I OTIMIZAÇÃO FÍSICA E OPERACIONAL DA EFICIÊNCIA DO TRATAMENTO DE ÁGUA EM PLANTAS EXISTENTES - CASO ETA GOIÂNIA

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1 I-03 - OTIMIZAÇÃO FÍSICA E OPERACIONAL DA EFICIÊNCIA DO TRATAMENTO DE ÁGUA EM PLANTAS EXISTENTES - CASO ETA GOIÂNIA Francisco Humberto Rodrigues da Cunha (1) Engenheiro Civil pela Universidade Federal de Goiás - UFG. Mestre em Hidráulica e FOTO Saneamento pela Escola de Engenharia de São Carlos (EESC/USP). Diretor da empresa SENHA ENGENHARIA, de consultoria em saneamento. Diretor da empresa AQUALIT NÃO Tecnologia em Saneamento. Maura Francisca da Silva DISPONIVEL Bióloga pela Universidade Católica de Goiás - UCG. Especialista em Saúde Pública pela UNAERP. Coordenadora de Produção de Água - Sistema João Leite - SANEAGO. Wanderlei Elias Perez Bioquímico pela Universidade Federal de Goiás - UFG. Especialista em Análise de Água pela Fundação Oswaldo Cruz. Supervisor do Sistema Produtor João Leite - SANEAGO. Professor do Curso de Saneamento - CEFET-GO. Endereço (1) : 11ª Avenida, 1120, Setor Universitário Goiânia CEP Brasil - Tel: (62) e- mail: senha@cultura.com.br RESUMO Em geral, os índices de cobertura urbana dos serviços de água no País podem ser considerados satisfatórios. Todavia, o mesmo ainda não pode ser dito com relação à qualidade da água distribuída, que frequentemente é prejudicada já desde a estação de tratamento. A maior parte das plantas hoje existentes opera com problemas físicos e operacionais que perturbam a qualidade da água tratada. Tais deficiências normalmente estão relacionadas às condições hidráulicas e construtivas das estações, bem como aos procedimentos operacionais rotineiros. Via de regra, a correção desses problemas não demanda investimentos elevados, porém requer trabalho dedicado de estudo, projeto e treinamento operacional, além de, quase sempre, complicada execução das modificações físicas nas instalações, que geralmente requer em paralisações parciais, ou mesmo totais, do processo. Face a essas dificuldades, a maioria das estações de tratamento atualmente em operação no País convive com problemas que afetam sensivelmente a eficiência do processo. No caso da ETA Jaime Câmara, de Goiânia/GO, após décadas produzindo água de baixa qualidade, a instalação foi submetida a um persistente programa de melhoria física e operacional, cujos resultados revelaram-se extremamente positivos, conforme se mostra neste trabalho. A qualidade da água, que sequer atendia aos padrões nacionais de potabilidade, hoje é compatível com as exigências mais rigorosas que se tem notícia, gerando plena aceitação do produto pelos consumidores. Os resultados alcançados demonstram claramente que modificações simples na prática operacional e pequenos ajustes nas instalações físicas podem proporcionar ganhos expressivos quanto a qualidade da água e economia no processo de tratamento. PALAVRAS-CHAVE: Qualidade da Água, Melhoria da ETA. INTRODUÇÃO A Estação de Tratamento de Água Jaime Câmara é responsável por cerca de % da água de abastecimento público distribuída na cidade de Goiânia. Inaugurada em 197, para a capacidade de 20 l/s, essa ETA foi gradativamente ampliada e atualmente trata em média 1,8 m3/s, com picos de até 2,2 m3/s. O processo de tratamento é o convencional: coagulação com sulfato de alumínio e polieletrólito, adição de ácido fluossilícico na água bruta, mistura rápida hidráulica, quatro floculadores hidráulicos e dois mecânicos (em paralelo), cinco decantadores convencionais, quatorze filtros rápidos de dupla camada (antracito e areia), e desinfecção final com cloro. A água bruta provém de manancial superficial - o Ribeirão João Leite - e apresenta turbidez que varia de 10 a 280 ut e cor entre 7 e uh. ABES Trabalhos Técnicos 1

