TRATAMENTO DE GUAS DE ABASTECIMENTO POR FILTRAO EM MLTIPLAS ETAPASLuiz Di Bernardo, Cristina Clia S. Brando e Lo Heller

APRESENTAO Captulo 1 INTRODUO Caractersticas Fsicas e Organolpticas Caractersticas Qumicas Caractersticas Bacteriolgicas Caractersticas Radiolgicas Captulo 2 CONCEITUAO DA FILTRAO EM MLTIPLAS ETAPAS Consideraes Iniciais Necessidade de Pr-Tratamento Filtrao em Mltiplas Etapas FiME Captulo 3 APLICABILIDADE, LIMITAES, EFICINCIA E CUSTOS A Filtrao Lenta O Pr Tratamento na Filtrao em Mltiplas Etapas (FiME) Pr-filtro Dinmicos de Pedregulho Pr-filtro de Pedregulho com Escoamento Vertical Limitaes da Filtrao em Mltiplas Etapas Custos Captulo 4 CRITRIOS DE PROJETO E DIMENSIONAMENTO Consideraes Preliminares Fatores que Influem na Eficincia da FiME Slidos Suspensos, Turbidez e Tamanho das Partculas Mtodo de Operao Meio Filtrante de Filtros Lentos Carga Hidrulica Disponvel e Taxa de Filtrao nos Filtros Lentos Fundo dos Filtros Lentos Meios Granulares de Pr-Filtros e Caractersticas de Projeto e Operao Pr-Filtrao Dinmica Pr-Filtrao Ascendente em Pedregulho CRITRIOS DE PROJETO Consideraes Iniciais Pr-Filtrao Dinmica Pr-Filtrao Ascendente Filtrao Lenta Captulo 5 OPERAO E MANUTENO Pr-filtro Dinmicos de Pedregulho Pr-filtro de Pedregulho com Escoamento Ascendente Filtro Lento

APRESENTAO

Em 1997 iniciou-se no Brasil o PROSAB Programa de Pesquisa em Saneamento Bsico, programa de pesquisa induzida na rea. O PROSAB foi concebido para, mediante uma conjuno de esforos entre agncias governamentais de fomento, instituies de pesquisa e pesquisadores, oferecer, rea de saneamento do pas, desenvolvimentos tecnolgicos que incorporassem o princpio da tecnologia apropriada, englobando critrios como simplicidade, custo compatvel e

sustentabilidade face s particularidades regionais e nacionais. Essa iniciativa supe ainda a viso de que tecnologias com tais caractersticas detm o potencial de contribuir para a universalizao, com eqidade, do atendimento s populaes com servios de saneamento e assim combater uma importante face da excluso social, que afasta parcela expressiva da populao dos direitos da cidadania.

O primeiro dos quatro temas do PROSAB dedicou-se investigao da eficincia, limitaes e aplicabilidade de sistemas no convencionais de tratamento de guas de abastecimento, em instalaes piloto montadas na Escola de Engenharia de So Carlos da Universidade de So Paulo - USP e no Departamento de Engenharia Civil da Faculdade de Tecnologia da Universidade de Braslia - UnB, e teve como um de seus produtos a presente publicao. Nela, procura-se apresentar os princpios da Filtrao em Mltiplas Etapas FiME e sistematizar informaes capazes de instrumentalizar a concepo, o dimensionamento, o projeto, a construo, a operao e a manuteno do processo, visando tanto sua apropriao pelos tcnicos, quanto seu emprego no ensino da graduao e da ps-graduao.

O processo FiME constitui resultado de um esforo de aperfeioamento de uma tecnologia de tratamento coletivo de guas de abastecimento, que teve sua origem h quase dois sculos a filtrao lenta. Esta representa um sistema de tratamento de funcionamento extremamente simplificado, que em verdade simula mecanismos naturais de depurao das guas, em sua percolao pelo subsolo, quando, nesse percurso, so removidos microrganismos, partculas, substncias qumicas e componentes biolgicos. Trata-se de processo que tinha emprego privilegiado na rea do tratamento de gua no Brasil, a partir do incio do sculo at a dcada de 60, e passou a ser desprezado a partir dos anos 70. Duas presses colaboraram com essa mudana: o processo de substituio tecnolgica, determinado pela influncia, sobretudo, da cultura tcnica norte-americana; e a acelerada deteriorao da qualidade das guas dos mananciais, resultado da opo de desenvolvimento

econmico baseado no modelo urbano-industrial, sem a preocupao de assegurar sua sustentabilidade scio-ambiental.

Nessas ltimas trs dcadas, mesmo que a filtrao lenta pudesse constituir soluo apropriada em diversas aplicaes no pas, especialmente na zona rural e em comunidades de pequeno e mdio portes onde o manancial se manteve razoavelmente preservado, a substituio tecnolgica reprimiu seu emprego no pas, resultando, alm da implantao de solues menos adequadas, em prejuzo para o prprio desenvolvimento e aperfeioamento da tecnologia, em bases nacionais.

A despeito dessa discriminao, o meio cientfico nacional e internacional no deixou de considerar a pertinncia da tecnologia e de desenvolver aperfeioamentos, objetivando tornar ainda mais amplo o espectro de situaes nas quais sua utilizao pudesse ser recomendada. Nessa linha, houve a consolidao de pr-tratamentos, constitudos por unidades preliminares de filtrao em leitos de maior granulometria os pr-filtros dinmicos e os pr-filtros em leitos de pedregulho. A combinao de uma ou mais dessas unidades com os filtros lentos recebeu justamente a denominao da tecnologia objeto da presente publicao a FiME.

Em vista dessa trajetria, ao se publicar este texto necessariamente tambm incorporado o objetivo de resgate da tecnologia e a pretenso de modificao de uma cultura tcnica setorial. A divulgao da FiME, nesse sentido, procura apresentar para o meio da Engenharia Sanitria nacional uma tecnologia re-emergente, que j galgou o status de tecnologia consolidada em vrios pases em desenvolvimento e mesmo desenvolvidos. Uma tecnologia verstil, de custo de implantao compatvel com a realidade nacional, passvel de se adaptar a mudanas de qualidade da gua e de operao e manuteno pouco especializados. Alm disso, dado o excepcional desempenho na remoo bacteriolgica caracterstico do processo, corresponde a uma soluo com muito maior potencial de benefcio sade pblica se comparado aos tratamentos fsico-qumicos convencionais, em especial nas situaes com fragilidade na eficincia da desinfeco qumica. Verdadeiramente, uma tecnologia com a potencialidade de transformar qualitativamente a natureza de sistemas de abastecimento de gua de significativo nmero de localidades brasileiras.

Obviamente, no obstante essas virtudes, no se deve relevar a necessidade de um adequado, criterioso e responsvel enfoque de engenharia como pr-requisito para o pleno sucesso da tecnologia.

Os autores esperam, ao colocar esta contribuio disposio dos tcnicos em Engenharia Sanitria brasileiros, estar colaborando para remover uma discriminao injusta cometida contra uma tecnologia de tratamento de gua, que tem a vocao de minorar as precrias condies sanitrias a que se encontra submetido importante contingente da nossa populao.

Captulo 1 - INTRODUOA gua consumida pelo ser humano deve obedecer a critrios de qualidade definidos por normas nacionais ou internacionais. A obedincia a esses critrios determina que a seleo da tecnologia de tratamento a ser adotada considere, alm da qualidade da gua a ser tratada, a prpria caracterstica da comunidade a ser beneficiada. Em muitos pases em desenvolvimento, no h disponibilidade de recursos financeiros para construir estaes de tratamento sofisticadas, exigindo dos pesquisadores que difundam as tecnologias apropriadas, visando convert-las em projetos realistas, econmicos e confiveis.

Do ponto de vista tecnolgico, gua de qualquer qualidade pode ser, em princpio, transformada em gua potvel, porm, os custos envolvidos e a confiabilidade na operao e manuteno podem inviabilizar o uso de um determinado corpo dgua como fonte de abastecimento. Existe uma relao intrnseca entre o meio ambiente e as tecnologias de tratamento, isto , em funo da qualidade da gua de um determinado manancial e suas relaes com o meio ambiente, h tecnologias especficas para que o tratamento seja eficientemente realizado. Na Figura 1.1 mostrado um esquema, no qual se procura relacionar o meio ambiente e as tecnologias de tratamento. Observa-se nessa Figura que h alternativas tecnolgicas compatveis com a qualidade da gua do manancial. Somente com a realizao de anlises e exames em laboratrio, inspees sanitrias na bacia do manancial e com a execuo de ensaios em instalaes de bancada ou em instalaes piloto com escoamento contnuo, que algumas tecnologias podem ser consideradas inicialmente e outras descartadas.

Figura 1.1 - Esquema Indicativo entre Meio Ambiente e Alternativas de Tratamento

No Brasil, a Resoluo no 20 do CONAMA-Conselho Nacional do Meio Ambiente (1986), estabelece a classificao das guas em todo territrio nacional de acordo com seus usos preponderantes, presentes e futuros. Segundo esta resoluo, quatro das cinco classes de gua doce incluem entre seus usos preponderantes, a destinao para abastecimento pblico, considerando o tipo de tratamento requerido, a saber: Classe Especial: guas destinadas ao abastecimento domstico sem prvia ou simples desinfeco; Classe 1: guas destinadas ao abastecimento domstico aps tratamento simplificado; Classes 2 e 3: guas destinadas ao abastecimento domstico aps tratamento convencional.

Para cada classe so estabelecidos limites dos parmetros fsicos, qumicos biolgicos e radiolgicos, tornando obrigatria a determinao de parmetros de qualidade, incluindo compostos orgnicos complexos, muitas vezes inexeqvel em algumas regies do Brasil. H tambm a limitao de alguns parmetros sem sentido aparente sob o ponto de vista da definio do processo de tratamento, tais como a turbidez mxima igual a 100 uT e a cor igual a 75 mg Pt/L para as guas das classes 2 e 3, e o NMP/100 mL de coliformes fecais inferior a, respectivamente, 1000 e 4000 em 80 % ou mais de pelo menos 5 amostras mensais colhidas em qualquer ms (ou do NMP/100 mL de coliformes totais inferior a 5000 e 20 000 em 80 % ou mais de pelo menos 5 amostras mensais colhidas em qualquer ms se no houver, na regio, meios disponveis para o exame de coliformes fecais) para as guas de classe 2 e de classe 3. Como no h definio precisa do parmetro cor na Resoluo no 20 do CONAMA , supe-se que seja cor verdadeira, pois guas com turbidez de 75 uT seguramente apresentaro cor aparente maior que 75 mg Pt/L. No total, so aproximadamente setenta parmetros de qualidade exigidos, alguns medidos somente em laboratrios altamente especializados, razo pela qual tem sido difcil o cumprimento desta resoluo.

Ainda no Brasil, a Associao Brasileira de Normas Tcnicas-ABNT (1989), por meio da NB-592, considera os seguintes tipos de guas naturais e respectivos tratamentos: Tipo A: guas subterrneas ou superficiais, provenientes de bacias

sanitariamente protegidas, com caractersticas bsicas apresentadas na Tabela 1.1 e, os demais parmetros de qualidade, de acordo com o Padro de Potabilidade.

Tipo B: guas superficiais ou subterrneas, provenientes de bacias no protegidas, com caractersticas bsicas apresentadas na Tabela 1.1 e que possam atender ao Padro de Potabilidade com tecnologias de tratamento que no exijam a coagulao qumica. Tipo C: guas superficiais ou subterrneas de bacias no protegidas, com caractersticas bsicas apresentadas na Tabela 1.1 e que exigem tecnologias de tratamento com coagulao qumica para atender ao Padro de Potabilidade. Tipo D: guas superficiais de bacias no protegidas, sujeitas poluio ou contaminao, cujas caractersticas bsicas so apresentadas na Tabela 1.1 e que requerem tratamentos especiais para atender ao Padro de Potabilidade.

