FATORES QUE INFLUENCIAM A FORMAÇÃO DE TRIHALOMETANOS EM ÁGUAS DE ABASTECIMENTO

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1 FATORES QUE INFLUENCIAM A FORMAÇÃO DE TRIHALOMETANOS EM ÁGUAS DE ABASTECIMENTO Roberto Feijó de Figueiredo (1) Engenheiro Civil pela Faculdade de Engenharia Civil da UNICAMP. Mestre em Hidráulica e Saneamento pela Escola de Engenharia de São Carlos da USP. Ph.D. em Engenharia Ambiental pela University of FOTOGRAFIA California, Davis (EUA). Professor do Departamento de Saneamento e NÃO Ambiente da Faculdade de Engenharia Civil da UNICAMP. Sanin Dario Aguilera Pardo DISPONÍVEL Engenheiro Civil. Mestre em Engenharia Civil pela Faculdade de Engenharia Civil da UNICAMP. Bruno Coraucci Filho Engenheiro Civil pela Faculdade de Engenharia Civil da UNICAMP. Mestre em Hidráulica e Saneamento pela Escola de Engenharia de São Carlos da USP. Doutor em Engenharia pela Escola Politécnica da USP. Professor do Departamento de Saneamento e Ambiente da Faculdade de Engenharia Civil da UNICAMP. Endereço (1) : Rua Pernambuco, Vila Cláudia - Limeira - SP - CEP: Brasil - feijo@widesoft.com.br ** Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Faculdade de Engenharia Civil (FEC) -Cidade Universitária Zeferino Vaz - Caixa Postal Distrito de Barão Geraldo - Campinas - SP - CEP: Brasil - Tel: (019) Fax: (019) feijo@fec.unicamp.br RESUMO Com a preocupação voltada para a qualidade da água para o consumo humano, o presente trabalho teve a finalidade de avaliar o potencial de formação de trihalometanos nos sistemas de distribuição de água. Para este trabalho foi utilizada água proveniente da estação de tratamento de água ETA 3-4 da SANASA, Campinas, S.P. Foram monitorados os fatores: temperatura da água, tempo de contato e as concentrações de cloro livre e combinado. Foi montado um sistema de bancada para analisar a influência desses fatores na formação de CHCl 3, CHBrCl 2, CHBr 2 Cl e CHBr 3, cujo somatório produz os trihalometanos totais (THM-T), nas temperaturas de 10, 15, e 20 o C. O sistema de bancada indicou que temperatura e tempos de reação não afetam a produção de THMs quando são empregadas cloraminas. Quando só o cloro é utilizado, esses parâmetros são importantes. No primeiro caso, com cloraminas, a temperatura é mais importante do que o tempo de reação; no segundo caso, só cloro, o tempo de reação é mais significativo. Para 20 o C, o sistema de bancada apresentou taxas de produção de THMs de 0,78 e 3,69 µg/h.l, respectivamente para cloraminas e cloro. PALAVRAS-CHAVE: Desinfecção, Água de Abastecimento, Trihalometanos, Cloro, Cloramina. 20 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1362