2 Anteriormente à implantação do programa de melhoria, a qualidade da água tratada em geral sequer atendia aos padrões de potabilidade estabelecidos pela Portaria 36/90-MS: a turbidez média era de 2, ut, com picos acima de 10 ut, enquanto deveria ser de no máximo 1 ut; e a cor atingia média superior a 1 uh, sendo que não poderia ultrapassar uh. Para reverter esse quadro, há 4 anos a SANEAGO vem implementando gradativamente o programa de melhorias no processo de tratamento, baseado em estudos hidráulicos e investigações técnicas, que inclui: distribuição das vazões de acesso aos floculadores e decantadores segundo a eficiência dessas unidades: otimização da aplicação de reagentes e melhoria das condições de mistura; aplicação de polieletrólito e de ortopolifosfato; ajuste mais preciso da coagulação, com base em análises on-line da água bruta e em ensaios de laboratório; monitoramento contínuo ( on-line ) da vazão e dos principais parâmetros de qualidade da água na ETA; automatização das dosagens dos produtos químicos; substituição, com ajuste na granulometria, do material filtrante e da camada suporte; introdução de lavagem ar-água dos filtros; ajuste das condições hidráulicas de funcionamento dos filtros. Todas essas intervenções tiveram baixo custo. Não obstante, após meses de operação regular, os resultados obtidos mostraram impressionante melhoria da qualidade da água tratada, conforme se vê adiante. METODOLOGIA DE TRABALHO Inicialmente, foi procedido ao levantamento dos registros históricos dos principais parâmetros qualitativos e quantitativos da ETA (vazão, dosagem de reagentes, cor e turbidez da água bruta, decantada e tratada, etc.). Em seguida, foram avaliadas as condições hidráulicas e o desempenho das unidades operacionais e de processo: mistura, floculação, decantação e filtração. Com relação à mistura e floculação, foram avaliados os pontos de aplicação de produtos, os parâmetros e condições hidráulicas, os tipos de reagentes e as dosagens dos coagulantes utilizados na ETA. Foram testados vários auxiliares de floculação e também outros produtos coagulantes, através de ensaios de floculação. Foram relatadas e avaliadas todas as rotinas operacionais realizadas na ETA, tais como: medição de vazão, aplicação de reagentes, distribuição de vazão para as diversas unidades de floculação e decantação, e a operação e lavagem dos filtros. A partir dos levantamento efetuados, do acompanhamento da qualidade da água bruta e tratada, e das avaliações do desempenho da ETA, foram identificadas as deficiências físicas e operacionais no processo de tratamento. A seguir, foram decididas e planejadas as intervenções de melhoria da ETA com base em criteriosa avaliação das possibilidades mais viáveis de correção e aperfeiçoamento das instalações físicas, da substituição de reagentes químicos ou introdução de outros produtos e da automatização dos procedimentos operacionais. A implantação das modificações físicas e operacionais foi gradativa, tendo em vista, primeiro, não prejudicar a continuidade do abastecimento e, em segundo lugar, permitir a avaliação do resultado de cada intervenção procedida. MELHORIAS IMPLEMENTADAS DISTRIBUIÇÃO DE VAZÃO PARA OS FLOCULADORES E DECANTADORES Uma das grandes dificuldades operacionais da ETA era quanto à distribuição mais conveniente da água coagulada para os diversos floculadores e decantadores, cujas características variam significativamente de uma unidade para outra. Foram descartados os procedimentos convencionais, através de medição e ajuste das vazões nos canais de acesso às unidades, optando-se por adotar uma sistemática bem mais simples, e com a qual obteve-se excelentes resultados, em que a distribuição de vazão é feita buscando-se equiparar as 2 ABES Trabalhos Técnicos

