UFES/CT/DEA Prof. Jair Casagrande Sistemas de Abastecimento de Água ÁGUA: ASPECTOS QUALITATIVOS E MARCOS REGULATÓRIOS E TECNOLOGIAS DE TRATAMENTO Adaptado de: UNIR - Universidade Federal de Rondônia Departamento de Engenharia 1
ÁGUA POTÁVEL Denomina-se água potável aquela que se apresenta em condições próprias para consumo humano. Isto considerando os aspectos organolépticos ( odor e sabor ), físicos, químicos e biológicos. Água Potável: não é água pura (não existe água pura na natureza e muito menos quando tratada) Água Potável: Possui elementos físicos, químicos e biológicos dentro dos padrões estabelecidos (Ver Portaria 2914/11 MS) 2
CONSTITUINTES DA ÁGUA 3 SÓLIDOS DISSOLVIDOS IONIZADOS GASES DISSOLVIDOS COMPOSTOS ORGÂNICOS DISSOLVIDOS MATÉRIA EM SUSPENSÃO: SÓLIDOS, MICROORGANISMOS E COLÓIDES QUANTIDADE E NATUREZA DOS CONSTITUINTES TIPO DE SOLO CONDIÇÕES CLIMÁTICAS GRAU DE POLUIÇÃO Variação sazonal
Caracterização da água Características físicas, químicas e organolépticas 4 Sólidos em suspensão Turbidez (capacidade de desviar a luz) Cor aparente e cor verdadeira (substâncias húmicas) Odor e sabor Componentes inorgânicos que afetam a saúde (ex. Cloretos, Ferro e Manganês) Componentes orgânicos que afetam a saúde (ex. Matéria húmica) ph Cloro residual livre Alcalinidade (capacidade da água reagir com ácidos) Oxigênio Dissolvido (OD), Demanda Biológica de Oxigênio (DBO) Condutividade elétrica
Caracterização da água Características bacteriológicas Coliformes (totais e termotolerantes) Contagem de colônias heterotróficas Características radioativas Radioatividade Alfa e Beta Radionuclídeos específicos Outros parâmetros Hidrobiológicos (algas): cianotoxinas Protozoários 5 Temperatura Poluentes Potenciais Sólidos em suspensão Matéria orgânica (DBO) Fósforo Nitrogênio Micropoluentes orgânicos e inorgânicos Indicadores de contaminação fecal Algas (Cianobactérias)
Sólidos em Suspensão Classificação da partícula sólida Dimensão Sedimentabilidade Características Químicas Origem Antropogênica Impactos Morfológicos Processos Erosivos + Transpo de Sedimentos Lançamento de Águas Residuárias Origem Natural Drenagem Superficial 6 Fonte: SIPAM (2007). Relatório Rio Boa Vista Ouro Preto do Oeste/RO
Sólidos em Suspensão Origem Antropogênica Poluição por ETAs Efeitos Assoreamento Turbidez, cor, transparência Função da composição química 7
Sólidos em Suspensão - Dimensão Dimensões das Partículas Presentes nas Águas Naturais Moléculas Colóides Vírus Partículas suspensas/flocos Algas Bactérias Protozoários Areia Poros de papel de filtro Agrotóxicos Interstícios de leitos de areia Poros de membrana Poros de carbono ativado.e-04 1.E-03 1.E-02 1.E-01 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04 1.E+05 Diâmetros (micrômetros) 8
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Sólidos em Suspensão: Sedimentabilidade Tamanho da partícula (µm) Tipo Velocidade de sedimentação (mm/s) 100 Areia fina 7,9x10 0 10 Silte 1,5x10-1 1 Bactéria 1,5x10-3 0,1 Colóide 1,5x10-5 0,01 Colóide 1,5x10-6 10
Sólidos em Suspensão Classificação em Função das Características Químicas 1. Calcinação a 600 C 2. Sólidos orgânicos (voláteis) ou inorgânicos (fixos) 11
Cor Sólidos Dissolvidos Origem Natural Decomposição da matéria orgânica Ácidos húmicos e fúlvicos Fe e Mn Origem Antropogênica Efluentes de tinturaria, tecelagem, Papel Outras águas residuárias Cor Aparente Efeitos Coloração da água Não apresenta risco sanitário Confiabilidade questionável interferência sólidos suspensos, coloides Cor Verdadeira 12 isenta de sólidos suspensos (centrifugação)
Turbidez Sólidos em suspensão e coloides Origem Natural Dissolução de partículas de rochas, argila, silte, etc. Algas e microrganismos Drenagem Superficial Origem Antropogênica Águas residuárias Impactos morfológicos Processos erosivos Efeitos Aparência nebulosa Confiabilidade questionável Adsorção de patogênicos 13 Turbidez Unidades Jackson de Turbidez (25 a 1000 UJT)