2 INTRODUÇÃO A desinfecção de águas para abastecimento em muito colaborou com a saúde pública, ajudando na erradicação de doenças veiculadas pela água. O cloro foi, e tem sido, o principal agente oxidante responsável pela inativação de inúmeros organismos patogênicos, os quais são considerados causadores daquelas doenças. Nos últimos anos, sem tirar os grandes méritos e atributos do cloro, foram descobertos nas águas de abastecimento alguns subprodutos tóxicos, e potencialmente carcinogênicos, originados da ação do cloro sobre compostos orgânicos, tais como as substâncias húmicas e fúlvicas. Os compostos resultantes da ação do cloro podem ser denominados genericamente de organoclorados, sendo que neste trabalho foi estudada a formação específica de trihalometanos (THM), incluindo o clorofórmio, ou triclorometano (CHCl 3 ), o bromodiclorometano (CHBrCl 2 ), o dibromoclorometano (CHBr 2 Cl) e o bromofórmio, ou tribromometano (CHBr 3 ). A legislação vigente limita em 100 a concentração total de trihalometanos na rede pública de abastecimento. Na bibliografia existente são feitos comentários sobre a possibilidade de diferentes taxas de produção de trihalometanos em processos de desinfecção que utilizam cloro, de forma isolada, ou em conjunto com a amônia, também chamada amôniocloração. Esse fato deu origem ao objetivo principal desta pesquisa, juntamente com a verificação de possíveis outros fatores intervenientes no processo de formação. Como parâmetros de controle foram utilizadas a temperatura e o tempo de contato, para as duas diferentes situações de desinfecção, uma com somente o cloro e outra pela associação do cloro com a amônia. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Segundo ISAAC (1993), o risco para a saúde decorrente da presença de trihalometanos e de outros compostos organoclorados na água de abastecimento público existe. A possibilidade de ocorrência de efeitos colaterais sobre a saúde dos consumidores tem levado os pesquisadores a procurar soluções para o problema. De acordo com HESPANHOL (1979), o relatório National Organics Monitoring Survey, apresentado pela USEPA detectou 27 compostos orgânicos presentes em 113 estações de tratamento de água, dos quais os trihalometanos surgiram com grande freqüência. Dos resultados desse relatório aquela agência limitou em 0,1 mg/l a concentração máxima daqueles compostos. MACEDO (1983) et al observaram níveis elevados de trihalometanos na água de abastecimento utilizada na região metropolitana de São Paulo, em efluentes finais de ETAs e em pontas de rede, especialmente para as ETAs de Alto Cotia e de Rio Claro. Segundo ISAAC (1993), quando se aplica no tratamento convencional a pré-cloração da água bruta, além da cloração final, os THMs vão sendo formados ao longo do processo até a saída da ETA, e continuam se formando na rede de distribuição. 20 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1363

3 O valor do ph e do tempo de contato apresentam uma grande influência na formação de THMs em águas tratadas (MOHAMED C et al, 1995). Segundo os mesmos autores, os valores de THMs são maiores com o aumento do valor de ph e do tempo de contato. Em geral o aumento da temperatura resulta em uma maior taxa de formação de THMs, o que foi observado por MOHAMED et al (1995).Os autores demonstraram esse efeito utilizando uma dosagem de cloro de 5 mg/l, que para tempos de contato de 1, 2 e 3 h obtiveram aumento nas concentrações de THMs de 20 a 100, nas temperaturas de 10, 20 e 30 C, sendo que a maior quantidade de THMs produzidos foram verificados para 30 C e 2h. Segundo TRUSSEL et al (1978) e MOHAMED et al (1995), a taxa de formação de trihalometanos em função do tempo e dosagem de cloro, manifesta-se em três intervalos seqüenciais e principais na dosagem de cloro onde a formação de THMs mantêm um padrão definido. No primeiro intervalo ocorre a demanda imediata de cloro, devido principalmente à reação deste com compostos inorgânicos, tais como sulfeto, ferro e amônia, levando à produção de somente traços. de THMs. No segundo intervalo o cloro adicional começa a reagir com a matéria orgânica (precursores) presente. Neste intervalo a relação entre a dosagem de cloro e a produção de THMs é quase linear. Mantendo-se a concentração de cloro residual, após as demandas anteriores, verifica-se um terceiro intervalo onde a produção de THMs é insignificante. Segundo esses autores a produção de THMs pode alcançar valores altos com o aumento da dosagem de cloro, podendo ultrapassar o limite da legislação. METODOLOGIA Para o desenvolvimento da pesquisa foi utilizado um sistema de bancada com a seguinte composição: agitador magnético; 04 frascos para cromatografia, com volumes individuais de 22 ml, inseridos individualmente em recipientes isolados termicamente (isopor), caixa de isopor; e, termômetro, conforme mostrado no esquema da unidade de bancada apresentado. Em cada frasco era colocada água filtrada de uma ETA de Campinas, SP, cuja água bruta é proveniente do Rio Atibaia, com a adição de alíquotas de cloro (na forma de hipoclorito de sódio NaOCl) ou de cloro e amônia (na forma de sulfato de amônia (NH 4 ) 2 SO 4 ). Dentro da caixa térmica os frascos, inseridos nos recipientes térmicos individuais, eram imersos parcialmente em água com gelo para atingir a temperatura desejada. As temperaturas de estudo para a água foram de 10, 15 e 20 C; os tempos de contato foram de 0,16, 1, 2, 3, 4, 5 e 6 horas, para cada valor de temperatura. Os trihalometanos monitorados foram aqueles já citados, sendo que a sua soma, em cada experimento, foi representada por THM-T (trihalometanos totais). Os frascos, após o tempo de contato, eram encaminhados para análise cromatográfica pelo método gas and trap, citado na 17 ª edição do Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, da APHA/AWWA. Outros parâmetros foram avaliados de acordo com os métodos tradicionais conhecidos. 20 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1364