Tabela 1.1 - Classificao das guas Segundo a NB-592 da ABNT (1989) CARACTERSTICA TIPO A DBO5 (mg/L) - mdia - mxima (qualquer amostra) Coliformes Totais (NMP/100 mL) - mdia mensal - mximo PH Cloretos (mg/L) Fluoretos (mg/L) 50 a 100 100 a 5000 5000 a 20000 > 100 (*) > 5000 (**) > 20000 (***) 5a9 < 50 < 1,5 5a9 50 a 250 1,5 a 3,0 5a9 250 a 600 > 3,0 > 20000 ------3,8 a 10,3 > 600 ------< 1,5 3,0 1,5 a 2,5 4,0 2,5 a 4,0 6,0 > 4,0 > 6,0 B C D

NMP : nmero mais provvel (*) em menos de 5 % das amostras examinadas (**) em menos de 20 % das amostras examinadas (***) em menos de 5 % das amostras examinadas

Embora a NB-592 da ABNT limite o uso de tecnologias sem coagulao qumica gua tipo B, h dados referentes operao de algumas instalaes tipo FiMEFiltrao em Mltiplas Etapas funcionando na Colmbia, tratando gua com qualidade pior que aquela recomendada na Tabela 1.1.

Com a aprovao da lei n. 9433, publicada no Dirio Oficial da Repblica do Brasil, em janeiro de 1997, foi criado o Sistema Nacional de Gerenciamento dos Recursos Hdricos-SNGRH, fundamentado nos seguintes aspectos: - a gua um bem de domnio pblico; - a gua um recurso natural limitado e dotado de valor econmico;

- em situaes de escassez, o uso prioritrio dos recursos hdricos o consumo humano e a dessedentao de animais; - a gesto dos recursos hdricos deve sempre proporcionar o uso mltiplo das guas; - a bacia hidrogrfica a unidade territorial para implementao da poltica nacional de recursos hdricos e a atuao de gerenciamento dos recursos hdricos; - a gesto dos recursos hdricos deve ser descentralizada e contar com a participao do poder pblico, dos usurios e da comunidade.

A preocupao com o meio ambiente resultou em aprovao pelo Congresso Nacional da Lei de Crimes Ambientais publicada no Dirio Oficial da Unio em abril de 1998, a qual estabelece medidas punitivas aos infratores, tais como: - prestao de servios comunidade; - interdio temporria de direitos; - suspenso parcial ou total de atividades; - prestao pecuniria; - recolhimento domiciliar.

A Lei de Crimes Ambientais considera crime contra o meio ambiente as seguintes situaes: - artigo 33 : provocar, pela emisso de efluentes ou carreamento de materiais, o perecimento de espcies da fauna aqutica existentes em rios, lagos, audes, lagoas, baias ou guas jurisdicionais brasileiras pena de deteno por um perodo de 1 a 3 anos; - artigo 54 : causar poluio de qualquer natureza em nveis tais que resultem ou possam resultar em danos sade humana, ou que provoquem a mortandade de animais ou a destruio significativa da flora neste artigo so descritos vrios crimes, incluindo o lanamento de resduos lquidos nos recursos hdricos, provenientes de estaes de tratamento de gua, em desacordo com a Lei n.9 433 de 1997, que tambm dispe sobre a preveno e controle do meio ambiente.

As principais alteraes da qualidade da gua de um recurso hdrico esto relacionadas ao crescimento ou adensamento das populaes urbanas, expanso industrial e aos usos diferentes do solo da bacia hidrogrfica. Para os eclogos em geral, a poluio decorre de qualquer alterao da natureza fsica, qumica, biolgica

ou mesmo de regime hidrolgico que produza desequilbrios no ciclo biolgico normal, alterando a composio da fauna e da flora do meio. Para os sanitaristas, a poluio de um recurso hdrico resulta, principalmente, do lanamento de guas oriundas de atividades industriais, agrcolas ou humanas. A contaminao a denominao genrica das conseqncias da poluio, tais como os efeitos da introduo de substncias ou de organismos nocivos no recurso hdrico, causando doenas no ser humano. A poluio do meio aqutico pode causar alteraes das caractersticas fsicas (turbidez, cor, nmero e tamanho de partculas, temperatura, condutividade, viscosidade, tenso superficial, etc), qumicas (DQO, DBO, pH, toxicidade, etc) ou biolgicas (microrganismos em geral e espcies do fitoplncton e do zooplncton). As principais doenas associadas contaminao biolgica dos recursos hdricos so clera, febre tifide, febre paratifide, salmoneloses, disenteria bacilar, amebase, giardase, criptosporidose, esquistossomose, viroses, etc.

Do ponto de vista toxicolgico, seria interessante pesquisar ou adaptar tcnicas desenvolvidas sobre indicadores biolgicos, utilizando-os na chegada da gua bruta na ETA-estao de tratamento de gua, de forma a possibilitar a deteco da toxicidade causada por substncias qumicas, pois em geral, as ETAs no se encontram preparadas para a remoo de substncias ou elementos txicos, a menos que tivessem sido projetadas considerando-se tal aspecto. Nesse caso, uma pequena parcela da vazo afluente poderia continuamente ser desviada para um recipiente, no qual estariam presentes os indicadores biolgicos. Esse um exemplo de medida visando aumentar a segurana do tratamento, reconhecendo a dificuldade em se prever a presena de substncias ou elementos txicos, que podem ser decorrentes do tipo de solo da bacia hidrogrfica, do uso de agrotxicos na agricultura, de despejos industriais, de deposio de contaminantes atmosfricos ou da excreo de sub-produtos pelas algas e outros organismos.

O projeto de estaes de gua, para ser adequado s caractersticas da gua bruta, deve se basear em dados obtidos a partir de estudos de laboratrio, utilizando-se instalaes constitudas de reatores estticos ou, preferivelmente, instalaes piloto de escoamento contnuo. Mesmo que dados sobre a qualidade da gua bruta sejam conhecidos, o projetista pode incorrer em erros graves quando seleciona a tecnologia de tratamento ou quando adota parmetros de projeto a partir da literatura ou da sua prpria vivncia. Tem sido observado em alguns pases em desenvolvimento que no existe relao entre a qualidade da gua bruta e a tecnologia de tratamento adotada, resultando no comprometimento da operao da ETA, tanto do ponto de vista do

consumo exagerado de produtos qumicos, quanto da qualidade da gua produzida, especialmente quando a coagulao qumica empregada.

As tecnologias de tratamento de gua podem ser enquadradas em dois grupos, sem coagulao qumica e com coagulao qumica. Dependendo da qualidade da gua bruta, ambos os grupos podem ou no ser precedidos de pr-tratamento. Na Figura 1.2 so apresentadas, na forma de diagrama de blocos, as principais alternativas de tratamento sem coagulao qumica, com ou sem pr-tratamento.

Figura 1.2 Tecnologias de Tratamento Utilizando a Filtrao Lenta e Pr-Tratamento A decantao tem sido empregada principalmente quando se tm mananciais superficiais cujas nascentes so prximas a montanhas, como no caso dos pases andinos. Nas pocas chuvosas, os picos de slidos suspensos e de turbidez so elevadssimos, tornando impraticvel o funcionamento da estao de tratamento sem a existncia de unidades de pr-tratamento. Na decantao plena, a gua captada no rio conduzida a um lago com tempo de deteno geralmente superior a 2 meses. No lago, ocorre remoo considervel, no apenas de slidos suspensos, mas tambm de bactrias, protozorios, fungos, vrus e outros organismos, fato relacionado ao tempo mdio de deteno. Por outro lado, segundo Di Bernardo (1995), com a clarificao da gua e, com a maior penetrao da luz solar, podem surgir florescimentos de algas, caso se a gua contenha os nutrientes necessrios, e dificultar a operao da estao de tratamento.

A Filtrao em Mltiplas Etapas FiME uma tecnologia de tratamento que vem sendo utilizada em alguns pases da Amrica do Sul, tendo tido sua eficcia comprovada tanto em instalaes piloto quanto em prottipos para o tratamento de gua com qualidade varivel. Basicamente, uma instalao FiME composta por alguma combinao entre a pr-filtrao dinmica, a pr-filtrao grosseira e a filtrao lenta. A pr-filtrao dinmica pode ser empregada de duas formas como pr-tratamento: a) para remover impurezas; b) para amortecer picos de turbidez ou de slidos suspensos. A Segunda opo pode ser adotada, em funo da qualidade da gua bruta, de modo que ocorra colmatao rpida da subcamada superior de pedregulho, evitando-se dessa forma que gua bruta com turbidez elevada atinja as unidades subseqentes. Nesse caso, as subcamadas do pr-filtro apresentam pedregulho de menor tamanho, a velocidade de escoamento do excesso (que no captada) relativamente pequena e maior a taxa de filtrao quando comparada s de um pr-filtro dinmico projetado para remover impurezas. A remoo de organismos substancial, tendo sido reportadas eficincia da ordem de 80 a 90 % de remoo de coliformes totais e fecais nas unidades de pr-filtrao dinmica, o que assegura o funcionamento adequado e seguro da tecnologia de tratamento posterior sem coagulao qumica. H situaes em que a filtrao lenta precedida da pr-filtrao dinmica pode ser uma alternativa apropriada. Quando se tem a pr-filtrao grosseira aps a pr-filtrao dinmica, esta pode ser projetada tanto para remover impurezas quanto para amortecer picos de turbidez ou de slidos suspensos, o que depender essencialmente da qualidade da gua bruta. H dados na literatura relatando substancial remoo de algas, coliformes, protozorios, metazorios e rotferos nos pr-filtros em pedregulho de escoamento vertical ascendente, de modo que, precedidos por pr-filtros dinmicos, esse tipo de pr-tratamento pode resultar muito seguro do ponto de vista sanitrio e altamente recomendvel para comunidades de pequeno e mdio porte, adequando as caractersticas da gua para posterior tratamento por meio da filtrao lenta. Como grande parte das impurezas podero ser retidas nos pr-filtros com escoamento vertical (ascendente ou descendente) ou horizontal, conveniente que estas unidades possuam dispositivos que permitam a realizao de descargas de fundo peridicas.

Quando

so

consideradas

as

caractersticas

da

comunidade,

condio

importantssima em pases em desenvolvimento, verificam-se limitaes para a

utilizao das tecnologias de tratamento que requerem a coagulao qumica em muitas regies do pas. Na seleo da tecnologia, deve-se assegurar a sustentabilidade do sistema, que desempenha papel importantssimo para que seja continuamente produzida gua com qualidade satisfatria e quantidade compatvel com as necessidades daz populao durante o perodo de projeto para o qual ser construdo. A sustentabilidade do sistema funo de vrios fatores, destacando-se a cultura e costumes da populao, nvel de mobilizao social, capacidade de investimento, existncia de mo de obra qualificada, disponibilidade de materiais de construo e de produtos qumicos na regio, porte do sistema, confiabilidade na operao e manuteno, padro de potabilidade a ser atendido, quadro de sade da populao, etc. Na Figura 1.3 apresentado um esquema no qual se visualiza a interao entre as tecnologias de tratamento, o meio ambiente e a comunidade. Notase, nessa figura, que existe uma regio demarcada, na qual se encontram as alternativas sustentveis do ponto de vista tcnico e econmico. Se houver mais de uma alternativa, deve ser feito um estudo comparativo para a definio da alternativa a ser adotada, que considere no apenas fatores de ordem econmica, como tambm aqueles relacionados maior ou menor sustentabilidade da soluo por ocasio da implantao e durante a operao e manuteno do sistema. Assim, aspectos a serem considerados nessas fases, incluem a educao sanitria, a participao comunitria, a avaliao da eficincia e da eficcia da interveno e a integrao com demais polticas pblicas como a de sade pblica, de planejamento urbano, ambiental e de recursos hdricos.

