I CONSUMO DE PRODUTOS QUÍMICOS E ENERGIA ELÉTRICA EM ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUAS PARA ABASTECIMENTO NO ESTADO DE SÃO PAULO

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1 22º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 14 a 19 de Setembro Joinville - Santa Catarina I CONSUMO DE PRODUTOS QUÍMICOS E ENERGIA ELÉTRICA EM ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUAS PARA ABASTECIMENTO NO ESTADO DE SÃO PAULO Marilu Pereira Serafim Parsekian (1) Engenheira Civil pela Universidade Federal de São Carlos. Mestre e Doutora em Hidráulica e Saneamento pela Escola de Engenharia de São Carlos (EESC/USP). Professora da Fundação Educacional de Barretos. João Sérgio Cordeiro Engenheiro Civil/Doutor em Hidráulica e Saneamento. Prof. Do Departamento de Engenharia Civil da UFSCar. Prof. Convidado do Programa de Hidráulica e Saneamento da EESC/USP. Diretor Financeiro da ABENGE. Coordenador do Comitê de Ensino, Pesquisa e Desenvolvimento da ABES - Nacional. Endereço(1): Rua Vitor Manoel de Souza Lima, 297, apto 104 Vila Pureza São Carlos - SP - CEP: Brasil - Tel: (16) mparsekian@terra.com.br RESUMO O consumo de produtos químicos e de energia foi levantado e avaliado em onze Estações de Tratamento Completo de Água do Estado de São Paulo. Esse estudo mostra que à medida que a qualidade da água bruta piora, utiliza-se maior quantidade de produtos químicos para realizar o tratamento da mesma. O consumo de produtos químicos apresenta relação direta à qualidade da água bruta e ao padrão de potabilidade a ser obedecido. O custo de energia envolvido no tratamento da água é um ponto importante para que o gerente possa fazer um balanço dos custos envolvidos no sistema. As informações obtidas mostram que nenhuma das estações visitadas conhece com precisão qual é o consumo de energia elétrica utilizada para tratar a água. Levando-se em consideração as condições atuais, principalmente quanto à necessidade de racionamento de energia, esse consumo se torna fator primordial no tratamento da água. PALAVRAS-CHAVE: Produto químico, energia elétrica, gerenciamento, Estação tratamento água.

2 INTRODUÇÃO Para a utilização da água como consumo humano, é necessário torná-la potável (não apresentar microorganismos patogênicos e nem substâncias orgânicas ou inorgânicas em teores que prejudiquem o ser humano). Caso a água da fonte não se apresente desta forma, então ela deverá ser tratada. As impurezas presentes na água bruta encontram-se carregadas superficialmente com cargas negativas, o que impede o seu aglutinamento e remoção. Para conseguir sua remoção é necessária a aplicação de coagulantes (normalmente sulfato de alumínio ou cloreto férrico) os quais agem de forma a neutralizar essas cargas, possibilitando a aproximação de partículas que deverão ser removidas no decantador ou flotador. Para eliminar os microorganismos patogênicos presentes na água são usados alguns agentes desinfetantes, frequentemente o cloro é empregado. Para realizar o tratamento completo da água (coagulação, floculação, decantação ou flotação, filtração e desinfecção) a utilização de produtos químicos é necessária, e a concentração a ser empregada dependerá da qualidade da água bruta e da qualidade da água que deseja produzir. Algumas vezes é necessário empregar maior quantidade de produto químico devido este não se apresentar com qualidade apropriada. A poluição dos mananciais ocasiona aumento no custo da água tratada, pois o tratamento exige maior consumo de produtos químicos, de energia elétrica e tecnologias mais avançadas. Nos dias atuais são enfrentados problemas seríssimos com relação à energia elétrica, devido à falta de investimento no setor e a crescente demanda. Tal situação exige que as ETAs conheçam com mais detalhamento o consumo de energia empregado para a realização da potabilização da água. A qualidade da água bruta pode ser inversamente proporcional à quantidade de produto químico empregado, pois se o manancial sofrer danos e isso prejudicar sua qualidade será necessário o aumento da concentração do produto químico de modo a atender as exigências do Padrão de Potabilidade estabelecido pelo Ministério da Saúde através da Portaria Nº 1469/2000. Segundo BROCKA & BROCKA (1994), gerenciamento de qualidade pode ser definido como "melhorias sistemáticas e contínuas na qualidade do produto, serviços e na vida das pessoas, utilizando todos os recursos financeiros e humanos disponíveis". A melhoria é direcionada para satisfazer objetivos amplos, tais como: custo, qualidade, visão de mercado, planejamento e crescimento da empresa. O gerente necessita ter visão sistêmica para a obtenção de realizações com sucesso. Sem este raciocínio o mesmo provavelmente encontrará dificuldades em atingir seus objetivos,