3 eficiências de floculação e decantação entre todas as unidades, o que é observado pela medição de cor e turbidez na saída de cada decantador. Melhor explicando: se a água na saída de um decantador apresenta turbidez bem maior que a dos demais, é diminuída a vazão no floculador que alimenta este, até que a turbidez se reduza ao nível da que ocorre nas saídas dos demais decantadores. Assim, foram feitos ajustes iniciais da distribuição de vazão para os floculadores e decantadores, acompanhando-se a qualidade da água decantada durante vários dias, para diferentes vazões de trabalho da ETA, até que se chegou às aberturas das comportas de distribuição de água coagulada que produziram os melhores resultados. Não obstante, em princípio são necessários reajustamentos dessas aberturas, principalmente para compensar distorções ocasionadas pelas variações sazonais da qualidade da água bruta. OTIMIZAÇÃO DA APLICAÇÃO DE REAGENTES Inicialmente foram testados em laboratório (jar-test) vários produtos reagentes - coagulantes e auxiliares - sob múltiplas condições de aplicação dos mesmos. Em seguida, foram reproduzidas em escala plena, isto é, na ETA operando com a vazão normal de trabalho, a melhor combinação de reagentes e condições de aplicação obtida em laboratório. Concluiu-se pela aplicação de polieletrólito auxiliar de floculação e uma pequena modificação no ponto de aplicação de coagulante, o que foi procedido. Verificou-se, também, a conveniência da substituição de Sulfato de Alumínio por Cloreto Férrico, que, no caso, resulta flocos mais resistentes e densos. Essa troca ainda não foi efetivada, mas poderá ocorrer oportunamente. APLICAÇÃO DE ORTOPOLIFOSFATO O elevado teor de ferro, principalmente, que persistia na água tratada (média de 0,2 mg/l na saída da ETA) e que era agravada pela oxidação de metais na rede de distribuição, gerava alto índice de insatisfação dos usuários, e, como paleativo, as equipes de manutenção realizavam freqüentes descargas na rede, tentando descartar os volumes de água mais comprometidos. Diante disso, em setembro de 1998 foi testada a aplicação de ortopolifosfato na água filtrada, durante 9 dias consecutivos, monitorando-se os principais parâmetros de qualidade da água, tais como cor, turbidez, ferro e o IQA Índice de Qualidade de Água padrão SANEAGO, além da concentração de ortofosfato (PO 4 ). Os resultados apresentados no Quadro 1, a seguir, indicam o sucesso obtido nos testes. Não obstante, a aplicação permanente de ortopolifosfato só foi iniciada em agosto de 2000, após a implantação de outras medidas que permitiram substancial melhoria da qualidade da água na saída da ETA. Quadro 1: Resultados de Cor e Turbidez na Rede de Distribuição, Durante a Aplicação de Ortopolisfosfato, como Teste Operacional. ANTES DO TESTE DURANTE O TESTE 17 pontos c/ cor > 1 uh (1% dos pontos) 02 pontos c/ cor > 1 uh (6% dos pontos) 09 pontos c/ turbidez > ut (27% dos pontos) 01 ponto c/ turbidez > ut (3% dos pontos) MONITORAMENTO CONTÍNUO E AUTOMATIZAÇÃO DA ETA Foi diagnosticado claramente que, para se sustentar continuamente elevada qualidade da água, não basta corrigir ou minorar as deficiências nas instalações: tem-se que reduzir ao mínimo também, as deficiências operacionais, representadas não só pelas falhas e erros dos operadores, mas principalmente por atrasos nas ações. Concluiu-se que a maneira mais eficiente, e viável no caso, para se alcançar essa meta, seria através de monitoramento contínuo dos principais parâmetros operacionais da ETA e a automatização dos procedimentos ABES Trabalhos Técnicos 3

4 relacionados às dosagens de reagentes. Decidiu-se pela implantação gradual, com a participação dos técnicos da própria companhia e de empresas especializadas, abrangendo inicialmente os seguintes itens: (1) monitoramento contínuo da coagulação; (2) automatização da dosagem dos produtos químicos; (3) monitoramento contínuo da vazão de água bruta e tratada, e das concentrações de cloro e flúor na água tratada; (4) monitoramento dos níveis nos tanques de soluções; e, () gerenciamento dos procedimentos operacionais via sistema supervisório. Até o momento, foram instalados e estão em operação: (1) o medidor de vazão ultra-sônico no Parshall; (2) o monitor de coagulantes; (3) os analisadores de Cloro, Flúor, turbidez e ph, para a água tratada; e, (4) as dosagens automáticas de Flúor e Cloro. Atualmente, estão sendo automatizadas as dosagens de coagulantes, cal e ortopolifosfato. REFORMA DOS FILTROS A lavagem dos filtros era somente com água, auxiliada por esguicho sub-superficial (sistema Palmer ), o que permitia degradação intensa do meio filtrante ao longo do tempo. Foi introduzida a lavagem