Figura 1.3 Esquema Ilustrativo da Interao entre Meio Ambiente, Tecnologias de Tratamento e Comunidade A conservao da bacia hidrogrfica, com a conseqente proteo dos mananciais, sem dvida o mtodo mais eficaz para assegurar a qualidade da gua destinada ao

consumo humano. Para impedir os riscos de poluio e contaminao, pelo ser humano ou por animais, devem ser evitados lanamentos de despejos lquidos que contenham organismos patognicos e substncias txicas e disciplinar o

desenvolvimento de atividades agrcolas que exigem emprego de agrotxicos e/ou de fertilizantes que possuem nutrientes. Estes ltimos so carreados para os corpos dgua por escoamento superficial ou sub-superficial, favorecendo florescimentos algais e causando outros inconvenientes para a operao de sistemas de tratamento.

As algas podem comprometer seriamente o desempenho de qualquer tipo de tecnologia de tratamento e requerer a reduo da vazo afluente ou at mesmo a interrupo do tratamento. Com o monitoramento de nutrientes em um lago e seu controle, seja eliminando parcial ou totalmente o acesso de gua pluvial superficial e de gua subterrnea contaminadas ou lanamentos diretos de despejos lquidos domsticos ou industriais, seja aplicando sulfato de cobre, evitada ou atenuada a ocorrncia de florescimentos algais.

No Brasil, a partir de janeiro de 1992, entrou em vigor a Portaria no 36/GM de 19/01/1 990 do Ministrio da Sade, intitulada "Normas e Padres de Potabilidade das guas Destinadas ao Consumo Humano", cujas caractersticas e os limites permitidos so apresentados a seguir.

Caractersticas Fsicas e Organolpticas

As caractersticas fsicas e organolpticas e os valores mximos permissveis so apresentados na Tabela 1.2.

Tabela 1.2 - Caractersticas Fsicas e Organolpticas CARACTERSTICA VALOR MXIMO PERMISSVEL (VMP) Cor Aparente (uC) Turbidez (uT) Odor Sabor 5 (*) 1 (**) No Objetvel No Objetvel

(*) valor mximo permissvel para a gua entrando no sistema de distribuio; um valor de at 15 uC permitido em pontos da rede de distribuio; (**) valor mximo permissvel para a gua entrando no sistema de distribuio; um valor de at 5 uT permitido em pontos da rede de distribuio se for comprovado que a desinfeco no ser comprometida por esse valor maior.

Caractersticas Qumicas

Nas Tabelas 1.3, 1.4 e 1.5 so apresentadas as caractersticas qumicas e os valores mximos permissveis, tendo sido considerados, respectivamente, trs grupos: componentes inorgnicos que afetam a sade do ser humano; componentes que afetam a qualidade organolptica; componentes orgnicos que afetam a sade do ser humano.

Na Portaria 36/GM recomendado que: a) o valor do pH da gua potvel se situe no intervalo de 6,5 a 8,5; b) a concentrao mnima de cloro residual livre em qualquer ponto da rede de distribuio seja de 0,2 mg/L; c) a gua potvel no apresente qualquer das substncias relacionadas na Tabela 1.6, em teores que lhe confiram odor caracterstico; d) O nmero mnimo de amostras e a frequncia mnima de amostragem para anlise das caractersticas fsicas, organolpticas e qumicas da gua distribuda populao, na sada da estao de tratamento e na rede de distribuio, em funo da populao abastecida, sejam aquelas da Tabela 1.7.

Tabela 1.3 - Componentes Qumicos Inorgnicos que Afetam a Sade do Ser Humano CARACTERSTICA VALOR MXIMO PERMISSVEL (VMP) OU FAIXA DE VALORESArsnio (mg/L) Brio (mg/L) Cdmio (mg/L) Chumbo (mg/L) Cianetos (mg/L) Cromo Total (mg/L) Fluoretos (mg/L F) t = 10,0 a 12,1 oC t = 12,2 a 14,6 oC t = 14,7 a 17,7 oC t = 17,8 a 21,4 oC t = 21,5 a 26,3 oC Mercrio (mg/L) Nitratos (mg/L N) Prata (mg/L) Selnio (mg/L) 0,05 1,0 0,005 0,05 0,1 0,05 0,9 a 1,7 (1,2) 0,8 a 1,5 (1,1) 0,8 a 1,3 (1,0) 0,7 a 1,2 (0,9) 0,7 a 1,0 (0,8) 0,6 a 0,8 (0,7) 0,001 10,0 0,05 0,01

t : mdia anual das temperaturas mximas dirias do ar ; valor de F entre parnteses : desejvel

Tabela 1.4 - Componentes Qumicos que Afetam a Qualidade Organolptica CARACTERSTICA VALOR MXIMO PERMISSVELAlumnio (mg/L Al) Agentes Tenso-ativos (mg/L) Cloretos (mg/L) Cobre (mg/L) Dureza Total (mg/L CaCO3) Ferro Total (mg/L Fe) Mangans (mg/L) Slidos Totais Dissolvidos (mg/L) Sulfatos (mg/L SO4-) Zinco (mg/L) 0,2 0,2 250 1 500 0,3 0,1 1 000 400 5,0

Tabela 1.5 - Componentes Qumicos Orgnicos que Afetam a Sade do Ser Humano CARACTERSTICA VALOR MXIMO PERMISSVEL (g/L) Aldrin e Dieldrin Benzeno Benzo-a-pireno Clordano (total de ismeros) DDT (total) Endrin Heptacloro + Heptacloro Epxido Hexaclorobenzeno Lindano (gama HCH) Metoxicloro Pentaclorofenol Tetracloreto de Carbono Tetracloroeteno Toxafeno Tricloroetano Trihalometanos 1,1 Dicloroeteno 1,2 Dicloroetano 2,4 D 2,4,6 Triclorofenol 0,03 10 0,01 0,03 1,0 0,2 0,1 0,01 3,0 30 10 3,0 10 5,0 30 100 (*) 0,3 10 100 10 (**)

(*) sujeito a reviso em funo de estudos toxicolgicos em andamento; a remoo ou preveno no dever prejudicar a eficincia da desinfeco (**) concentrao limiar de odor igual a 0,1 g/L

Tabela 1.6 - Limites de Substncias que Conferem Odor gua Potvel SUBSTNCIA VALOR MXIMO PERMISSVEL Clorobenzenos (mg/L) Clorofenis e Fenis (g/L) Sulfeto de Hidrognio (g/L S) (no ionizvel) 0,1 a 0,3 0,1 0,025 a 0,050

Tabela 1.7 - Freqncia Mnima de Amostragem da gua Tratada DISCRIMINAO SADA REDE DE DISTRIBUIO DA ETA (*) POPULAO ABASTECIDA (hab) 250 000 4 amostras+1

cada 50 000 hab mensal

1 amostra diria 1 amostra semestral 1 amostra semestral 1 amostra semestral

mensal

mensal

semestral

semestral

semestral

semestral

semestral

semestral

semestral

semestral

semestral

Caractersticas Bacteriolgicas

As principais exigncias com relao qualidade bacteriolgica so as seguintes: - ausncia de coliformes fecais em 100 mL de amostra; - ausncia de bactria do grupo coliformes totais em 100 mL quando a amostra for coletada na entrada da rede de distribuio; - nas amostras procedentes da rede de distribuio, 95 % no devero conter coliformes totais em 100 mL; nos 5 % restantes, sero tolerados at 3 coliformes

totais em 100 mL, desde que isso no ocorra em duas amostras consecutivas, coletadas sucessivamente no mesmo ponto; - o volume mnimo da amostra de 100 mL; no caso da tcnica dos tubos mltiplos, quando no houver possibilidade de examinar 100 mL, permite-se o exame de 5 pores de 10 mL; quando forem obtidos resultados desfavorveis, pelo teste A/P

(presena/ausncia), duas novas amostras devero ser coletadas nos mesmos pontos, em dias imediatamente consecutivos, para serem examinadas; - para avaliar as condies sanitrias dos sistemas de abastecimento pblico de gua, recomendado que, em 20 % das amostras examinadas por ms, semestre ou ano, seja efetuada a contagem de bactrias heterotrficas, que no podero exceder a 500 UFC (unidade formadora de colnia) por mL; - a amostragem dever obedecer ao disposto na Tabela 1.8.

Tabela 1.8 - Nmero Mnimo de Amostras e Freqncia Mnima de Amostragem para Verificao das Caractersticas Bacteriolgicas da gua Tratada POPULAO TOTAL ABASTECIDA NMERO MNIMO DE AMOSTRAS (*) (hab) At 5 000 5 001 a 20 000 20 001 a 100 000 > 100 000 FREQUNCIA semanal semanal 2 vezes/semana diria AMOSTRAS MENSAIS 5 1 para cada 1 000 hab 1 para cada 1 000 hab

90 + 1 para cada 1 000 hab

(*) as amostras devem ser representativas da rede de distribuio, independentemente de quantas unidades de produo a alimentam, distribudas uniformemente ao longo do ms.

Caractersticas Radiolgicas

As principais exigncias com relao s caractersticas radioativas so: - o valor de referncia para a radioatividade alfa total (incluindo o rdio 226) de 0,1 Bq/L (um dcimo de bequerel por litro); - o valor de referncia para a radioatividade beta total de 1 Bq/L; - se os valores encontrados na gua forem superiores queles de referncia, dever ser feita a identificao dos radionucldeos presentes e a medida das concentraes respectivas e verificados os valores estabelecidos pela Norma Experimental da Comisso Nacional de energia Nuclear - Diretrizes Bsicas de Radioproteo (CNEN - NE 3.01); - a freqncia mnima de amostragem, para a verificao das caractersticas da qualidade radiolgica da gua nos sistemas de abastecimento pblico,

depender da existncia de causas de radiao artificial ou natural, decorrentes ou no de atividades humanas.

Bibliografia

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Captulo 2 - CONCEITUAO DA FILTRAO EM MLTIPLAS ETAPAS

Consideraes Iniciais

A filtrao um processo imprescindvel para a produo contnua e segura de gua potvel, e pode ser rpida ou lenta, dependendo da taxa de filtrao. Usualmente, os filtros rpidos funcionam com taxas de filtrao entre 150 e 600 m/d enquanto os filtros lentos operam com taxas geralmente inferiores a 6 m/d, embora na literatura existam indicaes de taxas superiores. Para o uso eficiente da filtrao rpida, necessrio o pr-tratamento da gua bruta com coagulao qumica, podendo ou no haver a floculao e decantao ou flotao, dependendo da qualidade da gua a ser tratada. Como na filtrao lenta no utilizada a coagulao qumica, a gua a ser filtrada deve possuir caractersticas apropriadas, pois caso contrrio o processo torna-se ineficaz. Por isso, na atualidade, a filtrao lenta tem sido precedida por unidades de pr-tratamento, geralmente constitudas por pr-filtros de pedregulho.