3 pois a divisão dos problemas parece facilitar tarefas e questões mais complexas, entretanto isso impede de enxergarmos as conseqüências de nossos atos e perde-se a noção de integração com o todo. O acompanhamento e a avaliação do consumo de produtos químicos e de energia dentro de uma ETA permite ao gerente verificar possíveis problemas e também criar programas e ações de controle da qualidade da água bruta, diminuindo custos e melhorando o sistema. Esse trabalho teve como objetivo estudar em algumas Estações de Tratamento de Água (ETAs) a quantidade de produtos químicos (coagulantes, agentes de desinfecção e corretivos de ph) empregados no tratamento de água para abastecimento, e o consumo de energia elétrica utilizado nas ETAs para efetuar o tratamento da água. MATERIAIS E MÉTODOS O trabalho foi realizado em 11 estações de tratamento de água para abastecimento na região central do Estado de São Paulo, onde se buscou informação que permitisse determinar o consumo de produtos químicos empregados no tratamento, bem como a quantidade de energia necessária para realizar a potabilização da água. Foram feitas várias visitas as ETAs, as quais responderam a um questionário elaborado pelos autores, sendo levantadas também informações através de entrevistas com responsáveis pelo serviço. Com os dados obtidos foi possível quantificar o consumo de produtos químicos e de energia elétrica para fazer algumas comparações entre as ETAs abastecidas pelo mesmo manancial. As ETAs que apresentam mananciais distintos não permitem avaliação mais precisa, contudo possibilita levantar algumas questões quanto ao assunto abordado. RESULTADOS A Tabela 1 mostra o consumo de energia elétrica utilizado no tratamento de cada uma das ETAs e no recalque da água tratada. Tabela 1: Consumo de energia elétrica no ano de ETA Vazão de água tratada (l.s-1)

4 Consumo de energia elétrica (kwh.ano-1) A 850 Valor não obtido B C D E ,4 F G

5 H I J L NOTAS: 1- referente ao ano de valor estimado em função da vazão média diária no ano de valor estimado pelo consumo médio de energia do ano de consumo de energia é a somatória do consumo na captação, no tratamento e no recalque. Os demais se referem ao somatório do consumo no tratamento e no recalque Na Tabela 2 é apresentado o consumo de produtos químicos (coagulante, cloro e cal) empregados para efetuar o tratamento da água de abastecimento. Tabela 2: Consumo de produtos químicos no ano de ETA Tipo de coagulante Consumo de Produtos Químicos (kg.ano-1) Coagulante

6 cal cloro A Sulfato de alumínio líquido B Cloreto férrico C Sulfato de alumínio D Sulfato de alumínio líquido (polieletrólito) E

7 Sulfato de alumínio F Sulfato de alumínio líquido litros G Cloreto férrico H Sulfato de alumínio líquido I Cloreto férrico

8 J Cloreto férrico L Sulfato de alumínio NOTAS: 1- a desinfecção na ETA F é realizada empregando cloro + sulfato de amônio. 2- consumo estimado à partir da dosagem média anual e da vazão tratada. O consumo de produtos químicos e de energia elétrica apresenta-se bastante diferentes para as ETA estudadas, contudo deve ser lembrado que somente as ETAs A e G e as ETAs H e J apresentam os mesmos mananciais e, portanto são passíveis de comparação, as demais não apresentam as mesmas características da água bruta. Todavia, se faz necessário teste para verificação se a dosagem empregada corresponde à dosagem ótima, pois se pode estar operando a ETA com quantidades superiores ao necessário, o que proporciona desperdício de produto químico e geração de maior quantidade de lodo ou com dosagem em quantidade inferior, prejudicando o desempenho da ETA. Com a finalidade de proporcionar melhor visualização do consumo de energia elétrica e de produtos químicos utilizados nas ETAs, apresenta-se uma relação entre estes consumos e o volume de água tratada. Esses dados são apresentados na Tabela 3. Tabela 3: Relação consumo de energia elétrica/volume de água tratada e consumo de produtos químicos/volume de água tratada ETA Consumo de coagulante/

