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CENTRO UNIVERSITÁRIO CESMAC
DIOGO PEREIRA TAVARES OLIVEIRA JOSÉ ADOLFO VALDEVINO DE ALMEIDA SILVA
ESTUDO E CONCEPÇÃO DE UM SISTEMA PARA REAPROVEITAMENTO DO RESÍDUO LÍQUIDO GERADO PELA LAVAGEM DOS FILTROS NA ETA PRATAGY EM
MACEIÓ-ALAGOAS
MACEIÓ - AL 2017/2
DIOGO PEREIRA TAVARES OLIVEIRA JOSÉ ADOLFO VALDEVINO DE ALMEIDA SILVA
ESTUDO E CONCEPÇÃO DE UM SISTEMA PARA REAPROVEITAMENTO DO RESÍDUO LÍQUIDO GERADO PELA LAVAGEM DOS FILTROS NA ETA PRATAGY EM
MACEIÓ-ALAGOAS
Trabalho apresentado como requisito final, para
conclusão do curso de Engenharia Civil do Centro
Universitário Cesmac, sob a orientação do professor
Me. Marianny Monteiro Pereira de Lira.
MACEIÓ - AL
2017/2
BIBLIOTECA CENTRAL CESMAC
O48e Oliveira, Diogo Pereira Tavares Estudo e concepção de um sistema para reaproveitamento do resíduo líquido gerado pela lavagem dos filtros na ETA Pratagy em Maceió-Alagoas / Diogo Pereira Tavares Oliveira, José Adolfo Valdevino
de Almeida Silva .- Maceió,2017. 35f.: il.
TCC (Graduação em Engenharia Civil) - Centro Universitário CESMAC, Maceió, AL, 2017.
Orientadora: Marianny Monteiro Pereira de Lira
1. Escassez. 2. Reuso. 3. Estação. 4. Tratamento. 5. Água. I. Lira, Marianny Monteiro Pereira de. II. Título
CDU:628.3
AGRADECIMENTOS
Depois de um longo caminho árduo é chegado um dos momentos mais
esperado em nossas vidas, finalmente a concretização de nossos sonhos. Somos
gratos a todos que nos ajudaram nessa busca.
Agradecemos primeiramente a Deus, por nos manter firmes em todas as
ocasiões.
Aos nossos pais, pelo apoio incondicional.
Aos nossos irmãos pelo companheirismo.
A todos os familiares que nos acompanharam e não mediram esforços para
ajudar quando mais precisamos.
A todos os nossos amigos, companheiros de classe e da vida.
Aos nossos mestres que ensinam além dos conhecimentos de sala de aula,
mas também experiências para a vida toda.
Por fim, a todos que contribuíram direta e indiretamente na realização desse
trabalho.
ESTUDO E CONCEPÇÃO DE UM SISTEMA PARA REAPROVEITAMENTO DO RESÍDUO LÍQUIDO GERADO PELA LAVAGEM DOS FILTROS NA ETA
PRATAGY EM MACEIÓ-ALAGOAS STUDY AND DESIGN OF A SYSTEM TO REAPROVE THE LIQUID WASTE
GENERATED BY THE WASHING OF FILTERS IN WTS PRATAGY IN MACEIÓ-ALAGOAS
Diogo Pereira Tavares Oliveira Graduando do Curso de Engenharia Civil
José Adolfo Valdevino de Almeida Silva Graduando do Curso de Engenharia Civil
Marianny Monteiro Pereira de Lima Mestre pela Universidade de Pernambuco
RESUMO
A água é considerada o elemento fundamental na existência humana desde os primórdios da humanidade. Sua abundância a transformou num componente de crescente exploração e atualmente é alvo de preocupações mundiais, pois grande parte do planeta enfrenta altos riscos de escassez. Políticas de conscientização de desperdício e reutilização estão sendo implantadas por todo o mundo, inclusive no Brasil. Tais premissas possibilitaram o desenvolvimento desse estudo, que tem como objetivo elaborar um diagnóstico de reaproveitamento de água nos processos de lavagem de filtro na Estação de Tratamento Pratagy em Maceió/AL, que descarta a água de lavagem em um emissário canalizado com destino à jusante de sua captação. Esta água pode ser reservada em tanques que funcionam como sedimentadores das partículas sólidas, onde a água clarificada pelo processo será devolvida para o início do tratamento, possibilitando eliminar o desperdício e comercializar a água que antes seria descartada.
PALAVRAS-CHAVE: Escassez. Reuso. Estação. Tratamento. Água.
ABSTRACT
Water has been considered the fundamental element in human existence since the dawn of mankind. Its abundance has turned it into a growing component of exploration and is currently the subject of worldwide concern, as much of the planet faces high risks of scarcity. Waste-awareness and reuse policies are being deployed all over the world, including in Brazil. These premises made possible the development of this study, which aims to elaborate a diagnosis of water reuse in the filter washing processes at the Pratagy Treatment Station in Maceió / AL, which discards the washing water in an emissary channeled to the downstream of its abstraction. This water can be reserved in tanks that act as settlers of the solid particles, where the water clarified by the process will be returned to the beginning of the treatment, allowing to eliminate the waste and to commercialize the previously discarded water.