Alm de trabalhos de pesquisa sobre a filtrao lenta realizados na dcada de setenta e sobre a pr-filtrao em pedregulho e filtrao lenta, realizados partir de 1983 no Departamento de Hidrulica e Saneamento da Escola de Engenharia de So Carlos da Universidade de So Paulo, tais processos vm sendo estudados por diversos organismos internacionais, destacando-se o CINARA-Instituto de Investigacin y Desarrollo en Agua Potable, Saneamiento Bsico y Conservacin del Recurso Hdrico da UNIVALLE-Universidad del Valle (Cali-Colmbia), o Department of Civil Engineering - Imperial College of Science, Technology and Medicine (Londres-Reino Unido), o Department of Civil Engineering-University of Surrey (Guilford, Surrey-Reino Unido), o IRC-International Water and Sanitation Centre (Haia-Holanda), o IHEInternational Institute for Infrastructural, Hydraulic and Environmental Engineering (Delft-Holanda), o EAWAG-Swiss Federal Institute for Environmental Science and Technology (Dubendorf-Suia), o Department of Civil Engineering-College of Engineering and Physical Sciences, University of New Hampshisre (Durham-Estados Unidos).

No Brasil, a FINEP-Financiadora de Estudos e Projetos, por meio do programa PROSAB-Programa de Pesquisa em Saneamento Bsico, financiou no perodo 19971999 pesquisa sobre sistemas de tratamento de gua no convencionais. Especificamente, foram estudadas a eficincia, limitaes e aplicabilidade da FiME com a coordenao do Departamento de Hidrulica e Saneamento da EESC-USP e a

participao da Universidade de Braslia. Algumas instituies brasileiras vm tambm pesquisando o tema, como a Universidade Federal de Minas Gerais e a UNICAMP.

Necessidade de Pr-Tratamento

A gua bruta proveniente de corpos dgua superficiais geralmente contm material flutuante (pequenos galhos e folhas de rvores, grama), areia fina, silte, argila, e, algumas vezes, matria orgnica natural e algas, conforme ilustrado na Figura 2.1. Organismos, tais como protozorios, bactrias e vrus tambm podem estar presentes e representar riscos sade pblica, razo pela qual sua inativao deve ser prioridade em qualquer sistema de tratamento. Quando no se emprega a coagulao qumica, a filtrao lenta e a clorao so os principais processos de tratamento capazes de assegurar a produo de gua com qualidade que pode ser usada pelo ser humano.

Figura 2.1 Impurezas geralmente presentes em guas superficiais A eficincia da filtrao lenta substancialmente afetada pela turbidez da gua a ser tratada, pois tal parmetro de qualidade reflete a quantidade de partculas pequenas presentes na gua, s quais muitos microrganismos encontram-se aderidos. Para que a filtrao lenta produza gua filtrada com turbidez relativamente baixa e que no diminua a eficincia da desinfeco final, e que apresente carreiras de durao razovel (geralmente superior a 1 ms), muitos pesquisadores limitam em 10 uT a turbidez da gua afluente aos filtros lentos.

interessante observar que, na atualidade, a filtrao lenta constitui a etapa final de tratamento em muitos pases europeus. Em muitos casos, as instalaes de filtrao

lenta foram construdas no final do sculo passado ou no incio do sculo vinte e, devido ao aumento do contedo de matria orgnica natural, agrotxicos, algas e seus sub-produtos na gua bruta, os quais praticamente no so removidos na filtrao lenta, bem como adoo de padres de potabilidade mais rigorosos, a gua, antes de ser encaminhada aos filtros lentos, submetida a diferentes tecnologias de prtratamento. Destacam-se a pr-oxidao com uso de oznio (com ou sem perxido de hidrognio), coagulao, floculao seguida de flotao ou decantao, filtrao rpida e finalmente, adsoro em colunas de carvo ativado granular. Em instalaes na Inglaterra e Holanda, o meio filtrante de alguns filtros lentos, antigamente constitudo unicamente de areia fina, foi alterado, mediante a introduo de uma subcamada intermediria de carvo ativado granular, com o fim de aumentar a eficincia de remoo de matria orgnica.

Nos pases tropicais h duas pocas do ano bem definidas, de estiagem e de chuva. Durante a estiagem, a qual pode representar a maior parcela do ano, a gua proveniente de mananciais localizados em bacias hidrogrficas sanitariamente protegidas, com freqncia possui qualidade compatvel com a requerida para que a filtrao lenta funcione satisfatoriamente com produo gua filtrada eficientemente desinfetada por meio da clorao. No entanto, em pocas de chuva, a gua geralmente apresenta-se com concentrao de alguns tipos de microrganismos, valores de turbidez e teor de slidos suspensos relativamente altos, para que a filtrao lenta funcione adequadamente, tornando-se imperiosa a utilizao de alguma forma de pr-tratamento. Tambm, no caso de lagos, que podem apresentar florescimentos de algas, h necessidade de pr-tratamento, pois os filtros lentos, poderiam apresentar carreiras de filtrao muito curtas se recebessem gua bruta com elevada concentrao de algas.

Filtrao em Mltiplas Etapas FiME

Como ilustrado na Figura 2.2, na filtrao em mltiplas etapas, a gua passa por diferentes etapas de tratamento, em cada qual ocorrendo uma progressiva remoo de substncias slidas. O princpio bsico o de cada etapa condicionar seu efluente de forma adequada para ser submetido ao tratamento posterior, sem sobrecarreg-lo, ou seja, impedindo uma colmatao muito freqente de seu meio granular e assegurando um efluente com caractersticas compatveis com o processo de tratamento adotado. As etapas de tratamento da FiME so constitudas, em seqncia, pela pr-filtrao dinmica, pr-filtrao grosseira e filtrao lenta.

Figura 2.2 - Representao da Filtrao em Mltiplas Etapas - FiME

Figura 2.3 - Esquemas das Diferentes Unidades de Pr-Tratamento

Na primeira etapa do tratamento, h principalmente a remoo de slidos grosseiros, porm, organismos e material fino tambm so parcialmente removidos. A pr-filtrao dinmica geralmente usada para essa finalidade, tendo-se um meio granular apropriado, sob o qual situa-se um sistema de drenagem, geralmente constitudo por tubos perfurados. Nessa unidade, uma parcela da vazo afluente escoa

superficialmente e outra infiltra, sendo coletada e encaminhada para unidades subseqentes. Por este motivo, quando a gua bruta bombeada em distncias relativamente longas, h que se computar o custo desta perda de gua. Uma soluo para reduzir esse gasto adicional constitui-se na previso de uma caixa de recepo desta parcela de gua, a qual deve ser recirculada.

O meio granular do pr-filtro dinmico constitudo de pedregulho, com tamanho menor no topo e maior no fundo. Com o decorrer do tempo de funcionamento, h a progressiva reteno de impurezas, a diminuio da vazo de gua efluente, e aumento da perda de carga no meio granular, exigindo ajustes na vlvula existente na tubulao de efluente para que a vazo de gua efluente permanea

aproximadamente constante. A partir do momento em que a vlvula na tubulao de efluente estiver completamente aberta, a vazo de gua pr-filtrada ir diminuir, indicando que a unidade deve ser retirada de operao para sua limpeza. Com a vlvula de efluente fechada, a vazo total afluente, Qa, ir escoar pela superfcie da camada de pedregulho e o operador, com auxlio de ancinho ou rastelo, revolve o material retido, o qual se desprende e carreado pelo escoamento superficial, uma vez que a velocidade de escoamento resulta maior. Na Figura 2.4 mostrado um esquema detalhado de um pr-filtro dinmico.

Figura 2.4 - Esquema de uma Unidade de Pr-filtrao Dinmica em Pedregulho

Segundo levantamento de custos realizados na Colmbia, verificou-se que, em instalaes contendo pr-filtro dinmico, pr-filtro de escoamento vertical ou horizontal e filtro lento, o custo do primeiro representa aproximadamente 10 % do custo global de implantao, razo pela qual naquele pas as estaes de tratamento com filtrao lenta so sempre precedidas da pr-filtrao dinmica.

O efluente da pr-filtrao dinmica apresenta menor quantidade de impurezas de maior tamanho e passa, na segunda etapa, por outra unidade de pr-filtrao contendo sub-camadas de pedregulho de tamanho decrescente, na qual o escoamento pode ser vertical ascendente ou descendente, ou horizontal. O efluente dessas unidades apresenta-se, em geral, com qualidade adequada para ser submetida filtrao lenta.

Da comparao realizada entre a pr-filtrao em pedregulho horizontal e a vertical para diferentes taxas de filtrao, a segunda tem resultado superior, no somente em termos de eficincia de remoo de impurezas, como tambm na facilidade de operao e manuteno, especialmente com relao s limpezas peridicas que so realizadas.

A respeito da pr-filtrao em pedregulho vertical ascendente ou descendente, a primeira, realizada em unidades em srie, tem resultado mais eficiente que a ascendente realizada em uma nica unidade. Atualmente, pode-se considerar que, uma estao de tratamento constituda de pr-filtrao dinmica, pr-filtrao ascendente e filtrao lenta, capaz de fornecer gua com qualidade satisfatria a custos relativamente baixos.

Na Figura 2.5 tem-se o esquema de uma unidade de pr-filtrao ascendente, contendo trs sub-camadas de pedregulho de diferentes tamanhos. No incio da carreira a perda de carga no meio granular ser baixa e aumentar com o tempo de funcionamento e, quando atingir um valor previamente fixado (em geral da ordem de 40 a 60 cm) a unidade deve ser retirada de operao para limpeza, a qual geralmente feita algumas vezes por meio de enchimento dos filtros com gua bruta e posterior execuo de descarga de fundo. O sistema de drenagem deve ser compatvel com a vazo de descarga desejada para que resulte limpeza eficiente durante a sua operao.

O pr-filtro ascendente tambm pode ser operado com descargas de fundo intermedirias, pois tem sido comprovado que as mesmas propiciam aumento na durao da carreira. Em funo das caractersticas do afluente, pode-se programar a execuo de uma descarga de fundo intermediria a cada acrscimo de 10 cm na perda de carga no meio granular.

Figura 2.5 - Esquema de um Pr-Filtro de Pedregulho com Escoamento Ascendente A filtrao lenta, ltima etapa da FiME, evoluiu consideravelmente nos ltimos dez anos, especialmente com relao ao meio filtrante e forma de funcionamento. O uso de mantas sintticas em conjunto com areia fina possibilita a adoo de taxas de filtrao mais elevadas que as convencionalmente utilizadas. A comprovao de que filtros lentos com nvel de gua varivel em seu interior apresenta resultados semelhantes aos de nvel constante, facilitou sobremaneira sua operao,

descartando-se o emprego de equipamentos para controle de nvel. O emprego de carvo ativado granular em conjunto com areia fina favorece a remoo de matria orgnica dissolvida, o que geralmente no acontecia na filtrao lenta com meio filtrante exclusivamente de areia.

Na Figura 2.6 mostrado um esquema de um filtro lento com taxa de filtrao constante e nvel de gua varivel no seu interior. No incio de funcionamento, quando o meio filtrante encontra-se limpo, a eficincia de remoo de impurezas relativamente baixa, havendo a necessidade de um perodo de filtrao para a formao de uma camada biolgica no topo da areia, conhecida por schmutzdecke, para que seja produzida gua com qualidade aceitvel, caracterizando o perodo de amadurecimento do filtro lento.

O nvel de gua no interior do filtro varia desde um valor mnimo, no incio da filtrao, at um valor mximo pr-fixado, quando o filtro deve ser retirado para que seja efetuada sua limpeza, por meio de raspagem de aproximadamente 1 a 3 cm do topo da areia. Aps a retirada do material superficial, o filtro recolocado em operao, at que a espessura da camada de areia atinja 60 cm, quando ento a areia limpa armazenada deve ser reposta para recompor o meio filtrante original.

