica: São Francisco, MG e Itambaracá, PR,

validando a hipótese inicial.

Observou-se que, no Brasil, existem comunidades sob o risco de fluorose

dentária, face à possibilidade de ingestão prolongada de água subterrânea com

teor natural de íons fluoreto acima do VMP em áreas dos Estados do Rio Grande

do Sul, Santa Catarina, Paraná, São Paulo, Minas Gerais, Rio de Janeiro, Ceará e

Espírito Santo. Outras áreas poderão surgir em função do crescimento

populacional e da ampliação do monitoramento e controle da qualidade de água

para consumo humano.

96

Sugere-se um esforço coletivo, com a participação efetiva da Associação

Brasileira de Odontologia (ABO), para a realização de estudos epidemiológicos

longitudinais visando medidas de vigilância à saúde bucal por meio do

monitoramento da tendência da prevalência e severidade deste agravo à saúde,

principalmente, nas áreas com alto teor natural de íons fluoreto presentes nas

fontes hídricas.

Sabe-se, que a presença de íons fluoreto nos alimentos é essencial para o

ser humano, principalmente, para a formação dos tecidos rígidos e, na água

potável é adicionado para a prevenção da cárie dentária, constituindo-se em um

assunto polêmico, pois se discute muito em que concentrações o fluoreto não

causaria efeitos colaterais.

Em Hileman (1988), apud Charbell (1990) e Jaffery et al. (1998), pode-se

observar esse fato, pois se o fluoreto for ingerido em média de 20g ao dia, durante

cerca de 20 anos, poderia provocar a fluorose esquelética. Doses de 2 a 5 mg/l ao

dia podem levar ao estágio pré-clinico e, posteriormente, ao clínico. A situação é

mais complexa do que parece, uma vez que o risco da fluorose não depende

somente da quantidade de íons fluoreto ingerido, mas também, do estado

nutricional do indivíduo, como por exemplo, da ingestão de vitamina D, proteína,

cálcio, magnésio e de outros fatores.

Parece ser um resultado satisfatório o fato de que a FUNASA, após a

apresentação desta proposta de estudo, em setembro 2003, ter incluído no seu

Edital de Pesquisa, em dezembro de 2003, o financiamento de pesquisa relativa a

desfluoretação da água subterrânea, tendo um projeto de pesquisa aprovado no

primeiro semestre de 2004, que se encontra em andamento.

A Universidade Federal de Minas Gerais/UFMG, através dos Institutos de

Geociências e de Odontologia, juntamente com o PGAGEM/CPRM/MME, vem

realizando estudos de extensão universitária no sentido de otimizarem a locação

de poços tubulares no município de São Francisco, a fim de evitar a captação de

aqüífero com alto teor natural de fluoretos. Estes estudos são de importância

relevante, pois a explotação de aqüíferos devem sempre ser precedida da

eficiência, efetividade e eficácia. Necessário se faz, portanto, a realização de

97

estudos hidroquímicos de caráter hidrogeológico, para a otimização de locação de

poços tubulares profundos e sua correta construção.

As populações em algumas zonas rurais são submetidas à ingestão

de doses elevadas de flúor, onde na maioria dos casos usam água sem tratamento,

diretamente de poços, sem o devido acompanhamento de análises químicas da

água.

A princípio, a diluição seria a melhor alternativa para a redução do teor de

íons fluoreto presente na água do poço, entretanto, como destacado no presente

estudo, foi considerado o fato da comunidade não ter outra fonte hídrica para o

seu suprimento. Estudos para a captação e armazenamento de águas meteóricas

poderiam ser levados a efeito em novas pesquisas complementares.

O imediato abandono do poço, cuja água apresenta alto teor de íons

fluoreto e a construção de outro nas proximidades, seria uma atividade de risco,

tendo em vista a inexistência de conhecimento hidrogeoquímico em escala que dê

certeza de sucesso, isto é, novo poço com água adequada ao consumo humano.