KEYWORDS: Scarcity. Reuse. Station. Treatment. Water.
5
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO.....................................................................................................7
1.1 Considerações Iniciais............................................................................................ 7
1.2 Objetivos .................................................................................................................... 7
1.1.1 Objetivo geral.............................................................................................................. 7
1.1.2 Objetivo específicos ................................................................................................... 7
2 REFERENCIAL TEÓRICO .............................................................................................. 8
2.1 Histórico do abastecimento da humanidade...................................................... 8
2.2 Sistema de Abastecimento de água ..................................................................... 9
2.3 Tratamento de água convencional ..................................................................... 11
2.3.1 Classificação das águas .......................................................................................... 11
2.3.2 Coagulação e mistura rápida .................................................................................. 12
2.3.3 Floculação ................................................................................................................. 13
2.3.4 Decantação ............................................................................................................... 14
2.3.5 Filtração .................................................................................................................... 15
2.3.6 Desinfecção .............................................................................................................. 15
2.4 Lavagem dos Filtros .............................................................................................. 15
3 METODOLOGIA ................................................................................................................17
3.1 Caracterizar a área de estudo .............................................................................. 17
3.2 Análise e Concepção dos filtros existentes ..................................................... 18
3.3 Definição do sistema a ser adotado ................................................................... 19
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO .....................................................................................20
4.1 Caracterização da área de estudo ...................................................................... 20
4.2 Concepção dos filtros existentes ....................................................................... 25
4.3 Operação de Lavagem .......................................................................................... 25
4.4 Volume de lavagem dos filtros ............................................................................ 28
4.4.1 Considerações iniciais ............................................................................................. 28
4.4.2 Verificação do volume de lavagem segundo NBR 12216 .................................... 29
4.5 Recuperação da água de lavagem ..................................................................... 29
4.5.1 Tanque de Equalização/Sedimentação ................................................................. 30
4.5.2 Elevatória de recirculação ................................................................................. 31
4.6 Benefícios da recirculação da água proveniente da lavagem dos filtros ........... 31
5 CONCLUSÃO ................................................................................................... 33
REFERÊNCIAS .........................................................................................................35
6
1 INTRODUÇÃO
1.1 Considerações Iniciais
Um grande volume de água é usado para o processo de lavagem de filtros de
Estações de Tratamento de Água (ETA), que é um procedimento de operação
essencial para o tratamento da água, os resíduos dessa lavagem, na maioria das
antigas estações de tratamento de água, são descartados em linhas d’água. O resíduo
liquido pode ser reaproveitado e recirculado para o começo do sistema de tratamento
afim de não ser desperdiçado.
Medeiros (2017) afirma que com o funcionamento dos filtros acumulam-se
impurezas no leito filtrante, aumentando o tempo de filtração. Deve-se ser feita a
lavagem, onde tem como objetivo a retirada e transporte da sujeira, que esta deve ter
um destino adequado ou dependendo da escassez, recuperá-la e passar por um novo
tratamento.
Em 2014 o Brasil assistiu uma das maiores crises hídricas do estado de São
Paulo - SP, pois o reservatório de água bruta do Sistema Cantareira, apresentou
diversas baixas em seu nível, chegando ao volume morto (PENA, 2017). Mais
recentemente em janeiro de 2017, o município de Palmeira dos Índios - AL sofreu com
a escassez de água em sua principal barragem de captação de água, essa que é
responsável por 70% do abastecimento da cidade, além de abastecer municípios
circunvizinhos (ASSESSORIA, 2017).
De acordo com Werdine (2002) o novo século traz a escassez e até mesmo a
cobrança pelo uso deste recurso e o homem precisa discutir o futuro da água e da
vida. A abundância do elemento líquido causa uma falsa sensação do recurso
inesgotável, e como fonte de vida deve-se evitar qualquer tipo de desperdício e perdas
referente ao seu uso que se não combatidos, serão fatores de contribuição para sua
maior escassez.
Evitar todo tipo de desperdício é essencial, desde a torneira aberta enquanto se
escova os dentes, até vazamentos em redes de abastecimento. Para a água sair de
um manancial, ser tratada e chegar até as torneiras das casas é necessário uma
sequência de fases.
Diante do exposto, será mostrado que o enorme volume destinado a lavagem
dos filtros pode ser reaproveitado e abastecer uma grande quantidade de pessoas,
7
assim o investimento da execução retornará com o decorrer da operação, afinal é um
resíduo que é descartado e poderá ser recuperado e tratado.
1.2 Objetivos
1.2.1 Objetivo geral
Elaboração de um sistema de reaproveitamento do resíduo proveniente da
lavagem dos filtros na Estação de Tratamento de Água Pratagy, localizada no
município de Maceió - AL.
1.2.2 Objetivo específicos
Caracterizar a área de estudo;
Analisar o volume do efluente de resíduo após a lavagem dos filtros;
Comparar o volume de água destinada para lavagem dos filtros com a norma
vigente;
Dimensionar o reservatório de equalização e demais etapas do sistema;
Verificar o possível retorno financeiro com a comercialização da água de
lavagem tratada.