Figura 2.6 - Esquema de um Filtro Lento de Areia Pelas caractersticas da areia utilizada na filtrao lenta, geralmente muito fina quando comparada empregada na filtrao rpida, h reteno considervel de impurezas no topo da camada filtrante. No incio da filtrao, h predominncia da ao fsica de coar, sendo as partculas removidas da gua maiores que os vazios intergranulares, contribuindo para a formao de uma camada biolgica no topo do meio filtrante a superfcie de coeso ou schutzdecke. A eficincia da filtrao lenta depende dessa camada biolgica, a qual normalmente demora desde alguns dias at semanas para se formar, dependendo das caractersticas afluente e do meio filtrante, e dos parmetros de operao. Somente aps esse perodo de tempo decorrido do incio de funcionamento at a formao do schmutzdecke, conhecido como perodo de amadurecimento, que h produo de efluente com qualidade satisfatria.

A atividade biolgica considerada a ao mais importante que ocorre na filtrao lenta, sendo mais pronunciada no topo do meio filtrante, porm, se estendendo at cerca de 40 cm de profundidade. Essa camada biolgica constituda,

fundamentalmente, por partculas inertes, matria orgnica, e uma grande variedade

de organismos, tais como bactrias, algas, protozorios, metazorios, etc, alm de precipitados de ferro e mangans quando esses metais se encontram em estado solvel na gua afluente.

Para que se tenha uma idia da importncia do pr-tratamento da gua a ser submetida filtrao lenta, nas Figuras 2.7 e 2.8 so mostradas, respectivamente, a variao do teor de slidos suspensos totais-SST e de turbidez, aps o perodo de amadurecimento em um ensaio realizado em uma instalao piloto composta de: dois pr-filtros dinmicos em srie, trs linhas distintas funcionando em paralelo cada uma tendo diferentes unidades de pr-filtros de pedregulho com escoamento ascendente, e seguido de quatro filtros lentos com meios filtrantes distintos.

100 80 60 40 20 0

Slidos Suspensos (mg/l) - carreira 1B 10/12/97

FL1

FL2

FL3

PFD1

PFD2

Figura 2.7 Teor de Slidos Suspensos Totais da gua Bruta e dos Efluentes de um Sistema FiME (taxa de aplicao no pr-filtro dinmico 1 = 36 m/d; taxa de aplicao no pr-filtro dinmico 2 = 24 m/d; taxa de aplicao nos pr-filtros de pedregulho com escoamento vertical = 8 m/d; taxa de filtrao nos filtros lentos = 3 m/d)

Turbidez(uT) - carreira 1B - 10/12/97 300 250 200 150 100 50 0AB PFD1 PFD2 FL1 FL2 FL3 Afluente FL FL4

Figura 2.8 Turbidez da gua Bruta e dos Efluentes de um Sistema FiME (taxa de aplicao no pr-filtro dinmico 1 = 36 m/d; taxa de aplicao no pr-filtro dinmico 2 = 24 m/d; taxa de aplicao nos pr-filtros de pedregulho com escoamento vertical = 8 m/d; taxa de filtrao nos filtros lentos = 3 m/d)

Afluente FL

FL4

AB

No pr-tratamento, o teor de SST diminuiu de aproximadamente 90 mg/L para cerca de 15 mg/L, evidenciando a importncia da pr-filtrao, enquanto no efluente da filtrao lenta, resultou entre 2 e 4 mg/L. A turbidez diminuiu de aproximadamente 270 para 40 uT no pr-tratamento e para valores entre 2 e 8 uT na filtrao lenta. Nesse dia, o pr-tratamento reduziu o NMP de coliformes totais por 100 mL de 24.192 para 1 586 e o NMP de coliformes fecais por 100 mL de 8.164 para 524. Os efluentes dos filtros lentos apresentaram nesse dia, NMP de coliformes totais e fecais iguais a, respectivamente, 50 e 3, possibilitando que a desinfeco final pudesse ser realizada de forma eficiente.

Brando et al (1998), utilizando gua proveniente de lago eutrofizado como afluente a uma instalao piloto de FiME, constituda de 1 pr-filtro dinmico e duas linhas independentes de 1 pr-filtro ascendente seguido de 1 filtro lento de areia, estudaram a eficincia de tais unidades quanto remoo de algas. A diferena bsica entre as duas linhas era a constituio da camada de pedregulho nos dois pr-filtros ascendentes.

Nas Figuras 2.9 e 2.10 so apresentados, respectivamente, dados de turbidez e de clorofila a durante uma carreira de filtrao para as condies especificadas. Este ltimo parmetro foi utilizado como indicador da quantificao do fitoplncton (biomassa algal), uma vez que foi obtida correlaco superior a 90 % entre biomassa algal, expressa em mg/L, e clorofila a, expressa em g/L. Houve reduo considervel de turbidez e do teor de clorofila a, de forma que a FiME pode ser considerada uma tecnologia com grande potencial de aplicao tambm no tratamento de guas com concentraes elevadas de algas.

T urbidez (uT ) - C arreira 2 - 24/11/9710 8 6 4 2 0AB P FD P FA 1 P FA 2 FL1 FL2

Figura 2.9: Turbidez nas diversas etapas da FiME (taxa de aplicao no pr-filtro dinmico = 36 m/d; taxa de aplicao nos pr-filtros ascendentes = 18 m/d; taxa de filtrao nos filtros lentos = 3 m/d)

Clorofila-a (g/L) - Carreira 2 - 24/11/9735 30 25 20 15 10 5 0AB PFD PFA1 PFA2 FL1 FL2

Figura 2.10 - Teor de clorofila-a nas diversas etapas da FiME (taxa de aplicao no pr-filtro dinmico = 36 m/d; taxa de aplicao nos pr-filtros ascendentes = 18 m/d; taxa de filtrao nos filtros lentos = 3 m/d) Bibliografia

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Captulo 3 APLICABILIDADE, LIMITAES, EFICINCIA E CUSTOSA Filtrao Lenta

A filtrao lenta tem sido usada no tratamento de gua para abastecimento pblico desde o comeo do sculo XIX e tem se mostrado um sistema eficaz de tratamento, desde que projetado de forma apropriada e aplicado nas situaes corretas. um processo de tratamento que no requer a adoo de coagulante, trabalha com taxas de filtrao baixas e utiliza meio filtrante de granulometria fina. O uso de baixas taxas de filtrao levam a um maior tempo de deteno da gua sobre o meio filtrante e no seu interior, o que favorece uma intensa atividade biolgica no filtro lento e garante a produo de gua com qualidade apropriada para uma desinfeco efetiva.

Uma das principais vantagens atribudas ao filtro lento a elevada eficincia de remoo de bactrias, vrus e cistos de Giardia. A Tabela 3.1 mostra alguns valores de remoo reportados por vrios autores.

Tabela 3.1 - Remoo de microrganismos em filtros lentos segundo vrios pesquisadores Microrganismo Percentagem de Autor remoo (*) Coliformes Totais Vrus (Poliovirus 1) Cistos de Giardia Oocistos de Cryptosporidium Cercrias de Schistosoma >99% 98,25 - 99,99 > 98% >99,9% 100% Bellamy et al. (1985a) Poynter e Slade (1977)(**) Bellamy et al. (1985a) Timms et al. (1995) Galvis et al. (1997)

(*) valores obtidos em estudos realizados em escala piloto ( **) apud Wheeler et al. (1988)

A remoo de bactrias patognicas e vrus no filtro lento atribuda a vrios fatores, destacando-se: o decaimento natural, devido o filtro lento ser um ambiente relativamente hostil para esses microrganismos; a predao; o efeito biocida da radiao solar; e, a adsoro no biofilme aderido ao meio filtrante (Hespanhol, 1987; Haarhoff e Cleasby, 1991). A adsoro parece ser um dos principais mecanismos de reduo do nmero desses organismos, particularmente dos vrus (Wheeler et al., 1988).

O desempenho dos filtros lentos na remoo de microrganismos depende da taxa de filtrao (remoo diminui com o aumento da taxa), da temperatura (menores temperaturas resultam em menores remoes), da espessura do meio filtrante (o meio mais espesso tende a ser mais eficiente), do tamanho dos gros da areia (maior granulometria resulta em menor remoo), da idade da Shmutzdecke e da maturidade microbiolgica do meio filtrante, entre outros. Desses fatores, Bellamy et al. (1985a e 1985b) consideram que a maturidade biolgica do meio filtrante o mais significativo. Em experimentos desenvolvidos em escala piloto, esses pesquisadores observaram que ao utilizar-se areia nova como meio filtrante, a remoo de coliformes e de cistos de Giardia foi de, respectivamente, 85% e 98%. Entretanto, quando o meio filtrante encontrava-se biologicamente maduro, a eficincia de remoo de coliformes foi superior a 99%, e a remoo de cistos de Giardia foi virtualmente de 100%. De acordo com esses pesquisadores, o desenvolvimento da Shmutzdecke resultou na melhora da eficincia de remoo de coliformes, mas no influenciou a remoo de cistos de Giardia.

Poucos so os estudos que apresentam dados sobre remoo de Cryptosporidium na filtrao lenta, destacando-se, entre eles, o trabalho de Fogel et al. (1993) no qual foi avaliada, em uma instalao em escala real, a remoo de cistos de Giardia e a de oocistos de Cryptosporidium. A eficincia de remoo mdia observada para cistos de Giardia foi de 93% enquanto para oocistos de Cryptosporidium foi de apenas 48%. Os autores atriburam o baixo desempenho com relao aos oocistos de Cryptosporidium ao elevado coeficiente de uniformidade (3,5 a 3,8) do material filtrante, que excede o valor mximo de 3 recomendado para esse parmetro pela literatura americana. Outro fator que pode ter afetado negativamente a remoo das fases dormentes dos dois protozorios a baixa temperatura da gua durante o perodo monitorado (cerca de 1oC, aps vrios meses sob esta temperatura), e seu efeito sob a atividade microbiolgica no meio filtrante.

Mais recentemente, Timms et al. (1995) realizaram experincias em instalaes piloto visando estabelecer a eficcia da filtrao lenta na remoo de oocistos de Cryptosporidium. Essas experincias foram motivadas pelo fato dos oocistos desse protozorio serem resistentes desinfeco pelo cloro. Para taxas de filtrao variando de 7,2 a 9,6 m/dia, e uma concentrao de 4000 oocistos/L na gua afluente ao filtro lento, os autores observaram eficincias de remoo de superiores a 99,997%. Os autores observaram tambm, que todos os cistos ficaram retidos nos 2,5 centmetros iniciais do meio filtrante.

Os estudos Fogel et al. (1993) e Timms et al. (1995) mostram, ao mesmo tempo, o potencial da filtrao lenta na remoo de oocistos de Cryptosporidium, e a necessidade de se avaliar a influncia das condies ambientais e dos parmetros operacionais e de projeto na eficincia de remoo desses organismos.

O fato da filtrao lenta caracterizar-se como uma eficiente barreira microbiolgica no significa que a desinfeco da gua filtrada deva ser questionada ou, sob qualquer pretexto, abandonada como parte integrante do tratamento. imprescindvel a desinfeco contnua do efluente do filtro lento como barreira final de segurana (particularmente quando a gua bruta apresenta nveis altos de contaminao fecal) e para garantir os residuais na rede de distribuio.