4 Esquema da unidade de bancada utilizada no estudo de formação de THMs. Foi utilizado o programa estatístico SAS Statistical Analysis System, para obter-se uma análise de regressão linear múltipla, correlacionando a concentração de THM às variáveis independentes tempo de contato e temperatura. RESULTADOS Os resultados obtidos com o trabalho experimental estão apresentados na Tabela 1 e na forma gráfica nas Figuras 1, 2 e 3. Observa-se na Tabela 1 que o composto clorofórmio prevaleceu em relação aos demais, indicando ser esta forma a mais preocupante. Pela ordem, do mais até o menos produzido, obteve-se a seguinte seqüência em todas as fases do experimento: clorofórmio, ou triclorometano (CHCl 3 ); bromodiclorometano (CHBrCl 2 ); dibromoclorometano (CHBr 2 Cl); e, bromofórmio, ou tribromometano (CHBr 3 ). Pela mesma tabela verifica-se que em geral as concentrações de THM são maiores para os casos em que os experimentos foram feitos só com o cloro. O tempo de contato influenciou as concentrações de THM, principalmente no caso do uso isolado do cloro. Da mesma forma, a temperatura também é um parâmetro importante no processo, principalmente quando só o cloro é utilizado. Essas tendências estão bem visíveis nas figuras apresentadas. Observa-se nas Figuras 1, 2 e 3 que para as três temperaturas testadas a produção de THM é sempre maior para a condição de desinfecção só com o cloro e que, na mesma condição, obtiveram-se valores de produção maiores com o aumento da temperatura e com um maior tempo de contato. O mesmo não foi verificado para a desinfecção por amôniocloração, observando-se valores aproximadamente iguais e constantes de produção de THM, independentes do aumento da temperatura e do tempo de contato. 20 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1365

5 Com relação às taxas de produção de THM-T foram obtidos os seguintes resultados máximos: 0,78µg/h.L e 3,69µg/h.L, respectivamente para amôniocloração e só cloro, ambos a 20 C. Da análise de regressão linear múltipla com o programa SAS obteve-se a seguinte resposta para a equação de produção de THM-T no caso de uso isolado do cloro (equação 1): r 2 = 0,7494, THM-T = 20,91 + 1,095t 2,75T + 0,11T 2 equação (1) Onde: t = tempo de reação e T = temperatura. Da análise dos níveis de significância, obtidos pelo programa SAS, observou-se que o tempo de reação é o que mais influenciou a produção de THM. CONCLUSÕES As seguintes conclusões podem ser tiradas para as condições desta pesquisa: - a produção de trihalometanos foi sempre maior para o caso do uso de desinfecção só com o cloro; - para a mesma condição, o aumento da temperatura e do tempo de contato propiciaram uma maior produção de THM, sendo o tempo de contato o que apresentou maior significância; - a produção de THM, no caso de desinfecção com cloro e amônia, independe da temperatura e do tempo de contato; - constatou-se que o composto clorofórmio foi a forma de THM que predominou nas etapas experimentais; e, - a maior taxa de produção de THM-T obtida foi de 3,69µg/h.L, para a desinfecção só com o cloro. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. HESPANHOL, I. Remoção de compostos orgânicos de água de consumo humano. Seminário Internacional sobre Compostos Orgânicos em Águas para Consumo Humano, CETESB, São Paulo, ISAAC, R.L. Controle de trihalometanos em sistemas de abastecimento: remoção por adsorção em coluna de carvão ativado granular em estação de tratamento de água. Dissertação de Mestrado, Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, MACEDO, L.H.H., NOGUTI, M., YOSHIO, H. Estudo dos trihalometanos. 12 Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária, Balneário Camboriu, Santa Catarina, ABES, Anais, MOHAMED, A.E., RIZKA, K.A.THMs formation during chlorination of raw Nile River water. Water Research, v.29, n.1, p , TRUSSEL, R.R., UMPHRES, M.D. The formation of trihalomethanes. Journal of the American Water Works Association, v. 70, n. 11, p , nov o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1366