Dureza Supersaturação de cátions divalentes Mais comuns: Ca 2+, Mg 2+ Origem Natural Outros: Sr 2+, Fe 2+, Mn 2+ Dissolução de rochas calcáreas Origem Antropogênica Águas residuárias Efeitos Doenças cardiovasculares Aumento do teor de colesterol Precipitação de sabões Evita formação de espuma 14 50-150 mg/l CaCO 3 (dureza moderada)
Alcalinidade Capacidade da água neutralizar ácidos (H + ) Função do ph Origem Antropogênica Efluentes industriais Efeitos Não apresenta risco sanitário Sabor e odor desagradável Incrustação em tubulações 15 4,4 < ph < 8,3: bicarbonatos (HCO 3- ) 8,3 < ph < 9,4: carbonatos (CO 3-2 ) e bicarbonatos ph > 9,4: hidróxidos (OH - ) e carbonatos Origem Natural Ação do CO 2 dissolvido sobre rochas calcáreas Absorção de CO 2 da atmosfera Decomposição da matéria orgânica Expresso em CaCO 3
Acidez Capacidade da água neutralizar bases (OH) Presença de CO 2 livre Origem Antropogênica Efluentes industriais orgânicos Efluentes industriais ácidos Atividades de mineração ph > 8,2: CO 2 livre ausente 8,2 < ph < 4,5: acidez carbônica ph < 4,5: ácidos minerais fortes Origem Natural Absorção de CO 2 da atmosfera Decomposição da matéria orgânica Efeitos Não apresenta risco sanitário Sabor e odor desagradável Corrosão de tubulações e dispositivos 16
Ferro e Manganês Solo: Fe 3+ e Mn 4+ particulado Água Subterrânea (ausência de O 2 ): Fe 2+ e Mn 2+ solúvel Exposição ao ar: Fe 3+ e Mn 4+ particulado Origem Antropogênica Águas residuárias Origem Natural Dissolução de compostos do solo e subsolo Efeitos Não apresenta risco sanitário Coloração e turbidez amarelo escuro marrom Sabor e odor desagradável 17
Organismos Patogênicos Organismos Infecciosos Agentes Etiológicos: Bactérias, vírus, protozoários Veiculação hídrica Salmonella (febre tifóide) Shigella dysenteriae (disinteria bacilar) 18 Difícil detecção Baixas concentrações no curso d água Pequena quantidade nas fezes Decaimento bacteriano Grandes riscos de contaminação
Indicadores de Contaminação Fecal Uso de organismos indicadores de contaminação fecal: ex. Escherichia coli (abundante em fezes humanas e de animais) Estreptococos fecais (fezes humanas, tolerante a adversidades) Resistência similar aos patogênicos (termotolerante) Presença de patogênicos: potencialidade de transmissão de doenças 19
Matéria Orgânica Sólidos Orgânicos = Sólidos Voláteis Particulado (filtrado) Dissolvido Proteínas Animal e vegetal C, H, N, O, S, Fe Carboidratos Açucar, amido C, H, O Lipídeos Graxas, óleos complexo Uréia, Surfactantes, Compostos Aromáticos, Pesticidas, etc Origem Antropogênica Águas residuárias Origem Natural Animal e Vegetal 20
Matéria Orgânica Efeitos Aumenta demanda de O 2 (crescimento de microrganismos) Coeficiente de decomposição da M.O. Coeficiente de Reoxigenação (K 2 ) OD 21 Matéria orgânica? distância
Demanda Bioquímica de Oxigênio Difícil determinação laboratorial (natureza complexa Métodos indicadores do potencial consumo de O 2 Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) Demanda Última de Oxigênio (DBO U ) Demanda Química de Oxigênio (DQO) 22 DBO 5,20 Ensaio à 20 durante 5 dias Considerado fração biodegradável Taxa de Desoxigenação (K 1 )
Demanda Química de Oxigênio Quantificação indireta da matéria orgânica Quantidade de oxigênio requerida para a oxidação química da matéria orgânica carbonácea Oxidação das frações biodegradável e inerte 23 DQO Dicromato de Potássio 2 a 3 horas de duração Baixa DQO/DBO 5 : fração biológica alta Alta DQO/DBO 5 : fração inerte alta