A principal limitao atribuda filtrao lenta convencional (nico tratamento precedendo a desinfeco) sua utilizao restrita a guas que apresentam valores de cor verdadeira, turbidez e teor de slidos suspensos relativamente baixos (Galvis, et al., 1998, Di Bernardo, 1993). Segundo Wegelin (1988) nenhum processo unitrio de tratamento pode melhorar as qualidades fsicas, qumicas e bacteriolgicas de uma gua como o filtro lento, porm a sua utilizao limitada pela qualidade da gua bruta afluente ao filtro. A Tabela 3.2 apresenta alguns critrios de qualidade que as guas a serem tratadas pela filtrao lenta devem atender. Atentar no Captulo 4 para a alterao dos valores de alguns parmetros.

Tabela 3.2 - Qualidade da gua recomendvel para tratamento por filtrao lenta. Caractersticas da gua Turbidez (uT) Cor verdadeira (uC) Ferro (mg Fe/L) Mangans (mg Mn/L) Algas Coli. Totais (NMP/100ml) VALORES MXIMOS RECOMENDVEIS Di Bernardo (1993) Cleasby (1991) 10 5 5 1 0,3 0,2 0,05 250 UPA/mL 5g clorofila-a/L 1000 -

A cor verdadeira est relacionada presena na gua de substncias dissolvidas ou coloidais, particularmente substncias hmicas, que no so passveis de separao da gua atravs de processo unicamente fsicos. A remoo eficaz dessas substncias depende da coagulao qumica e, dessa forma, a filtrao lenta no capaz de remover eficientemente cor verdadeira.

A presena, em quantidades significativas, de slidos em suspenso e turbidez (argila, silte) na gua afluente aos filtros lentos, pode levar a problemas operacionais e de qualidade da gua filtrada. O material em suspenso, quando em excesso, pode criar condies ambientais adversas para a biomassa que coloniza o meio filtrante, particularmente para os grupos de protozorios que predam bactrias,

comprometendo a qualidade microbiolgica da gua produzida (Lloyd, 1996). Alm disso, observa-se a rpida obstruo dos vazios intergranulares das camadas superiores do meio filtrante e a reduo da durao da carreira de filtrao.

O filtro lento tambm muito sensvel aos picos de turbidez e de slidos suspensos. A ocorrncia de valores muito superiores aos recomendados na Tabela 3.2, por mais de 1 ou 2 dias, acarreta carreiras de filtrao de curta durao e necessidade de limpezas mais freqentes.

As algas, juntamente com bactrias, protozorios e outras formas de vida, colonizam os filtros lentos, e tm um papel importante na atividade biolgica que ocorre nesses filtros. Entretanto, segundo Di Bernardo et al. (1990), elevadas concentraes de algas exercem influncia negativa no processo da filtrao lenta, pois, como so continuamente removidas da gua afluente, causam a obstruo rpida do meio filtrante e contribuem para a formao de uma schmutzdecke mais impermevel, resultando no rpido crescimento da perda de carga e conseqente diminuio da carreira de filtrao. Os autores observaram, tambm, que a eficincia de remoo de algas no filtro lento depende das caractersticas das algas (espcie, tamanho e mobilidade) e da concentrao das mesmas na gua bruta.

A presena de algas na gua bruta ou filtrada pode provocar problemas de sabor e odor. As algas, e seus subprodutos dissolvidos, tambm so considerados potenciais precursores de triahalometanos, e, alm disso, algumas espcies de algas cianofceas (atualmente mais conhecidas como cianobactrias) exibem propriedades txicas. Dessas espcies, algumas liberam toxinas na gua durante todo o ciclo de vida, enquanto outras s o fazem quando suas clulas comeam a morrer. As toxinas de cianobactrias diferem no modo de ao e no potencial txico, e seus efeitos sobre a sade podem variar de desordens gastro-intestinais, irritao da pele, disfuno neuro-muscular ou heptica, mau funcionamento dos rins, e at mesmo morte.

Yoo et al. (1995), ao mesmo tempo que consideram pouco provvel a ocorrncia de danos agudos letais via ingesto de gua contaminada por toxinas de cianobactrias, alertam para o fato de que danos crnicos associados exposio a algumas hepatotoxinas j foram identificados, o que sugere a necessidade de intensificar-se o desenvolvimento de estudos sobre a eficincia dos processos de tratamento de gua no que tange remoo destes compostos. Keijola et al. (1988), em estudos em escala de laboratrio e piloto, verificaram que a filtrao lenta foi significativamente mais eficiente na remoo de toxinas do que o tratamento convencional, mas a adsoro em carvo ativado foi o processo que apresentou melhor resultado.

Vrios autores apontam o fato de que a filtrao lenta necessita de grandes reas para sua instalao, o que, praticamente, inviabiliza a sua adoo quando se trata do abastecimento de gua de grandes centros urbanos, que demandam grandes vazes. Entretanto, importante observar que a filtrao lenta, mesmo quando considera-se a adoo de uma taxa de filtrao de 3 m/dia, requer uma rea de 0,05 a 0,10 m2 de filtro por habitante, para, respectivamente, um consumo per capta de 150 a 300 litros por dia. Esta rea inferior sugerida por Arceivala (1986) para o tratamento de esgotos domsticos atravs do processo convencional de lodos ativados (0,16 a 0,20 m2/pessoa, em regies de clima quente), de lagoas facultativas (1 a 2,8 m2/pessoa em regies de clima quente) e outros processos aerbios de tratamento.

importante lembrar que o excesso de material em suspenso, seja de origem mineral ou devido s algas, na gua afluente ao filtro lento tem como efeito a diminuio da durao da carreira de filtrao e o aumento da freqncia da limpeza da superfcie do meio filtrante. O que, por sua vez, tem como conseqncia o aumento do custo de operao e manuteno e, tambm, a diminuio da qualidade da gua filtrada, por no se desenvolver adequadamente a schmutzdecke e a pelcula biolgica no meio granular. Assim, para garantir a eficcia da filtrao lenta, ou de qualquer outra tecnologia de tratamento, fundamental que as caractersticas da gua sejam compatveis com a tecnologia selecionada.

Para ampliar a utilizao da filtrao lenta para guas de qualidade inferior recomendada na Tabela 3.2, faz-se necessria a adoo de sistemas de prtratamentos que permitam condicionar a qualidade da gua bruta s limitaes das unidades de filtrao lenta. Segundo Visscher et al. (1996), tais alternativas devem apresentar nveis de complexidade tcnica, e custos de operao e manuteno, similares aos da prpria tecnologia de filtrao lenta.

Existem vrios mtodos de pr-tratamento aplicveis ao sistema de filtrao lenta, conforme visto no Captulo 2. A adoo de um determinado tipo de pr-tratamento depende de vrios fatores, como por exemplo, a qualidade da gua bruta, a topografia no local da captao, a distncia da captao ao local da estao de tratamento, a vazo a ser captada, o nvel de instruo tcnica dos operadores e dos responsveis pela manuteno, a disponibilidade de material granular na regio, a facilidade de limpeza, entre outros.

O Pr-Tratamento na Filtrao em Mltiplas Etapas (FiME)

A seqncia de tratamento que envolve a utilizao de pr-filtro dinmico, pr-filtro de pedregulho com escoamento horizontal ou vertical (ascendente ou descendente), e a filtrao lenta como barreira microbiolgica, tem sido denominada de Filtrao em Mltiplas Etapas (FiME). A Figura 3.1 mostra um esquema geral de uma instalao de FiME.

Figura 3.1 - Esquema geral da instalao FiME (Galvis et al., 1998). O conceito de filtrao em mltiplas etapas originou-se-se da busca de opes de acondicionamento ou pr-tratamento para fontes superficiais de gua, cuja qualidade pode interferir nos mecanismos de purificao ou superar a capacidade de remoo da filtrao lenta, produzindo gua filtrada de qualidade deficiente, se esta fosse a nica etapa de tratamento antes da desinfeco (Visscher et al., 1996).

Galvis et al. (1992) realizaram um estudo comparativo entre as diferentes alternativas de pr-tratamento para filtrao lenta. Esses pesquisadores avaliaram, de forma paralela, a utilizao da sedimentao simples, da sedimentao em placas, do prfiltro de pedregulho raso com escoamento descendente e do pr-filtro dinmico, como etapa inicial de condicionamento da gua; assim como, o uso do pr-filtro de pedregulho com escoamento horizontal, de pr-filtro de pedregulho com escoamento ascendente em camadas, de pr-filtro com escoamento ascendente em srie com trs unidades e de pr-filtro de pedregulho com escoamento descendente em trs unidades em srie, como segunda etapa do tratamento. Unidades de filtrao lenta foram utilizadas como ltima etapa de tratamento.

Para o desenvolvimento do trabalho, Galvis et al. (1992) utilizaram gua do Rio Cauca (Colmbia), cobrindo o perodo chuvoso e de estiagem, que apresentou valores de turbidez, de slidos suspensos e de cor verdadeira variando, respectivamente, nas faixas de 15 a 1575 uT, 30 a 2434 mg/L, e 18 a 860 uC. Esses autores concluram que: pr-filtro dinmico mostrou-se a melhor alternativa para a primeira etapa de condicionamento da gua, cujo o objetivo era o de amortecer picos de slidos em suspenso; tomando o comprimento total do meio filtrante como indicador de custos de investimento, e facilidade de limpeza como um indicador de custos de operao e manuteno, a combinao de pr-filtro dinmico com pr-filtro ascendente em camadas foi a melhor alternativa de pr-tratamento para a gua estudada; pr-filtro ascendente em camadas pareceu ter maior potencial de aplicao para fontes de gua com concentraes de slidos suspensos inferiores a 150 mg/L, enquanto o pr-filtro ascendente em srie, de duas ou trs unidades, seria recomendado para concentraes mais elevadas; pr-tratamento no somente reduziu o teor de slidos suspensos e turbidez, mas tambm foi bastante efetivo na melhoria da qualidade microbiolgica da gua.

Pr-filtro Dinmico de Pedregulho

Esse tipo de pr-filtro de pedregulho consiste, basicamente, de uma unidade com um leito composto de camadas de material granular de composio granulomtrica crescente de forma que o material mais fino localiza-se no topo da unidade. Essa

configurao permite que, na ocorrncia de picos, ou na presena contnua de valores de elevados de slidos suspensos na gua bruta, a camada superior do meio granular seja obstruda, evitando que quantidades excessivas de slidos atinjam os demais prfiltros e os filtros lentos. Funcionando, dessa forma, como uma proteo para as unidades subseqentes do sistema de tratamento.

De um modo geral, as obstrues so mais rpidas na ocorrncia de picos de slidos suspensos e, eventualmente, dependendo das caractersticas das partculas, a obstruo poder ser total.

Conforme descrito no captulo 2, a obstruo da camada superior do pr-filtro dinmico provoca um aumento da resistncia ao escoamento da gua no meio granular, acarretando a diminuio da taxa de filtrao e o aumento da vazo da parcela que descartada.

O principal mecanismo de remoo das impurezas no pr-filtro dinmico , de acordo com Latorre et al. (1996), a sedimentao no topo e no interior do material granular, sendo que a sedimentao nos vazios do meio granular mais efetiva que a sedimentao na superfcie no mesmo. Em seus experimentos com a pr-filtrao dinmica, esses autores observaram que a eficincia de remoo de slidos suspensos no foi significativamente afetada pelo aumento da taxa de filtrao de 48 para 96 m/dia, mas mostrou-se bastante sensvel ao aumento da taxa para 120 m/dia. Operando o pr-filtro na faixa apropriada, os autores reportam eficincias de remoo de trubidez entre 50% e 52% e de slidos em suspenso variando de 83% a 87%. Durante os experimentos a gua afluente ao pr-filtro dinmico apresentou valores de turbidez entre 71 e 167 uT, com picos de at 420 uT, e slidos suspensos na faixa de 146 a 333 mg/L, com picos de at 881 mg/L.