8
2 REFERENCIAL TEÓRICO
Será apresentado neste capítulo o referencial teórico que foi consultado afim de
se desenvolver o estudo dessa pesquisa, a seguir é mostrado o histórico do
abastecimento da humanidade, as fases completas do sistema de abastecimento de
água e os processos que compõem a ETA (Estação de tratamento de água) Pratagy.
2.1 Histórico do abastecimento da humanidade
Desde os primórdios da humanidade a água tem sido fundamental para o
desenvolvimento do planeta terra. Suas diversas propriedades contribuem para o
funcionamento dos ecossistemas e consequentemente da vida. Não há um ser vivo
na atualidade que não utilize a água (BOFF, 2015), por menor que seja a quantidade
de maneira direta ou indireta, em seu funcionamento metabólico. A água possui
características de grande interesse em outros aspectos, como: econômico e social.
Essas constatações podem ser encontradas desde o surgimento das primeiras
civilizações.
Além de abastecimento de água em quantidade suficiente, é importante
também que a mesma esteja saudável e pura, evitando assim a transmissão de
doenças, fazendo-se necessário que os procedimentos, desde a captação até a
distribuição, sejam feitos de forma limpa e segura. Para que seja garantida água
saudável, o Ministério da Saúde estabelece na portaria 518/2004 os requisitos
mínimos de potabilidade da água.
De acordo com o relatório de perdas em sistemas de abastecimento de água,
elaborado pela Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental (ABES) em
2013. Os processos realizados pelo sistema de abastecimento de água são
responsáveis pelas maiores perdas de água no Brasil. O relatório destaca que a
quantidade de perdas já tinha superado 50% no início da década de 2000. Em 2004
foi registrada uma baixa de quase 5%, em 2011 houve uma queda de 6,8 pontos
percentuais no período, mesmo assim o quadro é preocupante porque a maior parte
das empresas não mede suas perdas de água de maneira consistente.
9
Dessa forma, cresceu no Brasil as políticas de conscientização e implantação de
novas formas de reutilização de águas. Segundo a Resolução nº 54 de 28 de
novembro de 2005, do Conselho Nacional de Recursos Hídricos (CNRH) o reuso de
água constitui-se em prática de racionalização e de conservação. Tal prática reduz a
descarga de poluentes em corpos receptores, conservando os recursos hídricos para
o abastecimento público e outros usos mais exigentes quanto à qualidade; reduz os
custos associados à poluição e contribui para a proteção do meio ambiente e da saúde
pública. Essas novas condições vão passar a exigir que se repensem os aspectos
fundamentais do abastecimento público de água potável no Brasil, tendo o reuso da
água para fins potáveis como uma alternativa segura, viável sobre os aspectos
técnicos e de saúde pública e, sobretudo, econômica.
2.2 Sistema de Abastecimento de água
Segundo Bernardo e Paz (2008), as ETAs são tecnologias capazes de remover
riscos presentes das fontes de abastecimento, por meio de processos e tipos de
operação. Atualmente compreendem fases chamadas de: captação, adução,
recalque, tratamento, reservação e distribuição. Essas são destacadas como
procedimentos importantes para a realização de descontaminação da água,
prevenindo inúmeros tipos de doenças, dentre outros benefícios.
2.2.1 Captação
A primeira fase é chamada de captação da água, Terassaka et al (2014)
apontaram que ela pode ser realizada através da retirada de água dos mananciais,
dos rios e lagos e de cursos d’água com suprimento normalmente de barragem. A
coleta das águas subterrâneas é subdividida em fontes naturais, como de encostas e
fundo de vale; poços, que podem ser escavados, cravados ou perfurados e galerias
de infiltração, que utilizam drenos perfurados. É necessária uma adequada escolha
do manancial pois as características dessa água podem afetar o tipo de tratamento e
consequentemente encarecer o processo. São feitos estudos da geografia do local,
estimativas da vazão do manancial para verificação da vazão que poderá ser usada,
conhecimento dos pontos a montante com a atenção sanitária de possíveis pontos de
poluição e outros fatores.
10
2.2.2 Adução
Conforme diz Heller e Pádua (2010) a adução é feita por meio de tubulações ou
canais encarregados pelo transporte da água e são chamadas de adutoras. As
adutoras interligam a captação às ETAs. Pode-se acontecer a adução por gravidade
que é o modo mais econômico e seguro de transportar a água, pois com o auxílio da
energia potencial a água é conduzida até o local desejado. Porém a grande
quantidade de mananciais em cota baixa faz a necessidade da adução por recalque,
que o transporte se faz com o auxílio de elevatórias. No que se refere as captações
para tratamento e posterior uso abastecimento humano, os condutos são fechados,
afim de não comprometer a qualidade da água bruta.
As estações elevatórias conduzem o liquido para cotas mais elevadas, esses
que quando são destinadas a conduzir águas não tratadas, chamam-se de elevatórias
de água bruta. Com o auxílio de conjuntos moto-bombas é transformado energia
elétrica em energia mecânica, que transportam a água até o local desejado.