Necessita-se de estudos no sentido de implantar um Consórcio

Intermunicipal, como conseqüência dos PDLIS’s, visando a solução do problema

em regiões com anomalias hidroquímicas geogênicas. Uma Unidade de Remoção

Parcial de Íon Fluoreto ou de Desfluoretação poderá ser construída em um

município em localização geográfica estratégica, obtendo-se água de um poço

com vazão suficiente para atender todas as comunidades, que receberiam a água,

parcialmente desfluoretada, envasada, em vasilhames adequados, tal como já

existe no mercado das águas minerais, visando atender às necessidades de bebida

e de preparo dos alimentos. Para isto, a comunidade deverá estar devidamente

informada e conscientizada para saber utilizar a água de forma racional, além de

participar nas despesas envolvidas.

Deve-se conduzir estudos complementares no sentido de verificar a

possibilidade da utilização do rejeito ou concentrado de fluoreto, de ETA´s de

Desfluoretação, pelo processo de osmose reversa, em sistemas de abastecimento

de água que necessitam de fluoretação.

O Ministério da Saúde apresenta o número e porcentagem de indivíduos,

segundo graus de fluorose, idade e macroregião do Brasil no Relatório do Projeto

98

Saúde Bucal 2003, denominado de “Condições de Saúde Bucal da População

Brasileira 2002-2003/Resultados Principais”. Observa-se que foram registrados

apenas 78 casos de fluorose severa. As áreas foram escolhidas por sorteio; então,

parece que não foram priorizadas as áreas rurais com anomalia hidroquímica

geogênica ou com fluorose endêmica.

O programa do Governo Federal “Brasil Sorridente” investirá até o ano de

2006, cerca de R$1,5 bilhão em Saúde Bucal. Em 2002, foram investidos R$56

milhões e, em 2003, R$83 milhões. Em 2004, programou-se investir R$166

milhões. Demonstra-se, então, um custo sempre crescente com a Saúde Bucal.

Recomendam-se estudos complementares no sentido de se verificar a

viabilidade de automação do processo de beneficiamento da água objetivando a

redução dos custos de produção e de operação e manutenção/(P) OM, quando são

utilizados como meio adsorvente o carvão de osso (CO) e a alumina ativada

(AA).

O monitoramento da qualidade das águas nas bacias hidrográficas é de

fundamental importância para que atividades antrópicas poluidoras não sejam

fontes de recarga de aqüíferos.

A Fundação Nacional de Saúde prioriza suas ações em comunidades

marginalizadas tais como, quilombolas, indígenas, etc, através de projetos

especiais. As comunidades rurais com fluorose dentária endêmica poderiam ser

incluídas nestas prioridades tendo em vista os riscos à saúde.

Um Relatório Técnico Preliminar (RTP) detalhado sobre os mananciais

existentes deve ser procedido, informando a distância e o custo de transporte da

água, objetivando justificar o poço tubular profundo, cuja água possui elevado

teor natural de íons fluoreto, caracterizando-o como única fonte hídrica da

comunidade, antes da decisão de se investir em osmose reversa (OR), que é o

tratamento de água recomendado como produto do presente estudo.

Por fim, todos os métodos de tomada de decisão têm as suas

particularidades ficando evidente, portanto, a necessidade de se ampliar o número

de especialistas em tomada de decisão no setor público a fim de aprimorar a

qualidade das decisões.

99

7 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS:

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112

APÊNDICE A

Passos para o cálculo das matrizes

Obtenção do peso 0,2019, como exemplo, do Quadro 10:

1: Somar todas as colunas da matriz.

2: Normalizar a matriz.

3: Obter a média de primeira linha.