A pr-filtrao dinmica j utilizada em diversas Estaes de Tratamento de gua na Colmbia, e vem apresentando resultados bastante satisfatrios. A Tabela 3.3 resume alguns resultados apresentados por Galvis et al. (1997). Elevadas remoes de slidos suspensos e de coliformes fecais podem ser observadas e, muito embora o valor mdio no seja a forma adequada de expressar os nveis de turbidez e da cor verdadeira observados em uma srie de amostras de gua, em funo dos mtodos de anlise desses parmetros, os resultados apresentados na Tabela 3.3 do uma idia da eficcia do pr-filtro dinmico na remoo dessas caractersticas.

Tabela 3.3 - Performance da pr-filtrao dinmica em escala real (Galvis et al.,1997)Nome da ETA El Retiro Parmetros avaliados Turbidez (uT) S. Suspensos (mg/L) Faixa 3,2 -120 0,2 - 316 gua Bruta Media 15,0 18,0 20,6 42,0 7416 21921 24,0 20,0 15,0 17,0 23,0 48,1 44556 56976 24,0 17,0 - desvio padro Pr-filtro dinmico (efluente) Media 7,6 7,8 4,6 6,2 315015567 20,0 17,0 6,5 7,6 3,2 5,1 80519590 19,0 14,0 remoo* 77,7 % 57,5 % 86,1 % 81,9 % -

Coli. Fecais(UFC/100mL) 140 162000 Cor Verdadeira (uC) Colombo Turbidez (uT) S. Suspensos (mg/L) Coli. Fecais(UFC/100mL) Cor Verdadeira (uC) 2 188 2,8 - 122 0,1 - 392 800 - 470000 3 - 122

* percentagem baseada em valores mdios

A taxa de aplicao, a constituio e a espessura total do meio granular e a velocidade de escoamento sobre o topo do meio granular so adotados em funo do objetivo principal do pr-filtro dinmico, qual seja, a amortizao de picos de turbidez ou a remoo de impurezas. No captulo 4 so apresentados os parmetros de projeto sugeridos para esta unidade de pr-tratamento.

Pr-filtro de Pedregulho com Escoamento Vertical

Nessa modalidade de pr-filtrao duas variantes se apresentam, a descendente e a ascendente. No pr-filtro de pedregulho com escoamento ascendente podem ser encontradas duas configuraes, a em camadas e a em unidades em srie, ao passo que no pr-filtro descendente apenas a configurao em unidades em srie utilizada.

No caso da pr-filtrao em camadas, o processo ocorre em uma nica unidade onde o material filtrante composto de subcamadas de pedregulho decrescente no sentido do escoamento. Quando se tem a pr-filtrao em srie, cada camada filtrante disposta em compartimento separado, de tal modo que a gua filtrada no primeiro compartimento, de maior granulometria, encaminhada para uma segunda cmara, e desta para uma terceira, onde as granulometrias so gradativamente menores (ver Figuras 2.3 e 2.5 do Captulo 2).

A utilizao de pr-filtros de pedregulho com escoamento descendente, foi investigada por Peres, (1985 apud Bresaola, 1990) usando unidades em srie e em paralelo. A disposio dos filtros em paralelo permitiu o estudo do comportamento de diferentes

meios granulares perante a mesma qualidade da gua bruta. Em cada unidade, variou-se a espessura do meio granular (entre 0,50 e 2,0 m) e a taxa de filtrao (de 2,4 a 19,6 m/dia), concluindo-se que a eficincia do processo dependia, essencialmente, da qualidade da gua bruta. Investigando a disposio dos filtros em srie e utilizando taxas de filtrao decrescentes, o autor obteve remoes de turbidez variando de 50 a 86%. Verificou-se ainda que a eficincia de remoo de turbidez resultou maior com o aumento da turbidez da gua bruta e com o tempo de funcionamento da unidade.

Uma comparao entre o comportamento da pr-filtrao em pedregulho com escoamento descendente com o da pr-filtrao em pedregulho com escoamento ascendente reportada por Di Bernardo e Collazos (1990). Com base nos resultados experimentais obtidos com diferentes taxas de filtrao na faixa de 12 a 36 m/dia, os autores concluram que: a remoo de impurezas, tanto fsico-qumicas como bacteriolgicas, similar nos dois tipos de pr-filtro e parece no ter sido influenciada pela taxa de filtrao; a ocorrncia de picos de turbidez no afluente resulta no surgimento de picos no efluente, mostrando que tais unidades possuem baixa capacidade de atenuao de variaes bruscas na qualidade do afluente; a taxa de crescimento da perda de carga no pr-filtro de escoamento descendente foi, geralmente, superior da unidade com escoamento ascendente; a durao da carreira do pr-filtro de escoamento descendente foi influenciada pela qualidade do afluente, o que no ocorreu no pr-filtro de escoamento ascendente. Alm disso, uma simples descarga de fundo no pr-filtro de escoamento ascendente mostrou-se suficiente para recoloc-lo em operao, enquanto no de escoamento descendente era necessria a introduo de gua no sentido ascensional para a lavagem do meio granular.

Vrias publicaes, que apresentam resultados obtidos em estudos-piloto ou em unidades em funcionamento regular (escala real), demonstram a aplicabilidade da prfiltrao ascendente como pr-tratamento para guas com elevados teores de turbidez e de coliformes. Resultados obtidos em uma instalao demonstrativa, em escala real, operando em Puerto Mallarino (Colmbia) indicam que um pr-filtro de escoamento ascendente em camadas, operando com taxas de filtrao de 7 a 18 m/dia, pode alcanar remoes de turbidez da ordem de 70%, coliformes totais na faixa de 70 a 98 % e cor verdadeira entre 10 e 45 % (Visscher et al. 1996).

No Brasil, no se tm notcias de utilizao de unidades de pr-filtrao ascendente, ou qualquer outra pr-filtrao em pedregulho. Entretanto, essa alternativa de pr-

tratamento tem sido estudada na Escola de Engenharia de So Carlos (EESC/USP) desde 1984. Di Bernardo (1991) cita algumas concluses obtidas a partir de estudos desenvolvidos utilizando a pr-filtrao ascendente e filtrao lenta precedida da prfiltrao ascendente: quando a qualidade do afluente permanece praticamente constante, a eficincia de remoo de turbidez, cor aparente, ferro total, slidos totais e coliformes totais aumenta com o tempo de funcionamento; variaes repentinas da qualidade da gua bruta causam variaes simultneas da qualidade efluente do pr-filtro ascendente, configurando uma pequena capacidade dessas unidades em absorver tais picos; com taxas de at 36 m/dia no pr-filtro e de at 6 m/dia no filtro lento, o sistema tem capacidade para produzir um efluente final com turbidez consistentemente menor que 5 uT, independente da turbidez afluente, desde que o valor seja inferior a 100 uT; a comunidade bitica presente no pr-filtro e no filtro lento bastante variada, sendo mais diversificada neste ltimo, incluindo cerca de 50 gneros de algas, diversos protozorios, nematodos, oligoquetos, rotferos e coppodos; tanto a remoo de algas, quanto a de partculas totais, foi maior no pr-filtro do que no filtro lento.

As Tabelas 3.5 a 3.8 apresentam dados comparativos de trs alternativas de prfiltrao em pedregulho: pr-filtro com escoamento horizontal; pr-filtros com escoamento horizontal em srie; e, pr-filtro com escoamento ascendente em srie (Galvis et al.,1996). A comparao incluiu a eficincia de tratamento, o desempenho hidrulico e exigncias de operao e manuteno.

Tabela 3.5 - Eficincias de remoes para os diferentes pr-filtros de pedregulho (Galvis et al., 1996 ). Eficincia de remoo (%) Parmetro PFA em srie PFH em srie PFH Coliformes Fecais 99,4 95,6 95,4 Turbidez Slidos suspensosSendo que: PFA em srie = pr-filtro com escoamento ascendente constitudo por trs unidades em srie PFH em srie = pr-filtro com escoamento horizontal constitudo por trs unidades em srie; PFH = pr-filtro com escoamento horizontal.

80 97

66 94

68,4 93

Tabela 3.6 - Volume total de gua requerido para limpeza dos pr-filtros de pedregulho (Galvis et al., 1996). Volume de gua (m3/m2) Tipo de limpeza PFA em srie PFH em srie PFH Semanal 0,3 0,6 0,6 Mensal Volume total (*) 1,3 2,2 1,6 3,4 0,9 2,7

(*) No perodo de um ms e trs semanas

Tabela 3.7 - Tempo requerido para as atividades de limpeza semanal dos pr-filtros de pedregulho (Galvis et al. ,1996). Tempo requerido para limpeza semanal em homem hora/m2 de filtro Atividade PFA em srie PFH em srie PFH Limpeza hidrulica 0,04 0,06 0,03 Operao de reaterro Tempo para limpeza 1,31 1,35 2,14 2,20 1,36 1,39

Tabela 3.8 - Tempo requerido para as atividades de limpeza mensal dos pr-filtros de pedregulho (Galvis et al., 1996). Tempo requerido para limpeza mensal em homem hora/m2 de filtro Atividade PFA em srie PFH em srie PFH Limpeza hidrulica 1,1 4,6 2,4 Drenagem Raspagem Total de limpezas e 1,0 0,7 2,8 4,6 2,4

Durante a investigao de Galvis et al. (1996), todas as unidades foram operadas com a mesma taxa de filtrao (16,8 m/dia) e alimentadas com a mesma gua que, durante o perodo do trabalho, apresentou valores mdios (e desvios padro) de turbidez, slidos em suspenso e coliformes fecais de, respectivamente, 54 56 uT (sic), 48 49 mg/L (sic) e 3381 23890 UFC/100 mL (sic).

Analisando-se a Tabela 3.5, percebe-se que o pr-filtro ascendente em srie apresentou-se mais eficiente na remoo de turbidez, slidos suspensos e coliformes fecais. Alm disso, dos dados apresentados nas Tabelas 3.6 a 3.8, nota-se que o prfiltro em srie demanda menos gua no procedimento de limpeza e, quando se comparam somente as unidades em srie, o tempo requerido para a limpeza do prfiltro ascendente tambm menor. Os autores salientam ainda que a recuperao da

perda de carga inicial no pr-filtro ascendente foi muito boa indicando que o procedimento de limpeza foi bastante efetivo nessa unidade.

Em estudo realizado no CINARA, o desempenho das duas alternativas de pr-filtrao ascendente, em srie e em camadas, foi avaliado para guas com diferentes nveis de qualidade (Visscher et al., 1996). O pr-filtro com escoamento ascendente em srie apresentou sempre melhor eficincia de remoo de impurezas (turbidez, cor verdadeira, slidos em suspenso e coliformes fecais). Entretanto, para gua com menor grau de contaminao, sua superioridade sobre o pr-filtro em camadas foi menos significativa. Segundo esses autores a deciso de selecionar uma alternativa de pr-tratamento depende tanto da qualidade da gua bruta quanto do risco sanitrio envolvido.

Quando o risco sanitrio maior, prefervel selecionar o pr-filtro ascendente em srie, pois, dentro do conceito de mltiplas barreiras, ao se ter um maior nmero de unidades o sistema apresenta maior eficincia de remoo de microrganismos patognicos.