2.2.3 Tratamento
Após todo o processo de captação da água bruta ela chega até as estações de
tratamento. Na tecnologia de ciclo completo Bernardo e Paz (2008), falam que a
tecnologia de ciclo completo também é denominada de tratamento convencional, onde
a água bruta é coagulada com sulfato de alumínio, formando flocos precipitados, na
câmara de mistura rápida, onde também pode-se adicionar carbonato de sódio para
regulação do pH da água bruta. As câmaras de mistura rápida podem ser do tipo
hidráulica, mecanizada ou especial, dependendo muito do tipo de água bruta a ser
tratada.
A floculação do lodo precipitado acontece em unidades mecanizadas ou
hidráulicas, a definição do tipo de unidade depende também do tipo de água bruta,
mas usualmente usa-se muito a hidráulica, que despensa o uso de operação da
mecânica. Todo afluente com lodo precipitado e reagido pelo sulfato de alumínio parte
para os decantadores, que tem fluxo ascendente e com o auxílio de calhas o afluente
já clarificado escoa e vai para o processo de filtração para remoção das impurezas
não visíveis a olho nu. Por fim a água tem a adição de cloro, afim de remover possíveis
bactérias e protozoários (BERNARDO; PAZ, 2008).
11
2.2.4 Reservação
A quarta fase é realizada através da reservação/estocagem. Terassaka et al
(2014) relataram que esse momento é feito com a finalidade de armazenamento de
água para atender variações de consumo e a melhoria nas condições de pressão da
água na rede de distribuição, pois garante uma altura manométrica constante.
2.2.5 Distribuição
Por fim, a última fase é a rede de distribuição. Terassaka et al (2014) a
marcaram pelo conjunto de tubulações e peças que têm como finalidade a condução
da água até os pontos de tomada das instalações prediais ou aos pontos públicos. No
geral, é a parte de maior custo no sistema de abastecimento, compreendendo cerca
de 70% do custo total.
2.3 Tratamento de água convencional
2.3.1 Classificação das águas
Antes de ser definido o tipo de tratamento da água, para Bernado e Dantas
(2005), é necessário o estudo do manancial e analisar as características da água bruta
para classificá-la, afim de ter o melhor tipo de tratamento para aquele determinado
manancial.
Através de amostragens em três épocas: estiagem, chuvas e chuvas críticas.
Em geral não há tempo para dados mais precisos, assim deve-se reproduzir o aspecto
visual da água em diferentes épocas do ano com moradores da região.
Bernado e Dantas (2005) separam em três tipos de características essenciais ao
estudo da água a ser tratada. A característica biológica é determinada por meio de
estudos bacteriológicos, afim de encontrar e quantificar organismos vivos presentes
nesta água, em sua maioria os organismos são microscópicos, mas também há uma
quantidade considerável de insetos. Nas características físicas que são as mais fáceis
de determinar, se destacam a cor, turbidez, sabor, odor, temperatura e condutividade
elétrica. Por último, mas não menos importante Bernado e Dantas (2005) mostram
que as características químicas são as mais importantes do ponto de vista sanitário,
análises de pH, determinação de cloretos, teor de oxigênio, nitritos e nitratos.
12
Todas essas características são consideradas para as diversas fases da estação
de tratamento, podendo influenciar no tratamento químico até o tipo de leito filtrante
usado.
2.3.2 Coagulação e mistura rápida
Heller e Pádua (2010) argumenta que as características físicas presentes na
água bruta, são partículas contaminantes, seja em suspensão ou dissolvidas, essas
requerem a coagulação através de produtos químicos, para facilitar o processo de
remoção das impurezas. Em geral os coagulantes empregados em ETAs são o sulfato
de alumínio, o cloreto férrico, o sulfato ferroso clorado, o sulfato férrico e o hidroxi-
cloreto de alumínio. É essencial a operação desses produtos por um responsável
químico, que deve realizar a dosagem através de estudos e ensaios determinados
pelo estudo da água bruta.
A combinação do coagulante junto a água bruta é feita pelas unidades de mistura
rápidas, destaca Heller e Pádua (2010). Tendo como parâmetros de projeto o tempo
de detenção e o gradiente de velocidade, que é essencial para a adequada mistura
do produto químico. As misturas podem ser realizadas pela própria energia hidráulica
e energia mecânicas, que está última causa um considerável custo de operação,
devido ao alto preço do insumo energia elétrica. Heller e Pádua (2010) aponta que a
maioria das ETAs brasileiras utilizam o medidor parshall para promover a mistura
rápida, além de medir a vazão do afluente á montante da estação. Dois tipos de
misturadores comumente usados, são mostrados conforme as Figuras 1 e 2.