Assim:

Soma:

1 + 3 + 2 + 1 / 4 = 6,25

1 / 3 + 1 + 1 / 2 + 1 / 3 = 2,1616

1 / 2 + 2 + 1 + 1 / 3 = 3,8333

4 + 3 + 3 + 1 = 11

Matriz Normalizada:

1 / 6,25 = 0,16

3 / 6,25 = 0,48

2 / 6,25 = 0,32

( 1 / 4 ) / 6,25 = 0,04

(1 / 3) / 2,1616 = 0,1542

1 / 2,1616 = 0,4626

(1 / 2) / 2,1616 = 0,2313

(1 / 3) / 2,1616 = 0,1542

(1 / 2) / 3,8333 = 0,1304

2 / 3,8333 = 0,5217

1 / 3,8333 = 0,2609

(1 / 3) / 3,8333 = 0,0870

4 /11 = 0,36,36

3 /11 = 0,2727

3 / 11 = 0,2727

1 / 11 = 0,910

113

Cálculo do autovetor do exemplo: média aritmética de cada linha da matriz

formada pelos cálculos acima.

(0,16 + 0,1542 + 0,1304 + 0,3636) / 4 = 0,2020

Resolução das matrizes do MAH na planilha Microsoft excel.

Passo 1

Entrada dos dados: entrar os valores das matrizes de julgamento nas células

B5:E8, B12:D14, B18:D20, B24:D26 e B30:D32. (Observar que haverá

necessidade de dar entrada de valores fracionários tal como 1 / 7 em alguma

célula. Para isso a célula deverá ser formatada com a opção Fração).

Passo 2

Matriz Normalizada: calcula-se a matriz normalizada para o primeiro julgamento

paritário nas células G5:J8. Isso pode ser feito rapidamente da seguinte forma:

inicia-se com o cursor na célula G5, arraste o cursor de tal forma que as células

G5J8 estejam destacadas. A seguir, digite a fórmula

=B5/SOM(B$5:B$8)

e pressione Control-Enter (ambas as teclas ao mesmo tempo). Isso é um jeito

rápido de copiar e colar.

Passo 3

Pesos dos Critérios: Nas células L5:L8 calcula-se os pesos de cada objetivo. Isso

pode ser feito rapidamente. Inicie com a cursor na célula L5, ilumine as células

L5:L8. Logo, digite a fórmula

=MEDIA(G5:J5)

e, pressione Control-Enter.

Passo 4

Escores das alternativas com cada critério: repita os mesmos procedimentos dos

passos 2 e 3 das matrizes de julgamento para obter as matrizes normalizadas na

coluna G até a coluna I e os escores na coluna L.

Passo 5

Todos os escores das alternativas: nas células B37:E39 forma-se uma matriz dos

escores das alternativas com os critérios. Para se obter todos os escores nas células

114

L12:L14 acerca das células B37:B39, por exemplo, ilumine as células B37:B39 e

digite a fórmula

=L12

e, digite Contol-Enter. Faça do mesmo modo para os outros três escores na coluna

L. Então para obter todas os escores das alternativas com cada critério, ilumine as

células G37:G39, digite a fórmula

=MMULT(B:37:E39,L5:L8)

e, pressione Control-Shift-Enter. (Lembrar que Control-Shift-Enter é usado para

entrar uma função matricial. Em contraste, Control-Enter é equivalente para

copiar uma fórmula para as células iluminadas).

Calculando o Índice de Consistência: os seguintes passos são importantes para a

primeira matriz de julgamento. Os demais são realizados da mesma forma.

Passo 1

Multiplicação da matriz de julgamento com os pesos ou escores: calcule o produto

da primeira matriz de julgamento dos critérios os pesos (vetores) nas células

M5:M8 por meio da seleção/iluminação dessas células e, digitando

-MMULT(B5:E8,L5:L8)

e, pressione Control-Shift-Enter

Passo 2

Razões: Na célula N5 calcule a razão de duas células à sua esquerda com a

fórmula

=M5/L5

e, a copie para as células N6:N8.

