Tratamento de água: etapas do sistema convencional

Será que a água dos nossos mananciais são apropriadas para o uso imediato? 

Quem teria coragem de encher uma garrafa d’água do rio mais próximo e beber logo em seguida?

Temos certeza que será respondido um “não” para esta pergunta! (a não ser que você viva ao lado de uma fonte de água mineral bem cristalina :).

A realidade é que para que a água não seja prejudicial a nossa saúde, ela precisa ser tratada ou, ao menos, desinfectada. Para a maior parte dos mananciais do Brasil, que servem de abastecimento público, é realizado o tratamento convencional. 

As estações de tratamento de água (ETA) convencionais são compostas pelas etapas de mistura rápida, coagulação, floculação, decantação, desinfecção e fluoretação. Esses processos visam, de modo geral, a remover sólidos suspensos e dissolvidos na água, além da inativação de microrganismos. 

Ao final do tratamento da água, ela deve apresentar qualidade que atenda aos requisitos previstos pelo Anexo XX da Portaria de Consolidação (PRC) nº 5/2017 do Ministério da Saúde (MS) [1].

Fluxograma do tratamento convencional de água.

Mistura Rápida e Coagulação

O processo de coagulação ocorre durante a etapa de mistura rápida do tratamento de água. 

Mas o que é a mistura rápida?

É a unidade que recebe a vazão de água na entrada da ETA, responsável pela mistura dos coagulantes e dos agentes químicos à água – dispersos uniformemente. Pode ser composta por misturadores denominados de hidráulicos – mais comuns em estações de tratamento de água brasileiras -, como a Calha Parshall, ou mecanizados, como os agitadores mecânicos, turbinas e hélices propulsoras.

Calha Parshall convencional.
Calha Parshall

A coagulação, por sua vez, tem como objetivo principal promover condições para agregar a matéria suspensa, coloidal e dissolvida para posterior processamento por floculação ou para criar condições que permitam a remoção subsequente de partículas e matéria dissolvida.

Essas condições consistem na eliminação ou redução das forças repulsivas para que as partículas na água possam se juntar umas com as outras. Essa necessidade de coagulação ocorre devido a maioria dessas partículas serem carregadas negativamente [2].

Vários fatores podem interferir no processo de coagulação, entre eles o tipo de coagulante, pH e alcalinidade da água bruta, a natureza e a distribuição dos tamanhos das partículas causadoras de cor e turbidez, e a uniformidade de aplicação dos produtos químicos na massa líquida [3].

Os coagulantes comumente utilizados para o tratamento de água são o sulfato de alumínio, o cloreto férrico, o sulfato ferroso clorado, o sulfato férrico e o hidroxi-cloreto de alumínio. Esses sais costumam consumir a alcalinidade da água, fazendo-se necessário posterior correção de pH a fim de atender ao padrão de potabilidade. Os alcalinizantes mais comumente utilizados nas estações de tratamento de água são o óxido de cálcio (cal viva), o hidróxido de cálcio, o hidróxido de sódio (soda cáustica) e o carbonato de sódio (barrilha).

Floculação

Nesta etapa do tratamento de água, os floculadores são unidades utilizadas para promover a agregação de partículas formadas na mistura rápida [4]. Nesta unidade, ocorre apenas a formação de flocos e não a remoção de impurezas. Seu objetivo é aumentar o tamanho das partículas, as quais serão direcionadas às unidades de decantação para sua remoção. 

Para a ocorrência da floculação são fornecidas condições, em termos de tempo e de agitação, para que ocorram os choques entre as partículas anteriormente desestabilizadas pela ação do coagulante. A agitação da água pode ser promovida por meios mecânicos ou hidráulicos [4].

Na floculação hidráulica, a mais comum nas estações de tratamento de água convencionais, o fenômeno ocorre através da inserção de barreiras físicas no caminho da água, aumentando a agitação do fluido e proporcionando a colisão das partículas que se unem e aumentam seu tamanho.

Floculadores de fluxo vertical e de fluxo horizontal.

Já na mecânica, a agitação é originada por motores elétricos. Esse tipo de floculação permite uma maior flexibilização da operação, porém aumenta o consumo de energia do sistema de tratamento de água.

Interior do floculador mecânico.
Floculadores mecênicos com turbinas verticais.

Decantação

Depois que as partículas estão agrupadas em flocos maiores e mais densos, a etapa seguinte do tratamento de água é a decantação. Essa etapa consiste em um processo físico de tratamento de água onde a força gravitacional atua sobre as partículas em suspensão ao longo, geralmente, de tanques retangulares de grandes comprimentos – os decantadores. Esse fenômeno, por sua vez, recebe o nome de sedimentação.

Visão geral do decantador

A quantidade de decantadores em uma ETA depende da vazão de projeto a ser tratada: se a capacidade for inferior a 1.000 m³/dia em operação contínua, ou 10.000 m³/dia com período de funcionamento inferior a 18 h/dia, exige-se apenas um decantador. Acima desse valor, pelo menos dois devem ser utilizados, em virtude da necessidade de manutenção sem interrupção do tratamento [4].

Na figura a seguir pode-se observar um esquema de decantador horizontal – o tipo mais comum nas estações de tratamento de água brasileiras. Nele, é possível observar o funcionamento geral: a água floculada entra, passa pela zona de turbilhonamento e entra no decantador propriamente dito. 

Esquema de um decantador horizontal.