Resultados similares foram obtidos por Vargas et al. (1996) ao, tambm, compararem a pr-filtrao de pedregulho com escoamento ascendente em camadas, com a em srie. Tomando como base para a determinao do risco microbiolgico o ndice de coliformes fecais, e para o risco fsico-qumico a turbidez, estes autores concluem: a tecnologia FiME uma alternativa tecnolgica com grande potencial de uso, devido s eficincias de remoo apresentadas para fontes superficiais com nveis de turbidez at 100 uT e 100.000 UFC/100 mL de coliformes fecais. Os custos de investimento inicial, administrao, operao e manuteno so muito competitivos quando comparados com os das outras tecnologias; pr-filtro de pedregulho com escoamento ascendente em camadas uma alternativa tecnolgica que pode ser utilizada como segunda etapa de prtratamento na FiME para fontes com turbidez at 50 uT e 20.000 UFC/100 mL de coliformes fecais. O pr-filtro de pedregulho ascendente em srie, por sua vez, pode ser utilizado em fontes superficiais com turbidez at 100 uT e coliformes fecais at 100.000 UFC/100 mL.

Na seleo desse tipo de pr-filtro, necessrio considerar tambm os custos de implantao, uma vez que, o custo do pr-filtro ascendente em srie maior que o do pr-filtro ascendente em camadas. Por outro lado, deve-se levar em conta o fato do

meio granular do pr-filtro ascendente em camada ser mais sujeito a problemas durante as etapas de construo, operao e manuteno, pois existe o risco das camadas do leito se misturarem, trazendo implicaes negativas para o processo. Assim, em reas mais retiradas, Vargas et al. (1996) sugerem que mais recomendvel o uso do pr-filtro ascendente em srie. Diante dos resultados obtidos nos estudos comparativos realizados por Di Bernardo e Collazos (1990) e Galvis et al. (1992 e 1996), nos quais foram comparadas diversas alternativas de pr-filtrao em pedregulho, pode-se verificar que a pr-filtrao com escoamento ascendente constitui-se na opo de pr-filtro de pedregulho mais atraente, apresentando os melhores desempenhos e menores custos em termos de operao e manuteno com relao tanto a pr-filtrao horizontal quanto pr-filtrao descendente. Recentemente, como parte do PROSAB, foi realizado por Veras (1999), na EESCUSP, um estudo detalhado do uso da FiME no tratamento de guas sujeitas a variaes bruscas de slidos suspensos e turbidez. Utilizou-se uma instalao piloto composta por dois pr-filtros dinmicos em srie, trs linhas de pr-filtros de pedregulho com escoamento ascendente e quatro filtros lentos, tratando gua proveniente de manancial de superfcie (um dos rios utilizados como fonte de abastecimento da cidade de So Carlos). As caractersticas da instalao piloto permitiram avaliar tanto a eficincia global do sistema proposto, como tambm, pesquisar a eficincia de dois pr-filtros operando em srie, comparar a eficincia de diferentes arranjos para o pr-filtro com escoamento ascendente, e, avaliar o desempenho da filtrao lenta com diferentes meios filtrantes. As condies operacionais adotadas ao longo do trabalho experimental so apresentadas na Tabela 3.9. Tabela 3.9 Taxas de Filtrao nas Unidades da Instalao Piloto (Veras, 1999) Carreira PFD1 PFD2 PFVA FL 1-A 1-B 2-A 2-B 3-A 3-B 4-A 4-B 48 48 36 36 60 60 48 48 36 36 24 24 48 48 36 36 12 12 8 8 16 16 12 12 4 4 3 3 3 3 6 6

As especificaes dos meios granulares utilizados nos pr-filtros dinmicos e prfiltros ascendentes so apresentadas, respectivamente, nas Tabelas 3.10 e 3.11. A areia utilizada nos filtros lentos possui tamanho efetivo de 0,20 a 0,25 mm, coeficiente de desuniformidade entre 2 a 3 e tamanho dos gros entre 0,08 a 1,0 mm. Como pode ser visto na Tabela 3.12, em trs dos quatro filtros lentos, a areia foi utilizada de forma conjugada com mantas sintticas e/ou carvo ativado. As especificaes tcnicas referentes s mantas esto apresentadas na Tabela 3.13. O carvo ativado granular usado de origem mineral, possui tamanho dos gros entre 0,30 e 0,84 mm e nmero de iodo entre 400 e 500.

Tabela 3.10 - Meios Granulares dos Pr-filtros Dinmicos (Veras, 1999) Unidade Granulometria (mm) Espessura das camadas (m) PFD 1 15,9 - 25,4 12,7 - 19,0 6,4 - 12,7 19,0 - 25,4 9,6 15,9 4,8 9,6 0,4 0,25 0,25 0,4 0,25 0,25

PFD 2

Tabela 3.11 - Meios Granulares dos Pr-filtros Verticais Ascendentes (Veras, 1999) Unidades PFVA 1 PFVA 2 PFVA 3 PFVA 4 PFVA 12 Tamanho (mm) 31,4 50 19,0 - 25,4 31,4 50 9,6 - 15,9 19,0 - 31,4 3,2 - 6,4 9,6 - 15,9 1,41 - 3,2 50 - 75 19,0 - 25,4 9,6 - 15,9 31,4 - 50 3,2 - 6,4 1,41 - 3,2 31,4 - 50 19,0 - 25,4 9,6 - 15,9 3,2 - 6,4 1,41 - 3,2 Espessura das camadas (m) 0,2 0,4 0,2 0,4 0,2 0,4 0,2 0,4 0,25 0,4 0,4 0,25 0,4 0,4 0,5 0,4 0,4 0,4 0,4

PFVA 34

PFVA 1234

Tabela 3.12 - Caractersticas dos Meios Filtrantes dos Filtros Lentos Unidades Granulometria Espessura das camadas (mm) (m) FL 1 31,4 - 50,0 15,9 - 25,4 7,9 - 12,7 6,4 - 3,2 1,41 - 2,4 0,08 - 1,0 FL 2 (uso de 1 manta M1 e 1 manta M2 acima da camada de areia) 31,4 - 50,0 15,9 - 25,4 7,9 - 12,7 6,4 - 3,2 1,41 - 2,4 0,08 - 1,0 FL 3 (uso de 30cm de CAG no meio da camada de areia) 31,4 - 50,0 15,9 - 25,4 7,9 - 12,7 6,4 - 3,2 1,41 - 2,4 0,08 - 1,0 FL 4 (uso de 30cm de CAG no meio da camada de areia e 1 manta M1 e 1 manta M2) 31,4 - 50,0 15,9 - 25,4 7,9 - 12,7 6,4 - 3,2 1,41 - 2,4 0,08 - 1,0 0,30 0,15 0,10 0,10 0,10 0,70 0,30 0,15 0,10 0,10 0,10 0,40 0,30 0,15 0,10 0,10 0,10 0,55 0,30 0,15 0,1 0,1 0,2 0,40

Tabela 3.13 - Caractersticas Principais das Mantas Parmetro Manta 1 Dimetro mdio das fibras (m) Massa especfica mdia (g/cm3) Porosidade (%) Superfcie especfica (m2/m3) Permeabilidade (mm/s) Espessura (mm) 45,09 0,115 88,3 10 388 7,16 5

Manta 2 29,6 0,171 84,7 20 662 1,31 3

Nas Figuras 3.1 e 3.2, so apresentados os dados de turbidez e de slidos suspensos obtidos durante a carreira 1B.

Turbidez(uT) - carreira 1B - 10/12/97 300 250 200 150 100 50Afluente FL

0AB PFD1 PFD2

FL1

FL2

FL3

Figura 3.1 Valores de Turbidez do Efluente das Diferentes Unidades da Instalao de FiME (Veras, 1999)

Slidos Suspensos (mg/l) - carreira 1B - 10/12/97 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0AB PFD1 PFD2

Afluente FL

FL1

FL2

FL3

Figura 3.2 Valores da Concentrao de Slidos Suspensos Totais dos Efluentes das Diferentes Unidades da Instalao de FiME (Veras, 1999) As Tabelas 3.14 a 3.23 resumem os principais dados obtidos ao longo da investigao experimental realizada na EESCUSP (Veras, 1999).

FL4

FL4

Tabela 3.14 - Dados Principais da Qualidade da gua Bruta gua Bruta Carreira Turbidez Cor Apar. Coliformes totais Coliformes fecais (uT) 1A 1B 2A 2B 3A 3B 4A 4B 10,6 27,2 14,1 - 335 14,9 264 19,1 53,4 10,1 26,4 7,5 16,5 11,5 13,9 11,5 33,9 (uC) 110 - 217 185 2310 171 2660 224 383 118 - 261 94 184 111 - 155 119 - 282 (NMP/100mL) 19863 - 2420 11199 - 24192 24192 - 4786 2419 - 10462 3076 - 12997 1850 - 14136 4611 - 6867 6488 - 12033 (NMP/100mL) 248,9 7270 1730 - 8164 134 - 345 143 - 413 173 1201 171 - 246 197 - 2014 307 - 537

SST (mg/L) 4,2 - 30,5 14 - 96 12 22,7 13,6 - 19 7 15 9 - 13 9,2 10,2 8,6 12,4

Carreira

Tabela 3.15 - Dados Principais da Qualidade do Efluente do PFD1 Turbidez Cor Apar. Coliformes totais Coliformes fecais (uT) (uC) 110 - 181 169 - 1080 131 - 2500 181 - 351 90 - 229 91 149 94 - 133 104 - 210 (NMP/100mL) 1691 - 15531 8164 - 17329 3130 - 19863 4106 - 2420 1236 - 3784 1333 - 2146 1497 - 6130 1892 - 3873 (NMP/100mL) 82 - 6488 1204 - 5172 74 - 256 90,9 - 327 63 - 663 121 - 278 160 - 1789 211 - 305

SST (mg/L) 3,6 5,75 5,7 - 30 10 11,6 4,6 15,25 3,5 12 5 - 10 6,5 7.2 6,8 8,2

1A 1B 2A 2B 3A 3B 4A 4B

9,35 - 17 12,6 - 254 11,2 - 250 15,4 36,3 8,5 17,6 7,2 14,6 8,5 10,7 10,3 24,2

Tabela 3.16 - Dados Principais da Qualidade do Efluente do PFD2 Coliformes totais Coliformes fecais Cor Apar. Carreira Turbidez 1A 1B 2A 2B 3A 3B 4A 4B (uT) 8,6 16,5 11 - 215 10,3 67,8 13,4 29,7 7,5 19,2 6,9 13,1 7,7 9,4 9 - 15 (uC) 105 179 148 990 112 710 162 294 88 200 84 145 82 125 92 171 (NMP/100mL) 1300 - 10462 7270 - 8664 1565 - 19863 1904 - 3654 488 - 2987 496 - 1968 1674 - 4352 482 - 1725 (NMP/100mL) 416 - 3441 835 - 3026 41 - 201 52 - 307 52 - 327 52 - 146 160 - 1782 110 - 211

SST (mg/L) 3,75 - 5 7 - 28 5,2 7,3 4,4 13,75 3,2 8,1 3,6 - 8 5,2 - 6 5,2 - 6

Tabela 3.17 - Dados Principais da Qualidade do Efluente da Linha 1 de Pr-filtros ascendentes Carreira Turbidez Cor Apar. Coliformes totais Coliformes fecais SST 1A 1B 2A 2B 3A 3B 4A 4B (uT) 4,1 8,23 7,02 70,7 4,89 164 5,6 15,4 4,5 - 13,9 4,5 7,5 4,5 6,5 4,95 7,6 (uC) 51 - 89 102 - 750 58 1020 79 - 175 47 - 117 51 - 78 51 - 75 52 - 84 (NMP/100mL) 395 - 2420 922 - 1573 288 - 4352 341 - 2420 223 - 591 160 - 428 435