Passo 3

Índice de Consistência: calcula-se o índice de consistência IC na célula N9 com a

fórmula

=(MEDIA(N5:N8)-4)/3

Então, na célula P9 calcula-se a razão IC / IR (para n = 4) com a fórmula

=N9/.90

(O valor 0,90, índice randômico, encontra-se na Tabela 7, pág. 65. Para as outras

quatro matrizes de julgamento, usa-se n = 3 e IR = 0,58. A razão IC / IR

115

denominada razão de consistência deverá ser menor que 0,10. Caso contrário novo

julgamento deverá ser realizado). A planilha abaixo mostra resolução das

matrizes.

117

Matriz de Comparação Paritária entre os Critérios Matriz Normalizada Pesos Produto Razão

AB (Q) AT CI C(P) OM

AB (Q) 1 1/3 1/2 4 0,16 0,1538462 0,1304348 0,3636364 0,2019793 0,8539039 4,2276798

AT 3 1 2 3 0,48 0,4615385 0,5217391 0,2727273 0,4340012 1,8609061 4,2877899

CI 2 1/2 1 3 0,32 0,2307692 0,2608696 0,2727273 0,2710915 1,1708346 4,3189644

C(P) OM 1/4 1/3 1/3 1 0,04 0,1538462 0,0869565 0,0909091 0,0929279 0,3784537 4,0725499

IC 0,075582 IC/IR 0,08398

Matriz de Comparação Paritária das Alternativas com AB (Q) Matriz Normalizada Escores

CO AA OR

CO 1 1/5 1/7 0,0769231 0,047619 0,0967742 0,0737721 0,2222526 3,0126916

AA 5 1 1/3 0,3846154 0,2380952 0,2258065 0,282839 0,8661625 3,0623869

OR 7 3 1 0,5384615 0,7142857 0,6774194 0,6433889 2,0083107 3,121457

IC 0,0327559 IC/IR 0,0564757

Matriz de Comparação Paritária das Alternativas com AT Matriz Normalizada Escores

CO AA OR

CO 1 1/3 1/5 0,1111111 0,0769231 0,1304348 0,1061563 0,3196581 3,0112019

AA 3 1 1/3 0,3333333 0,2307692 0,2173913 0,260498 0,7900822 3,0329688

OR 5 3 1 0,5555556 0,6923077 0,6521739 0,6333457 1,9456212 3,0719734

IC 0,0193573 IC/IR 0,0333747

Matriz de Comparação Paritária das Alternativas com CI Matriz Normalizada Escores

CO AA OR

CO 1 3 6 0,6666667 0,7142857 0,5 0,6269841 1,9880952 3,1708861

AA 1/3 1 5 0,2222222 0,2380952 0,4166667 0,292328 0,9047619 3,0950226

OR 1/6 1/5 1 0,1111111 0,047619 0,0833333 0,0806878 0,2436508 3,0196721

IC 0,0475968 IC/IR 0,0820635

Matriz de Comparação Paritária das Alternativas com o C(P) OM Matriz Normalizada Escores

CO AA OR

CO 1 3 5 0,6521739 0,6923077 0,5555556 0,6333457 1,9456212 3,0719734

AA 1/3 1 3 0,2173913 0,2307692 0,3333333 0,260498 0,7900822 3,0329688

OR 1/5 1/3 1 0,1304348 0,0769231 0,1111111 0,1061563 0,3196581 3,0112019

IC 0,0193573 IC/IR 0,0333747

Determinação da Melhor Alternativa

Matriz de Escores Escore Final

AB (Q) AT CI C(P) OM

CO 0,0737721 0,1061563 0,6269841 0,63334572 0,289798

AA 0,282839 0,260498 0,292328 0,260497956 0,2736393

OR 0,6433889 0,6333457 0,0806878 0,106156324 0,4365627 Fontes: Winston e Albright,1997 e Saaty, 1991.

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Aplicação do Método de Análise Hierárquica/MAH, Visando a