I-060 AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO DE ESTAÇÕES PRÉ-FABRICADAS. Estagiária da Divisão de Gerenciamento de Obras de Metropolitana da Copasa

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1 22º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 14 a 19 de Setembro Joinville - Santa Catarina I-060 AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO DE ESTAÇÕES PRÉ-FABRICADAS DE TRATAMENTO DE ÁGUA Mônica Viana Acadêmica do 5 ano de Engenharia Civil da UFMG Bolsista de Iniciação Científica da Fapemig Estagiária da Divisão de Gerenciamento de Obras de Metropolitana da Copasa Glaycon de Brito Cordeiro Engenheiro Civil da Superintendência de Produção da Região Metropolitana da Copasa Marcelo Libânio(1) Engenheira Civil, Mestre em Engenharia Sanitária e Doutor em Hidráulica e Saneamento Professor Adjunto do Departamento de Engenharia Hidráulica e Recursos Hídricos da UFMG Pesquisador do CNPq. Endereço(1): Av. Contorno, 842/8 andar Centro Belo Horizonte MG - mlibanio@ehr.ufmg.br RESUMO O objetivo do trabalho consiste em avaliar o desempenho das dez estações pré-fabricadas operadas pela Companhia de Saneamento de Minas Gerais (Copasa), balizando-se nos dados diários de operação referentes aos períodos chuvoso, janeiro a março, de estiagem, junho a agosto, do ano de Os dados operacionais foram analisados segundo algumas técnicas estatísticas disponíveis, tais como freqüência acumulada, e de associação entre

2 variáveis como média geométrica, média aritmética, mediana e indicadores de variação de cada parâmetro envolvido. A partir desta avaliação, tencionava-se hierarquizar os fatores intervenientes no desempenho das estações de tratamento e fornecer à Copasa subsídios para incremento da performance das unidades potabilizadoras. A partir dos valores de média aritmética da turbidez da água decantada e média geométrica da turbidez da água bruta de cada estação foi construído um gráfico objetivando comparar as estações, no que se refere à qualidade da água produzida. Posteriormente, no que tange à eficiência da filtração, elaboraram-se diagramas de dispersão entre a média aritmética da turbidez da água decantada com a turbidez da água filtrada de cada estação referentes aos períodos contemplados. Adicionalmente, por meio da média aritmética da turbidez decantada e dos parâmetros hidráulicos calculados a partir das características físicas de cada unidade e da vazão afluente -, foram construídos gráficos que avaliaram o efeito da sobrecarga em cada estação. Os resultados preliminares permitiram a comparação do desempenho e apontaram as estações com problemas de operação de maior magnitude. PALAVRAS-CHAVE: Tratamento de água, avaliação de estações. INTRODUÇÃO A amplitude dos fatores intervenientes no desempenho das estações de tratamento de água tem dificultado a necessária comparação entre distintas unidades. Dentre os mesmos destacam-se as características da água bruta e sua adequação à tecnologia de tratamento -, os parâmetros hidráulicos concernentes aos processos e operações unitárias inerentes à potabilização, a dosagem dos produtos químicos e a intangível acuidade da operação. Provavelmente em função desta amplitude, a avaliação do desempenho das estações de tratamento de água tem sido freqüentemente analisada no meio técnico de forma reducionista, restringindo-se tão-somente ao atendimento do padrão de potabilidade, estabelecido pela Portaria 1469/2000, independentemente do custo do tratamento. Ambas vertentes devem também contemplar as características da água bruta afluente e as características físicas da estação, no que tange a tecnologia de tratamento e as dimensões das unidades responsáveis pelas sucessivas etapas da potabilização. Esta última assertiva confirma-se, principalmente, para as diversas estações de tratamento construídas no inicio da década de setenta, para as quais ora afluem vazões bem superiores às preconizadas nos respectivos projetos. Tal índice de sobrecarga é parcialmente minimizado em função de alguns parâmetros conservadores adotados no dimensionamento das várias unidades responsáveis pelas operações unitárias do tratamento. OBJETIVO O objetivo do trabalho consistiu em avaliar o desempenho de dez estações pré-fabricadas de tratamento de água operadas pela Companhia de Saneamento de Minas Gerais (Copasa).