9 volume de água tratada (kg.m-3) Consumo de cloro/volume de água tratada (kg.m-3) Consumo cal/volume de água tratada (kg.m-3) Consumo de energia elétrica/volume de água tratada (kwh.m-3) A 0,0277 1,60E-05 0, B 0,0418 1,98E-03 0,0339 0,2820 C 0,0220 2,40E-03 0,0163 0,3614 D

10 0,0619 3,41E-03 0,0169 0,0639 E 0,0240 1,20E-03 0,0125 0,3470 F 0,0248 4,59E-03 0,0140 0,0430 G 0,1091 9,30E-03 0,0548 0,0369 H 0,0923 7,80E-03 0,0224

11 0,0249 I 0,0592 4,01E-03 0,0199 0,2557 J 0,0524 3,25E-03 0,0175 0,4886 L 0,0157 1,79E-03 0,0113 0,1864 Os valores da Tabela 3 foram plotados e podem ser encontrados nas Figuras 1, 2, 3 e 4. Esses dados permitem levantar algumas questões sobre as diversas ETAs em estudo. A Figura 1 apresenta a razão entre o consumo de coagulante empregado no tratamento e volume de água produzida. Como a quantidade de coagulante empregada no tratamento depende da qualidade da água bruta, pode-se através deste gráfico comparar as ETA A e G e H e J por possuírem o mesmo manancial. Neste gráfico percebe-se que a ETA A apresenta relação de consumo de coagulante por água tratada bem inferior a ETA G. Tal acontecimento pode ser explicado pela ETA A apresentar-se a montante da ETA G e podendo estar ocorrendo perda de qualidade do rio ao longo deste trecho (não é possível apresentar as características da água bruta das duas ETA porque a ETA A não forneceu tais informações). O mesmo pode ser observado para as ETA H e J, em virtude da ETA J se

12 apresentar a montante e, portanto consumir menor quantidade de coagulante. Esse aumento do consumo indica que o manancial pode estar perdendo qualidade no decorrer do seu curso. Figura 1: Consumo de coagulante por volume de água tratada(kg.m-3) A Figura 2 mostra o consumo de cloro pelo volume de água tratada. A análise deste gráfico é muito semelhante à Figura 1, pois as ETAs a jusante apresentam maior consumo de cloro por vazão de água tratada, o que indica a possível contaminação do manancial. Figura 2: Consumo de cloro por vazão de água tratada(kg.m-3) Conforme pode ser visto na Figura 2, 73% das ETAs com ou sem pré-cloração apresentaram relação consumo de cloro por volume de água tratada da ordem de 0,002 a 0,003 kg Cl.m-3 (2 a 3 mg.l-1). Figura 3: Consumo de cal por volume de água tratada (kg.m-3) A Figura 3 mostra a quantidade de cal utilizada no processo de purificação pelo volume de água produzida. A ETA G novamente aparece com maior consumo de cal pela vazão de água tratada do que a ETA A, podendo ser devido ao decréscimo na qualidade da água bruta. As ETA H e J apresentaram relação de consumo de cal por vazão de água tratada aproximadamente igual. A ETA B apresentou maior relação que a maioria das estações, essa ocorrência pode estar relacionada ao coagulante empregado no tratamento ser o cloreto férrico, para o qual trabalha-se com maior valor de ph, de modo a necessitar de maior quantidade de cal no processo Através das Figuras 1, 2 e 3 pode-se perceber que o consumo de produto químico está diretamente relacionado à qualidade do manancial e que à medida que a qualidade da água bruta sofre decréscimo, utiliza-se maior quantidade de produtos para realizar o tratamento da mesma. O custo relativo a produtos químicos envolvidos no tratamento é uma das variáveis que o gerente deveria estar preocupado, mesmo que hoje seja mais barato gastar produto químico no tratamento do que efetuar programas de preservação dos mananciais, porque esta situação tende sofrer mudanças sob a ótica custo da água bruta. Outro fator que deveria ser considerado pelo responsável pela ETA é a quantidade de resíduos gerados no processo,