Figura 1: Mistura mecânica Fonte: DI BERNARDO (1993)
13
Figura 2: Medidor Parshall Fonte: DI BERNARDO (1993)
2.3.3 Floculação
Heller e Pádua (2010) destaca que após todo o processo de inserção e mistura
dos produtos químicos, inicia-se o processo de aglomeração das partículas sólidas,
formando flocos visíveis a olho nu. A finalidade da flotação é aumentar o tempo de
reação do produto químico, afim de encaminhar aos decantadores as partículas
aumentadas pela ação dos reagentes químicos. Nas estações de tratamento de água,
a floculação é realizada por energia potencial gravitacional da água ou
mecanicamente. Muito parecido com a mistura rápida, a floculação hidráulica
apresenta menor custo e simplicidade de operação. Nas Figuras 3 e 4 são mostrados
dois tipos de floculação:
Figura 3: Floculação hidráulica
Fonte: Heller e Pádua (2010)
14
Figura 4: Floculação mecanizada Fonte: Heller e Pádua (2010)
2.3.4 Decantação
Nas ETAs convencionais, quando a água proveniente do manancial se encontra
com uma grande taxa de partículas em suspensão ou sólidos dissolvidos, se faz
necessário de tanques que removam parte dessas partículas antes de encaminhá-las
para a filtração. Outro aspecto levantado por Heller e Pádua (2010) é que a
decantação é um método bastante antigo, mas não ultrapassado, pois é simples e de
fácil operação, afinal a clarificação da água resulta na sedimentação das partículas no
fundo da unidade de decantação, tornando claro o sobrenadante.
Ao ser decantado as partículas geram um lodo gelatinoso que se deposita ao
fundo do decantador, a parte superior fica praticamente sem sedimentos sólidos
visíveis a olho nu, e partem para a próxima etapa que é a filtração (FOGAÇA, 2017).
Heller e Pádua (2010) fala que para diminuir o tempo de detenção nos
decantadores, uma inovação foi iniciada na década de 1960, que deu origem a
unidades com uma maior taxa de sedimentação. Foi incluindo módulos do tipo placas,
para acelerar a coagulação dos flocos e assim terem peso suficiente para decantar.
15
2.3.5 Filtração
A remoção das partículas que continuam presentes na água, escoam para a
unidade de filtração, que é composto por camadas filtrantes que podem ser areia,
carvão e pedras granulometricamente selecionadas. Nesta etapa é retirado as
partículas finas e leves que não foram retiradas no processo de decantação. Este é o
processo final de remoção de impurezas nas ETAs (COMUSA, 2017).
Heller e Pádua (2010) lembra que o tempo de filtração varia de acordo com o
tipo e qualidade do manancial de água bruta. Existem duas circunstâncias para
paralisar o processo de filtração, a mais constante é quando a perda de carga do leito
filtrante atinge o valor máximo, onde uma enorme retenção de impurezas dificulta o
escoamento da água, assim é necessário a lavagem dos filtros.
2.3.6 Desinfecção
Desinfetar a água é uma medida para eliminar possíveis organismos
patogênicos que estejam presentes na água. Como também atua como prevenção,
caso na distribuição ocorra algum tipo de contaminação. O agente desinfetante mais
usual é o cloro, que age com a função de destruir alguns mecanismos celulares dos
organismos patogênicos (Heller; Pádua, 2010).
A portaria n° 518/2004 do Ministério da Saúde (Brasil, 2004) estabelece que na
saída da água do tratamento para a distribuição deve-se ter ausência de coliformes
totais na saída do tratamento e 95% das amostras coletadas na rede de distribuição,
quando analisadas 40 ou mais amostras por mês.
A portaria n° 518/2004 do Ministério da Saúde (Brasil, 2004) também define
que após a desinfecção com cloro, deve-se conter um teor mínimo de cloro residual
livre de 0,5 mg/L, tendo tempo de contato mínimo de 30 minutos.
2.4 Lavagem dos Filtros
Com a operação dos filtros, a acumulação de impurezas entre os grãos do leito
filtrante é aumentada progressivamente, assim aumentando a perda de carga e
consequentemente reduzindo o número de vazios existente e reduzindo a capacidade
de filtração. O tempo de duração da operação de um filtro é chamado de carreia de
filtração. A tempo da carreira de filtração varia de acordo com a situação da água
16
bruta, algo que afeta bastante o tempo da carreira de filtração é os períodos chuvosos
que trazem bastante partículas dissolvidas na água. Geralmente sem situações
esporádicas a lavagem é feita uma vez por dia. São lavados contracorrente com
velocidades e vazões maior que as de filtração, pois essas medidas causam
turbulência no meio filtrante, facilitando o desprendimento das impurezas presas e
ligadas nos grãos. Esta operação deve ter um destino adequado da água de lavagem,
onde com a escassez pode ser recuperada para novo tratamento (VENANCIO, 2009).
Os filtros de fluxo descendentes, devem ser lavados de forma ascendentes com
água tratada de preferência com o mesmo pH, usualmente usa-se reservatórios em
cota mais elevada, mas situações menos comuns fazem o uso de conjuntos moto-
bombas (VENANCIO, 2009).
A NBR 12216 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 1992, p.
11) referente a projeto de estações de tratamento de água, recomenda que a
contracorrente deva promover entre 20% a 30% de expansão do leito filtrante e que a
velocidade de lavagem deve não ser inferior a 60cm/min.
17
3 METODOLOGIA
Este capitulo será abordado toda a metodologia feita neste estudo, baseado em
referências bibliográficas e pesquisa em campo. A metodologia foi feita com base nos
objetivos específicos aqui nomeados.