ar-água, aproveitando-se as tubulações externas e válvulas do sistema sub-superficial, além do tubo de passagem pela parede do filtro. Assim, não foi rompida qualquer parte da estrutura dos filtros, e a distribuição uniforme do ar foi obtida por meio de grelha de tubulação em PVC instalada sobre o fundo ( Leopold ) do filtro. O meio filtrante foi substituído e a camada suporte modificada para se adequar à distribuição de ar por meio de grelha. Esses serviços foram executados em um filtro de cada vez para não prejudicar o abastecimento. Por último, foram nivelados os vertedores de saída (que são individuais) de todos os filtros. Figura 1: Modificações nos filtros Antracito Areia Fundo Leopold Camada suporte Material filtrante Antracito Areia Granulometria em mm Tubulação perfurada. Fundo tipo Leoplod RESULTADOS OPERACIONAIS A distribuição de vazão para os floculadores e decantadores segundo a maior homogeneidade da turbidez da água decantada permitiu otimizar de forma global o aproveitamento daquelas unidades e, portanto, proporcionou melhor qualidade da água decantada e tratada. A reforma dos filtros, que foi a grande obra física, trouxe melhoria acentuada na qualidade da água, conforme pode-se observar pelos resultados de turbidez e cor da água na saída da ETA, mostrados nas Figuras 2 e 3, abaixo. 4 ABES Trabalhos Técnicos

5 Figura 2: Turbidez e Vazão Médias na Saída da ETA Jan/00 a Mar/ ,0 200 TURBIDEZ - ut 110,0 90,0 70,0 0,0 30,0 10,0 106,2 100,3 91, , ,4 8, , , ,1 42, ,7 20,3 19,7 1,3 14,1 00 2,1 1,1 2,3 1,0 2,4 3,2 2,6 2,2 1,3 1,2 1,0 0,7 0,9 0,3 0, VAZÃO - L/s -10,0 JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ JAN FEV MAR Turbidez Média da Água Bruta Turbidez Média da Água Tratada Vazão Média de Água (l/s) Figura 3: Cor e Vazão Médias na Saída da ETA Jan/00 a Mar/ Cor uh JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ JAN FEV MAR Vazão (l/s) Cor Média da Água Bruta Cor Média da Água Tratada Vazão Médias de Água (l/s) O nivelamento dos vertedores de saída dos filtros permitiu uniformizar a qualidade da água filtrada e manter resultados de turbidez sempre abaixo de de 1 ut, mesmo com variações da turbidez da água decantada, o que ocorre quando se lava um dos cinco decantadores ou em decorrência de problemas operacionais. Vê-se a sensível diferença da qualidade da água tratada, antes e depois da reforma dos filtros (início em julho e final em novembro de 2000). Outro ganho considerável foi obtido com a introdução de lavagem ar-água, que permitiu diminuir consideravelmente o volume de água gasto na lavagem dos filtros, tendo sido constatada redução da ordem de 30%. ABES Trabalhos Técnicos

6 Porém, observa-se que os resultados iniciais ainda não eram completamente satisfatórios em termos de qualidade da água, visto que no mês de janeiro/2001 a cor média registrada foi de,7 uh e a turbidez de 0,91 ut. Constatou-se que a principal deficiência que ainda persistia era a operação da ETA propriamente, pois havia atrasos e falhas nas ações, além de outros problemas pontuais tais como perda de material filtrante, principalmente de antracito, e dosagens de coagulante que precisavam ser melhor ajustadas. É importante ressaltar que a maioria dos operadores da ETA tem cerca de 20 anos de serviço naquela mesma estação, portanto estavam muito acomodados com relação aos procedimentos operacionais de costume e aos resultados ruins da qualidade da água. Dessa forma, revelou-se oportuno o treinamento intensivo de todos os operadores, na própria ETA, e, paralelamente, através de um programa externo, abrangendo seis módulos, para cobrir as seguintes disciplinas básicas: matemática, química, tratamento de água, biologia, meio ambiente e segurança do trabalho. Esse treinamento está sendo realizado desde julho de Pelos indicadores mostrados nas Figuras 2 e 3, verificase que essa estratégia de aperfeiçoamento operacional também gerou bons resultados. Por outro lado, assim que a reforma dos filtros avançou, foi iniciada a aplicação de ortopolifosfato, pois mesmo com a expectativa de se obter excelente qualidade