6 Tabela 1. Concentrações de trihalometanos na água de abastecimento em função do tempo de contato, utilizando sistema de bancada com diferentes temperaturas e dosagem de cloro e amônia. Tempo de contato CHCl 3 CHBrCl 2 CHBr 2 Cl CHBr 3 THM-T h C+A C C+A C C+A C C+A C C+A C Temperatura de 10 C 0,16 2,97 2,65 1,22 1,34 0,25 0,35 0,08 0,06 4,52 4,40 1 3,08 3,44 1,33 1,89 0,29 0,76 0,03 0,03 4,72 6,13 2 2,42 5,23 1,24 2,21 0,25 0,91 0,06 0,05 3,98 8,40 3 2,53 4,53 1,27 2,29 0,27 0,98 0,06 0,25 4,13 8,05 4 3,60 4,69 1,28 2,34 0,38 1,01 0,06 0,27 5,32 8,30 5 2,61 4,82 1,34 2,34 0,28 0,97 0,06 0,28 4,29 8,41 Temperatura de 15 C 0,16 2,84 3,25 0,96 1,33 0,19 0,54 0,05 0,04 4,04 5,15 1 2,48 3,37 1,08 2,19 0,23 1,47 0,02 0,15 3,82 7,17 2 2,47 3,89 1,15 2,31 0,26 1,50 0,02 0,30 3,90 8,00 3 2,46 4,15 1,22 1,26 0,28 1,70 0,02 0,20 3,98 7,31 4 2,92 5,29 1,27 2,58 0,28 1,74 0,02 0,20 4,49 9,81 5 3,00 4,39 1,28 2,65 0,28 1,79 0,02 0,22 4,58 9,05 6 2,67 4,57 1,25 2,71 0,28 1,85 0,02 0,22 4,22 9,36 Temperatura de 20 C 0,16 1,94 2, ,07 0,11 0,16 0,02 0,00 2,83 4,13 1 2,23 6,93 0,95 3,36 0,16 1,79 0,02 0,11 3,35 12,00 2 2,24 8,27 1,01 3,91 0,19 2,22 0,02 0,16 3,46 14,55 3 3,48 8,85 1,05 4,00 0,19 2,42 0,02 0,17 4,74 15,44 4 2,46 8,55 1,10 3,94 0,20 2,40 0,02 0,18 3,78 16,06 5 2,31 9,50 1,03 4,22 0,19 2,63 0,02 0,21 3,56 16,56 CHCl 3 : Clorofórmio; CHBrCl 2 : Bromodiclorometano; CHBr 2 Cl : Dibromoclorometano; CHBr 3 : Bromofórmio; THM-T : Trihalometanos totais; C+A : cloro + amônia; C : só cloro Dosagem de Hipoclorito de Sódio e de Sulfato de Amônia: para 10 C: respectivamente 6,9 e 5,2 mg/l; para 15 C: respectivamente 8,0 e 5,9 mg/l; e, para 20 C: respectivamente 8,0 e 5,9 mg/l 20 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1367

7 THM-T, g/l 9,5 8,5 7,5 6,5 5,5 4,5 3,5 C + A 0, tempo, h C Figura 1. Formação de THM-T em água de abastecimento a 10 o C THM-T, g/l C + A C 0, tempo, h Figura 2. Formação de THM-T em água de abastecimento a 15 o C THM-T, g/l C + A C 0, tempo, h Figura 3. Formação de THM- T em água de abastecimento a 20 o C 20 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1368