O decantador em si tem de 3 a 5 metros de profundidade e comprimento variável, de acordo com a vazão aplicada. Embora tenha funcionamento simples, alguns aspectos merecem destaque.

Um deles é a entrada de água, através da zona de turbilhonamento. Essa entrada utiliza comportas de acesso para distribuir a água igualmente entre os diversos decantadores que fazem parte do tratamento de água na ETA, conduzindo a água através da cortina distribuidora. Seu objetivo, por sua vez, é uniformizar o fluxo de entrada nos decantadores.

Cortina distribuidora em decantador.

Outro aspecto importante é que o tanque tenha comprimento suficiente para que as partículas sedimentem e atinjam o fundo do decantador antes que o fluxo alcance as calhas de coleta. Tais calhas encontram-se no final do decantador para coletar a água superficial – já sem a maior parte das impurezas.

Por fim, em relação à manutenção dos decantadores, é fundamental realizar a limpeza dos tanques. Essa limpeza pode ocorrer de duas maneiras – mecanizada ou manual. Se for mecanizada, raspadores mecânicos fazem a remoção contínua do lodo acumulado no fundo, principalmente em grandes estações. Já a limpeza manual, operadores realizam periodicamente, necessitando que todo o decantador seja esvaziado.

Ao final dessa etapa já é possível observar a melhora no aspecto visual da água, porém, o tratamento ainda não está concluído. 

Filtração Rápida

A filtração consiste no processo que tem como função primordial a remoção das partículas responsáveis pela cor e turbidez da água, as quais, por serem menores, não são removidas na etapa de decantação e cuja presença reduziria a eficácia da etapa de desinfecção [3]. 

Esse processo ocorre geralmente em tanques preenchidos por materiais granulares de diversas dimensões. Os filtros podem ser compostos por camada simples, dupla ou tripla. Além disso, os principais materiais filtrantes utilizados no sistema convencional de tratamento de água são a areia e o antracito. Já o seixo – veja na imagem abaixo – é utilizado na camada que dá suporte às camadas filtrantes.

Filtros rápidos de camada simples e de camada dupla.

O filtro pode ser classificado quanto ao sentido do seu escoamento, podendo ser ascendente ou descendente. E, para a manutenção dos tanques de filtragem, realiza-se periodicamente o processo de retrolavagem, que consiste no bombeamento de água no sentido contrário da filtragem para a remoção de partículas orgânicas e inorgânicas retidas no meio filtrante.

Visão geral de um filtro rápido.

Desinfecção

O processo de desinfecção visa à inativação ou remoção de microrganismos potencialmente patogênicos. Esta etapa de tratamento de água é obrigatória para qualquer água que seja empregada para o abastecimento público.

Um bom agente desinfetante para o tratamento de água deve apresentar toxicidade para microrganismos em temperatura ambiente (esquentar grandes volumes de água não é viável!), não deve pigmentar a água nem corroer as estruturas do tratamento e ser disponível no mercado.

Os principais agentes são os compostos de cloro (cloro gasoso, hipoclorito de sódio e de cálcio, cloraminas e dióxido de cloro), ozônio e radiação ultravioleta. Devido à simplicidade de aplicação e ao baixo custo, o cloro, em suas diversas composições, é preferencialmente utilizado nas estações de tratamento de água brasileiras

A desinfecção geralmente é realizada em tanques de contato, onde a água reage com o desinfetante por determinado período de tempo, sendo este previsto pela PRC n° 5 do MS e varia com a temperatura, o pH e a concentração de cloro [1].

Fluoretação

Esta etapa do tratamento de água tem o objetivo de garantir uma concentração máxima e mínima de íon fluoreto em águas de abastecimento a fim de que seja possível a manutenção da saúde dental da população.

A aplicação do fluoreto em águas de abastecimento pode ser na forma de fluoreto de sódio, de fluoreto de cálcio, de fluossilicato de sódio e de ácido fluossilícico.

A Lei n° 6.050, de 24 de Maio de 1974, dispõe sobre a previsão e o planejamento da fluoretação da água em sistemas de abastecimento quando existir estação de tratamento.


Garantir o acesso da população à água de boa qualidade, segura e de maneira contínua é um dos maiores desafios intrínsecos à área do saneamento. Por isso, é fundamental conhecer o funcionamento dos sistemas de tratamento de água, mas também como eles se integram ao tratamento dos efluentes para que o acesso ao saneamento seja universalizado.

Portanto, é responsabilidade de todo Engenheiro construir uma visão crítica dos fatores que permeiam a problemática da gestão dos recursos hídricos e como a Engenharia Civil atua para solucionar estes problemas.

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PARA LER MAIS!

[1] BRASIL. Portaria de Consolidação n° 5, de 28 de setembro 2017. Consolidação das normas sobre as ações e os serviços de saúde do Sistema Único de Saúde. Brasília, DF. 2017.

[2] HOWE, K. J.; HAND, D. W.; CRITTENDEN, J. C.; TRUSSELL, R. R.; TCHOBANOGLOUS, G. Princípios de tratamento de água. São Paulo, SP: Cengage, 2016. 624 p. 

[3] LIBÂNIO, M. Fundamento de qualidade e tratamento de água. 3. ed. Campinas, SP: Editora Átomo, 2010. 494 p.

[4] ABNT – ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – ABNT. NBR 12.216: Projeto de estação de tratamento de água para abastecimento público. Rio de Janeiro, 1992.

3 comentários sobre “Tratamento de água: etapas do sistema convencional

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