Para definir a melhor concepção de sistema. A seguir é mostrado o fluxograma
do processo de estudo (Figura 5).
Figura 5: Fluxograma do estudo Fonte: Dados do autor (2017)
3.1 Caracterizar a área de estudo
Para a caracterização da área de estudo foi realizado uma pesquisa junto à
Companhia de Saneamento de Alagoas, para verificar qual estação de tratamento não
fazia reuso da água de lavagem dos filtros, além de verificar se o volume é
considerável.
Foi realizado o levantamento de pranchas de desenhos técnicos, arquivos e
levantamentos com técnicos da companhia para conhecer o sistema de tratamento
existente.
Três visitas foram realizadas entre os períodos de Julho e Setembro de 2017,
com o objetivo de esquematizar a ETA, entender processo de lavagem dos filtros da
18
área de estudo e projetar o possível local do tanque de equalização, conforme é
mostrado nas Figuras 6 e 7.
Figura 6: Explicação do engenheiro químico da ETA Pratagy Fonte: Elaborada pelo autor, 2017.
Figura 7: Barriletes de água tratada e água de lavagem dos filtros Fonte: Elaborada pelo autor, 2017.
3.2 Análise e Concepção dos filtros existentes
Para analisar os filtros existente da ETA, foi necessário levantamento do projeto
da estação de tratamento e exemplificação dos técnicos responsáveis pelo sistema.
Foi mostrado na prática como é a lavagem dos filtros existentes e a operação.
Sendo mostrado a importância da operação correta, afim de não comprometer o
tratamento da água.
19
Entendimento do projeto e layout da estação, entendo a forma de operação e
definição de quando e porque efetuar a lavagem.
3.3 Definição do sistema a ser adotado
A CASAL já utiliza e opera estações de tratamento de água com a reutilização
da água de lavagem dos filtros, então foi elaborado uma concepção que não fugia dos
parâmetros da companhia, afim de facilitar a operação e manutenção do sistema.
20
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1 Caracterização da área de estudo
4.1.1 Sistema Pratagy
A Estação de Tratamento de Água Pratagy é responsável pelo abastecimento
dos principais bairros do município de Maceió – AL que mais consomem água. Esta
ETA é de responsabilidade da Companhia de Saneamento de Alagoas (CASAL).
Localizada na Rodovia AL 105, no Bairro do Benedito Bentes, cidade de Maceió
– Alagoas. A estação é responsável pelo abastecimento dos bairros da parte baixa de
Maceió (Pajuçara, Jaraguá, Ponta Verde, Jatiúca, Mangabeiras, Jacarecica, Ponta da
Terra, Poço, Cruz das Almas, Jacintinho e Feitosa). Com capacidade de tratamento
de 3600m³/h – 1000 litros/segundo.
4.1.2 Estação de Tratamento do Sistema Pratagy
A captação é localizada no rio Pratagy, com aproximadamente 8 quilômetros de
distância, tem diâmetro de 900mm em material de aço carbono. Esta Estação é do
tipo convencional de ciclo completo.
Figura 8: ETA Pratagy Fonte: Elaborada pelo autor, 2017.
21
Figura 9: Esquema Geral ETA - Pratagy Fonte: Elaborada pelo autor, 2017.
Após a agua bruta ser aduzida através e elevatórias, acontece o procedimento
de coagulação da mesma, onde é adicionado sulfato de alumínio e carbonato de
sódio, também chamado de barrilha, estes têm a função de aglomerar particular
sólidas (impurezas) e regular o pH, respectivamente. Todo esse procedimento é feito
em uma câmara de mistura rápida, que com o auxílio de bombas regulam a dosagem
correta (Figura 10), com fiscalização de um engenheiro químico, tais dosagens podem
alterar de acordo com as condições da água bruta.
Figura 10: Câmara de mistura rápida Fonte: Silva, 2017. Fonte: Elaborada pelo autor, 2017.
22
Após o processo de coagulação, a água é agitada através de floculadores, como
na Figura 11, com a função de ligar flocos, para adquirirem massa suficiente até
decantarem. Através da energia hidráulica dissipada pelo processo, o sistema que
tenha essas características, pode fazer o uso de floculador hidráulico de fluxo
horizontal, que a agitação é feita através da passagem da água por mudanças de
direção (RITCHER; AZEVEDO NETTO, 2000).
Os critérios adotados para esse dimensionamento encontram-se na NBR 12216
(1992).
A próxima etapa é a decantação dos flocos formados pela coagulação e
agitação da água, que a ETA Pratagy conta com 02 (dois) decantadores de fluxo
ascendente (Figuras 12 e 13), que a água flui para calhas vertedoras que é guiada até
os filtros.
Figura 11: Floculadores da ETA Pratagy Fonte: Elaborada pelo autor, 2017.
23
Figura 12: Isométrico do decantador
Fonte: Companhia de Saneamento de Alagoas - CASAL, 1987.
Figura 13: Decantador de fluxo ascendente
Fonte: Elaborada pelo autor, 2017.