3 Utilizaram-se dados diários de operação representativos dos períodos chuvoso, janeiro a março, e seco, junho a agosto, do ano Considerou-se a turbidez da água filtrada como balizador da eficiência das estações como indicativo da remoção de protozoários - e avaliaram-se a influência da turbidez da água bruta e de alguns parâmetros hidráulicos inerentes às etapas de floculação, decantação e filtração. METODOLOGIA Descrição das Estações de Tratamento As estações de tratamento, objeto do estudo, apresentam linha convencional de potalização, dotada de unidades de mistura rápida, floculadores hidráulicos, decantadores de alta taxa, filtros de dupla camada, operando com vazões praticamente constantes. Na Tabela 1 estão arrolados parâmetros hidráulicos concernentes às estações contempladas na pesquisa. TABELA 1: Relação das estações contempladas na pesquisa. Estação Vazão (l/s) Tempo de floculação (min) Velocidade de sedimentação (cm/min) Taxa de filtração (m3/ m2.dia) 1 41,00 29,7 1,9* 247,5 2 8,00

4 25,83 0,70 219,4 3 4,10 31,85 1,22 202,5 4 62,40 27,25 2,70 310,5 5 39,00 30,82 0,27 227,8 6 25,00 29,25 1,04 198,5

5 6 25,00 19,41 1,40 344,1 7 48,00 24,02 1,78 341,1 8 36,00 19,09 1,89 342,9 9** 36,00 21,34 1,50 342, ,00 19,72 0,63

6 390,5 * Parâmetro hidráulico estimado para conduto de seção quadrada de 5 cm de lado. **Os dados de turbidez decantada da estação 9 no período chuvoso não estão disponíveis. ANÁLISE DOS DADOS DE OPERAÇÃO O universo amostral do estudo contemplou dez estações pré-fabricadas de pequeno porte (Qmax= 62,4 l/s), construídas conforme projeto-padrão e tecnologia convencional de potabilização. Para maior diversidade da amostra as estações representam as diversas diretorias regionais da Copasa. A partir dos dados operacionais diários de cada estação, determinaram-se as médias diárias de vazão afluente, da turbidez da água bruta, decantada e filtrada. Os parâmetros hidráulicos envolvidos no estudo, quais sejam, os tempos teóricos de floculação, as velocidades de sedimentação e as taxas de filtração, foram determinados por meio das características físicas de cada unidade e da vazão afluente. Posteriormente, tais dados foram analisados mediante algumas técnicas estatísticas disponíveis. Em primeira etapa elaboraram-se gráficos de freqüência acumulada, construção de boxwhisher e associação entre variáveis, com determinação de médias geométricas recomendáveis para turbidez da água bruta, passível de apresentar amplo espectro de variação - e aritméticas, medianas e indicadores de variação de cada parâmetro envolvido. Como inferência da acuidade da operação de cada unidade potabilizadora, elaborou-se um gráfico relacionando a média aritmética para turbidez da água decantada e média geométrica para água bruta, referentes aos dois períodos contemplados pela pesquisa. Adicionalmente, por meio da média da turbidez decantada ou filtrada e dos parâmetros hidráulicos, foram construídos gráficos para avaliar o efeito de eventual sobrecarga, balizada pelas recomendações da ABNT, no desempenho de cada estação. RESULTADOS E DISCURSÃO Inicialmente, a análise dos dados operacionais consistiu de inferir as variações, a partir da mediana, da turbidez da água bruta afluente às estações durante os períodos amostrados, apresentada nos gráficos das figuras 1 e 2.

7 FIGURAS 1 e 2 - Mediana e distribuição dos dados diários de turbidez da água bruta referentes aos meses secos e chuvosos Da análise da Figura 1 depreende-se que a maior amplitude de variação da turbidez da água bruta, no que se refere ao 3º quartil, no período chuvoso foi verificada na estação 7, cuja máxima foi de 370 ut. À mesma, em mais de 25% das médias aritméticas diárias, afluiu água bruta com turbidez superior a 270 ut. A estação 3, apesar da variação da turbidez da água bruta ser relativamente menor do que a da estação 7, apresentou uma máxima de 470 ut. Conforme o gráfico da Figura 2, as estações 3 e 7 continuam apresentando amplitude de variação da turbidez da água bruta superior às demais instalações potabilizadoras. Em uma segunda fase, objetivando a comparação do desempenho das estações no que tange à conjunção das etapas de coagulação, floculação e decantação, elaboraram-se diagramas de dispersão relacionando, para cada estação e período amostrado, a média aritmética da turbidez da água decantada e a média geométrica da turbidez da água bruta para cada estação, apresentados nos gráficos das figuras 3 e 4. Devido à grande amplitude dos valores da turbidez da água bruta realizou-se uma transformação logarítmica na abscissa, para uma melhor visualização dos resultados. FIGURAS 3 e 4 Diagrama de dispersão referentes aos meses chuvosos e secos. A comparação do desempenho das estações durante o período chuvoso destaca a precária eficiência da estação 3, uma vez que à mesma aflui água bruta com turbidez média de 70 ut e eflui água decantada com turbidez média superior a 12 ut. No período seco a mesma estação passa a apresentar melhor desempenho, em que pese a tecnologia convencional de tratamento ser mais adequada à potabilização de águas mais turvas, cuja concentração de partículas favorece a formação de flocos passíveis de sedimentarem-se nas unidades de decantação. Com o objetivo de também avaliar a eficiência dos filtros e considerando a turbidez da água filtrada como indicador do desempenho, especialmente na remoção de protozoários, elaboraram-se gráficos de dispersão,apresentados a seguir nas figuras 5 e 6, para as variáveis média aritimética da turbidez decantada e média aritimética da turbidez da água filtrada, para cada estação e período amostrado.