13 pois estes estão diretamente ligados à quantidade de produtos químicos empregados no tratamento. Figura 4: Consumo de energia elétrica por volume de água tratada (kwh.m-3) Na Figura 4, várias considerações devem ser feitas, à medida que a relação entre o consumo de energia elétrica pela quantidade de água tratada apresentada inclui o somatório do consumo de energia elétrica empregada no tratamento da água e do consumo de energia utilizada para distribuição da água tratada. As ETAs não possuem valores isolados destes consumos de energia. No consumo da ETA E está incluída também a energia elétrica consumida na captação, pois esta é realizada muito próxima a ETA, nota-se alta relação de consumo de energia elétrica por volume de água tratada. A água pode ser distribuída por adução ou por gravidade, por isso é importante conhecer a distância da ETA aos reservatórios de distribuição e condições topográficas em que ambos se encontram. A ETA F realiza a distribuição da água tratada quase que em sua totalidade por gravidade, podendo ser este o motivo de apresentar baixo valor na relação estudada. A ETA J fica distante da cidade, com isso o consumo de energia utilizado para o recalque da água tratada é elevado. Devido à insuficiência de informações no que diz respeito à distância da ETA aos reservatórios de abastecimento e em que cota ambos se encontra, não será possível analisar a relação consumo de energia elétrica por vazão tratada com maior efetividade. O custo de energia envolvido no tratamento da água é um ponto importante para que o gerente possa fazer um balanço dos custos envolvidos no sistema. Levando-se em consideração as condições atuais, principalmente quanto à necessidade do uso racional de energia, esse consumo se torna fator primordial no tratamento da água. As informações obtidas mostram que nenhuma das estações visitadas sabe com precisão qual é o consumo de energia elétrica utilizada para tratar a água. Um fato comumente encontrado entre as cidades é a comparação dos valores cobrados por m3 de água tratada. Em função das particularidades encontradas nas diferentes estações de tratamento como características do manancial, tipo de coagulante empregado, topografia do local (o que permite maior ou menor distribuição por gravidade) tal comparação não deve ser realizada, exceção feita para aquelas com características muito semelhantes. CONCLUSÕES

14 Com base no trabalho desenvolvido, pode-se concluir que: Para mesmos mananciais o consumo de produtos químicos apresentou-se diferentes. O consumo de produto químico está diretamente relacionado à qualidade do manancial e à medida que a qualidade da água bruta sofre decréscimo, utiliza-se maior quantidade de produtos para realizar o tratamento da mesma. O custo de energia envolvido no tratamento da água é um ponto importante para que o gerente possa fazer um balanço dos custos envolvidos no sistema. As informações obtidas mostram que nenhuma das estações visitadas conhece com precisão qual é o consumo de energia elétrica utilizada para tratar a água. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BROCKA, B.; BROCKA, M. S.(1994). Gerenciamento da qualidade. São Paulo. Makron Books. BRASIL. Leis (2000). Portaria N.º1469, de 29 de Dezembro de Normas e padrão de potabilidade da água para todo o território Nacional. CORDEIRO, J. S.(1993). O problema dos lodos gerados nos decantadores em estações de tratamento de água. São Carlos. Tese (Doutorado) - Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo. COSTA, E. R. H. (1992). Estudo do uso de polímeros naturais como auxiliares de floculação com base no diagrama de coagulação do sulfato de alumínio. São Carlos. Dissertação (Mestrado) - Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo. COSTA, E. R. H. (1997). Melhoria da qualidade da água tratada e aumento da capacidade de ETA através da escolha adequada de coagulantes e auxiliares em águas em águas com alcalinidade alta (estudo de caso). 19º CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL. Foz do Iguaçu, p DI BERNARDO, L. (1993). Métodos e Técnicas de Tratamento de Água. Rio de Janeiro. ABES, v. 1 e 2. KNOCKE, W. R., HAMON, J. R., DULIN, B. E. (1987). Effects os coagulation on sludge thickening and dewatering. JAWWA., Denver, v. 79, n. 6, p , June. PARSEKIAN, M. P. S. (1998). Análise e proposta de formas de gerenciamento de estações de tratamento de águas de abastecimento completo em cidades de porte médio do Estado de São Paulo. São Carlos. Dissertação (Mestrado) - Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo.

15 SOUZA, E. F. (1995). Custo, Produção e Gestão Estratégica. INTERNACIONAL CONGRESS OF INDUSTRIAL ENGINEERING UFSCar, 1, São Carlos, Anais. São Carlos. p. 8 e 9.