da água na saída da ETA, após a conclusão da reforma dos filtros, continuaria a haver problemas com excesso de Ferro pela oxidação na rede, o que poderia prejudicar o bom resultado da água produzida. A aplicação de ortopolifosfato com a dosagem inicial de 1,0 e posteriormente aumentada para 1, mg/l, foi iniciada em agosto/2000 e a melhoria brusca do IQA já ocorreu no mês seguinte, conforme mostra a Figura 4 abaixo, justificando a aplicação do produto para manter a qualidade da água na rede de distribuição desse sistema. Figura 4: IQA Médio no Sistema João Leite - Jan/00 a Mar/ IQA (Saneago) JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ JAN FEV MAR Quanto à automatização das dosagens de produtos químicos, passou-se a obter bons resultados e regularidade nas concentrações finais de Cloro e Flúor. Um grande ganho é que a dosagem e a amostragem passam a ser eficientes, com definição precisa e resultados que se adequam bem à realidade do sistema, enquanto que o processo de amostragen pontual não permite uma operação eficiente, pois depende da perícia dos operadores, que são passíveis de falhas e tendem a incorporar vícios em seus procedimentos. Porém, por outro lado, a automatização requer razoável trabalho de manutenção preventiva, e eventualmente corretiva, dos equipamentos analisadores, e alguma melhoria no nível do pessoal de operação. Todos os avanços acima citados refletiram imediatamente no número de reclamações feitas pelos usuários, conforme Figura 8, tendo havido substancial redução das insatisfações quanto à qualidade da água distribuída. Observou-se, também, grande diminuição das descargas na rede como método de descartar águas com qualidade ruim. 6 ABES Trabalhos Técnicos

7 Figura : Número de Reclamações com Relação à Qualidade da Água Distribuída Jul. a Dez./2000. N.º de Reclamações Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Dentro do planejamento inicial, ainda restam por concluir a automatização de algumas dosagens, o teste operacional do Cloreto Férrico como coagulante, e adequar hidraulicamente os filtros para que os mesmos passem a operar com taxa declinante o tempo todo, já que atualmente as comportas de entrada ficam afogadas apenas parcialmente. Isto regularizará a operação dos filtros e simplificará a sistemática de lavagem dos mesmos. Foram testadas várias estratégias e atualmente a lavagem é realizada em função da perda de carga e do tempo de carreira de filtração. Na Quadro 2 estão indicados os custos das melhorias implementadas, sendo que a reforma dos filtros foi, por muito, a mais onerosa. Alguns custos não foram levantados pois seus valores eram irrisórios, sendo absorvidos como despesas rotineiras de manutenção. Quadro 2: Custos das Melhorias. INTERVENÇÃO CUSTO (R$) Reforma dos Filtros ,72 Aplicação de Ortopolifosfato ,00 (mensal) Automatização e Monitoramento ,00 CONCLUSÃO Os resultados obtidos, após meses de operação, demonstram claramente que modificações na prática operacional, melhor escolha e dosagem de reagentes, e pequenos ajustes nas instalações físicas podem proporcionar ganhos substanciais quanto à qualidade da água tratada, trazendo melhor aceitação do produto pelos consumidores, além de resultar em economia no processo de tratamento, advinda da: maior produtividade da ETA, pela redução do consumo de água na lavagem dos filtros; possibilidade de operação na capacidade máxima, sem perturbar a qualidade do produto final. Certamente, a implementação de melhorias dessa natureza, embora exiga tempo, conhecimento e dedicação, é viável e necessária na grande maioria das ETAs em operação no País. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. DI BERNARDO, L. Métodos e Técnicas de tratamento de Água - V. I e II. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental. Rio de Janeiro, Brasil, CETESB, Técnicas de Abastecimento e Tratamento de Água V.I e II 3ª Edição, São Paulo, ABES Trabalhos Técnicos 7

8 3. HUDSON Jr. H.E. Water Clarification Processes: Practical Design and Evaluation Van Nostrand R. Co., New York, USA, ABES Trabalhos Técnicos