8 FIGURAS 5 e 6 Diagrama de dispersão referentes aos meses chuvosos e secos. A partir análise das figuras 5 e 6, constata-se que a estação que apresentou pior desempenho no período de estiagem foi a 9, uma vez que afluiu uma turbidez decantada 4,15 ut e efluiu uma turbidez filtrada de 0,97 ut, não atendendo portanto à recomendação da Portaria 1469 no tange à turbidez máxima da água filtrada de 0,5 ut. Posteriormente, a inserção dos parâmetros hidráulicos na análise permitiu avaliar a possível influência da sobrecarga no desempenho da unidade. FIGURA 7 Gráfico de dispersão para as variáveis tempo de floculação e média aritmética da turbidez da água decantada. FIGURA 8 Gráfico de dispersão para as variáveis velocidade de sedimentação e média aritmética da turbidez da água decantada. Em relação aos parâmetros hidráulicos avaliados no estudo, o tempo teórico de floculação foi inferior ao preconizado pela ABNT (20 min) em apenas três estações, conforme apresentado nas figuras 7 e 8. Como as instalações potabilizadoras são dotadas de floculadores hidráulicos pode-se descartar o efeito de curto-circuito na estações, concluindo-se que somente estas estejam trabalhando com sobrecarga. Conforme apresentado na Tabela 1 e nas figuras 7 e 8, praticamente não há estação operando com sobrecarga, de acordo com as premissas da ABNT. Em relação à velocidade de sedimentação, conforme atesta a Figura 6, somente a estação 4 apresenta velocidade de sedimentação superior ao preconizado - 2,43 ou 1,74 cm/min, em função da qualidade do controle operacional -, não comprometendo a sedimentação das partículas. Ainda no intuito de avaliar o desempenho das estações, foram realizadas análises de correlação entre (i) a turbidez da água decantada e filtrada, (ii) a turbidez da água bruta e tratada, (iii) a vazão afluente e turbidez da água decantada e tratada. A despeito do tamanho da amostra, os coeficientes para a inexistência de correlação entre estas variáveis, em contraposição aos resultados auferidos em uma pesquisa semelhante realizada no estado norte-americano da Pennsylvania.

9 CONSIDERAÇÕES FINAIS A despeito dos efluentes das estações terem apresentado consistentemente turbidez inferior a 1,0 ut, foi possível identificar com acuidade as unidades com desempenho insatisfatório. O aumento do universo amostral previsto em uma segunda etapa, permitirá avaliar também a correlação desta performance com os projetos-padrão, com a idade da estação e com as diferentes formas de operação em decorrência à sua localização geográfica no estado. As instalações potabilizadoras em estudo podem apresentar unidades construídas com dimensões diferentes àquelas especificadas no projeto-padrão, o que impede a equidade de avaliação das estações. Contudo, a avaliação do desempenho global das estações de tratamento de água suscita algumas questões: i) Para estações empregando a mesma tecnologia de tratamento e adequando a água bruta ao padrão de potabilidade vigente, de que forma devem ser cotejados os custos inerentes à potabilização, caso a água bruta apresente características distintas? ii) Estações, com a mesma tecnologia de tratamento, potabilizando e fornecendo águas de características semelhantes podem ser comparadas quando apresentam distintos custos de tratamento? Pela avaliação hidráulica dos principais parâmetros hidráulicos intervenientes na potabilização, pode-se afirmar que a menor eficiência não está vinculada à eventual sobrecarga da unidade e sim, provavelmente, à operação menos cuidadosa. Os resultados de uma operação menos acurada materializam-se principalmente no não atendimento à recomendação da Portaria 1469/2000, de turbidez máxima da água filtrada de 0,5 ut, e no dispêndio de água de lavagem decorrente da maior concentração de sólidos afluente às unidades filtrantes. Por fim, pode-se afirmar que uma operação deficiente não está necessariamente relacionada ao porte da estação operada.