Os filtros separam os sólidos remanescente do liquido, através de leitos
(camadas) de areia em duas células iguais por filtro. No total da ETA tem-se 08 (oito)
filtros do tipo rápido. Seu fluxo é descente. O período de funcionamento do filtro é de
20h a 24h, segundo a NBR 12216 (1992). Nos Períodos chuvosos esse intervalo de
lavagem diminui, devido à alta porcentagem de sedimentos na água bruta.
A Figura 14 mostra o funcionamento desse filtros com o fluxo descendente.
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Figura 14: Filtros rápidos
Fonte: Elaborada pelo autor, 2017. .
Após todas essas fases o afluente tratado tem adição de cloro, para a retirada
de bactérias e protozoários e é aduzida para reservatórios (Figura 15) e redes de
distribuição até a chegada no consumidor.
Figura 15: Reservatório Elevado para distribuição, ETA - Pratagy
Fonte: Elaborada pelo autor, 2017.
25
4.2 Concepção dos filtros existentes
Os filtros existentes são do tipo rápido, com leito simples de areia e fluxo de água
descendente. A ETA em geral é dividida é duas baterias iguais e espelhadas, tendo
oito filtros, sendo quatro por cada bateria. Cada filtro tem dois meios filtrantes de 3x13
metros. A alimentação dos filtros é por uma comporta quadrada de 800mm com
acionamento motorizado.
A área de filtração de um filtro é de 78m², assim a área total de filtração é de
78m² x 8 unidades = 624m². O volume de tratamento é de 3600m³/h com todos os
filtros em operação. Assim cada filtro trata aproximadamente 138m³/m²xdia, estando
dentro da NBR 12216 que um filtro de fluxo descendente de camada simples deve
tratar no máximo 180m³/m²xdia.
4.3 Operação de Lavagem
Ao decorrer do tratamento, os filtros começam a elevar a perda de carga no seu
leito filtrante, consequentemente a taxa de filtração diminui. Na ETA Pratagy é
agendada uma lavagem diária por filtro. Na Figura 16 podemos ver um filtro com o
tempo da carreira de filtração no fim, é visível o acumulo da água acima do leito
filtrante.
Figura 16: Filtro prestes a ser lavado – ETA Pratagy Fonte: Elaborada pelo autor, 2017.
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A lavagem dos filtros é através de um reservatório elevado de água tratada, que
é alimentado por conjuntos moto-bombas, através da adução da água a partir de um
reservatório enterrado. Na Figura 17 é mostrado a “casa de química”, no último
pavimento encontra-se o reservatório de água tratada para lavagem dos filtros. Na
Figura 18 estão os conjuntos motobombas de alimentação desse reservatório
elevado.
Figura 17: Reservatório Elevado de água tratada destinado à lavagem Fonte: Dados do autor (2017)
Figura 18: Conjunto motobombas de alimentação do reservatório elevado Fonte: Dados do autor (2017)
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Para início do processo de lavagem, é fechado o escoamento da água
proveniente dos decantadores através de comportas automatizadas, e aberta as
comportas da água de lavagem, que com o auxílio da carga hidráulica, escoam de
forma ascendente no filtro e limpando o leito filtrante de areia. Conforme a Figura 19,
o fluxo ascendente eleva o nível da água e é escoado para uma calha coletora de
água de lavagem.
Figura 19: Lavagem de um filtro
Fonte: Dados do autor, 2017
Passado o tempo estabelecido de lavagem, que varia conforme a característica
da água bruta e controlado pela operação da ETA, as comportas de água de lavagem
dos filtros é fechada e reaberta a comporta do fluxo proveniente do decantador.
Conforme mostra a Figura 20, o leito filtrante após ser lavado volta a filtrar
rapidamente, devido à baixa em sua perda de carga.
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Figura 20: Filtro após lavagem
Fonte: Dados do autor, 2017
4.4 Volume de lavagem dos filtros
4.4.1 Considerações iniciais
A água de lavagem dos filtros é um dos principais resíduos líquidos gerados pela
ETA PRATAGY, segundo dados da Companhia de Saneamento de Alagoas, formada
pelo processo de lavagem do leito filtrante da etapa de filtração, tendo como
composição produtos químicos e características da água bruta.
É essencial a disposição final adequada dos resíduos gerados, assim é
necessário um novo projeto e sequencia de processos capazes de remover a água
restante do resíduo líquido e reaproveitá-la, de modo a voltar para o início do processo
de tratamento.
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Na grande maioria das estações de tratamento o despejo do resíduo liquido é
para cursos de água ou em drenagem de água pluviais. Contudo, esses resíduos são
classificados como resíduos sólidos pela NBR 10004/1987, assim deve-se haver o
tratamento adequado para que não haja danos ao meio ambiente. Sendo assim é
necessário a adequação da ETA PRATAGY, para ficar de acordo com a legislação.
4.4.2 Verificação do volume de lavagem segundo NBR 12216/1992
A verificação em plantas e medição in loco, os filtros existentes têm 78m² de área
cada. A NBR 12216 (1992) recomenda que a lavagem dos filtros deve acontecer com
tempo mínimo de 10 minutos e a velocidade de lavagem não ser inferior a 0,60m/min..
Para o volume de resíduo gerado após a lavagem a equação 1 mostra o volume de
resíduos gerados:
78m² x 0,60m/min x 10 min = 468m³ por lavagem (Equação 1)
Segundo a Companhia de Saneamento de Alagoas o usual em estações de
tratamento de água e concepção de seus projetos que a velocidade de lavagem seja
entre 0,80m/min e 1,00m/min e é considerado um tempo de lavagem de 8 a 10
minutos. Durante a operação de lavagem podem ser gastos:
Considerando a menor velocidade e o menor tempo de lavagem na equação 2.
78m² x 0,80m/min x 8 minutos = 499,20m³ por lavagem (Equação 2)
Considerando a maior velocidade e o maior tempo de lavagem na equação 3.
78m² x 1,00m/min x 10 minutos = 780,00m³ por lavagem (Equação 3)
Dado o exposto a lavagem dos filtros da ETA Pratagy está dentro da norma
regida pela ABNT.
4.5 Recuperação da água de lavagem
A recuperação da água de lavagem deve ser feita de modo que tenha facilidade
de operação. Deste modo a Companhia de Saneamento de Alagoas informa que um
método usual e de fácil operação é o sistema que compreende em unidade de
equalização e leito de secagem. Devido as diferenças de níveis, deverá ser adotado
estações elevatórias para recalque da água clarificada de lavagem e recalque do lodo.
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A Figura 21 a seguir exemplifica o processo de reuso.
Figura 21: Fluxograma de reuso Fonte: Dados do autor, 2017
4.5.1 Tanque de Equalização/Sedimentação
São unidades destinadas parecidas com decantadores, onde sua função é
regularizar a vazão e sedimentar o lodo da água de lavagem. A Figura 22 é um
esquema de tanque de equalização usualmente usado pela CASAL.
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TANQUE DE EQUALIZAÇÃO
Nível da água
ÁGUA CLARIFICADA
LODO
Figura 22: Tanque de Equalização
Fonte: Dados do autor, 2017.
Conforme visto no item 4.4.2 no cálculo de lavagem dos filtros, o volume máximo
gasto em uma lavagem de filtro é de 780m³. Conforme área disponível o tanque de
equalização poderá ter 20,80m de comprimento, 15,00m de largura e uma
profundidade útil de 2,5m. A operação da ETA Pratagy, comumente lava-se dois filtros
em sequência, desse modo se faz necessário a utilização de 02 tanques de
equalização.
4.5.2 Elevatória de recirculação
Com o auxílio de um conjunto moto-bombas a água clarificada sobrenadante
retornará a ETA. Considerando que as carreiras de filtração terão duração de 24horas
e que é lavado 02 filtros em sequência, teremos uma lavagem de um filtro a cada 6
horas. Adotado um tempo de 4 horas para sedimentação usualmente usado pela
CASAL, o volume de lavagem de 02 filtros, 1560m³, deverá retornar em 2 horas para
o início da ETA, sendo necessário um conjunto moto-bomba capaz de recalcar:
(Equação 4)
1560𝑚3𝑥 1000𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠/𝑚3
2 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑥 60𝑚𝑖𝑛𝑢𝑡𝑜𝑠
ℎ 𝑥 60 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜𝑠/𝑚𝑖𝑛= 216,66 𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠/𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜
4.6 Benefícios da recirculação da água proveniente da lavagem dos filtros
A companhia de saneamento de Alagoas, trata atualmente uma vazão média de
1 m³/s na ETA Pratagy, onde recuperando-se toda a água de lavagem diária que em
média é de 2000m³, 2,31% da vazão tratada. O volume de lavagem diário é suficiente
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para abastecer uma população de 10.000 habitantes com uma per capta de 200 litros
por habitante por dia.
Levando em consideração que uma casa usa 10m³ por mês, paga-se a menor
tarifa residencial de R$44,20 e recuperando 2000m³ diários durante 30 dias, ao final
do mês o faturamento da CASAL é de R$ 265.200,00. Levando-se em consideração
o percentual de 87,90% que é de arrecadação sobre o faturamento, chega-se ao valor
de R$ 233.100,80.
Além do benefício comercial, evita-se o descarte inadequado do efluente de
lavagem e o desperdício de água.
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5 CONCLUSÃO
A reutilização da água de lavagem é uma forma de evitar o desperdício, que
diante do exposto é um volume bastante considerável. Volume que pode abastecer
10.000 habitantes. Em épocas de seca dos mananciais de água bruta, este sistema é
capaz de minimizar os danos da falta de água.
É possível entender que mesmo com possíveis gastos de implantação e de
operação, terá um retorno considerável, afinal é um efluente que hoje é esquecido e
descartado. Com o auxílio da carga hidráulica, só será implantado um estação
elevatória, que poderá ser operada com automação, facilitando todo o processo de
recirculação da água.
No tocante à questão ambiental, a maioria das ETAs despejam seu efluente de
água de lavagem para corpos de água, comprometendo assim mananciais, tal fato é
bastante preocupante por ser comumente executado. Com a implantação desse
sistema ou outro parecido, evita-se o descarte irregular desse resíduo.
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REFERÊNCIAS
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