Oxigênio Dissolvido Origem Natural Dissolução do oxigênio atmosférico Função da Altitude e Temperatura Nível do mar, 20 C: 9,2 mg/l Coeficiente de Reoxigenação (K 2 ) Difusão molecular Difusão turbulenta 24
Oxigênio Dissolvido Produção por organismos fotossintéticos Inserção de OD por aeração artifical 25
Oxigênio Dissolvido Efeitos 4,0 < O 2 < 5,0 mg/l: morte peixes + exigentes O 2 2,0 mg/l: morte de todos os peixes O 2 = 0 mg/l: anaerobiose (cheiro de ovo podre ) OD Matéria orgânica? distância 26
Nitrogênio Origem Antropogênica Águas residuárias Fertilizantes Origem Natural Decomposição da matéria orgânica animal e vegetal Excretas de animais Nitrogênio Orgânico Sólidos dissolvidos e particulados Proteína animal e vegetal Aminoácidos e uréia Nitrogênio Amoniacal Decomposição do nitrogênio orgânico Amônia ionizada (NH 4+ ): ph < 7 Amônia livre (NH 3 ): ph > 7 27 TÓXICO
Fósforo Origem Natural Decomposição de matéria orgânica animal e vegetal Excretas de animais Origem Antropogênica Águas residuárias Fertilizantes Indústria de limpeza e de detergentes Efeitos Nutriente limitante 1 g alga (C 106 H 180 O 45 N 15 P): 0,013g P 1 g P: 77 g alga EUTROFIZAÇÃO 28
29 Eutrofização
Micropoluentes Orgânicos Compostos orgânicos sintéticos: persistentes a biodegradação bioquímica Detergentes 30 Sulfonatos de Alquilabenzeno (recalcitrantes) Formação de espuma Agrotóxicos (praguicidas, inseticidas, herbicidas) Organoclorados Organofosforados Fenóis Metais pesados Efluentes industriais, mineração, garimpo, agricultura, etc
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32 Qualidade da Água
33 Qualidade da Água Conceitos
34 Qualidade da Água Conceitos
Qualidade da Água Conceitos CONCLUSÃO A boa (ou má) qualidade da água é função dos usos que sejam exercidos 35 Processo Industrial Abastecimento Público Comunidade Aquática
USOS DA ÁGUA: CRITÉRIOS E PADRÕES 1. CRITÉRIOS DE QUALIDADE Critérios: São requisitos científicos que uma água deve apresentar para ser aplicada a um determinado fim. Parâmetros Cada uso Determina diferentes requisitos Níveis (Concentração) Exemplo: -Diferem de uso para uso -Dependem do uso e variam no número e níveis (conc.) dos parâmetros á serem considerados. Água FIM (uso) Familiar: Doméstico (Bebida, piscina, pesca, recreação) 36 Industrial: limpeza, resfriamento, sistemas de geração de vapor.
USOS DA ÁGUA: CRITÉRIOS E PADRÕES 3. PADRÕES DE QUALIDADE DE ÁGUAS PADRÕES: são formas de exigências legais dos critérios estudados e fixados através de um dispositivo (Legal). Padrões regulam portanto a qualidade da água: - antes de ser usada satisfatoriamente; - depois quando ela deve ser lançada de volta ao ambiente Existem - Padrões de qualidade gerais e específicos - Padrões de aceitação (Resolução 357) - Padrões de utilização (Potabilidade Portaria 518/2004) - Padrões rígidos e flexíveis 37 - Padrões para todas atividades (Agrícola, Industria, etc.)
USOS DA ÁGUA: CRITÉRIOS E PADRÕES 3. PADRÕES DE QUALIDADE DE ÁGUAS FLUXOGRAMA DE UTILIZAÇÃO DA ÁGUA PADRÃO 1 PADRÃO 2 AMOSTRAGEM ANÁLISES E EXAMES CONDICIONAMENTO (TRATAMENTO) ANÁLISES E EXAMES MANANCIAL USO PADRÃO 1: RESOLUÇÃO 357/2005 CONAMA PADRÃO 2: POTABILIDADE (Portaria 518) 38
RESOLUÇÃO n. 357, 17 de Março de 2005 Dispõe sobre a classificação dos corpos de água e diretrizes ambientais para o seu enquadramento, bem como estabelece as condições e padrões de lançamento de efluentes, e dá outras providências 39
2. Resolução 357/05 CONAMA: Classificação da águas INTRODUÇÃO - a C. F. e a legislação vigente; CONSIDERANDO - que a água integra as preocupações com o Desenvolvimento Sustentável: função ecológica de propriedade, prevenção, precaução; poluidor-pagador, usuário-pagador, valor intrínseco, etc. - o controle dos lançamentos, proibição dos nocivos ou perigosos aos seres (CF 1981); - a Convenção de Estocolmo. (Sobre Poluentes Orgânicos Persistentes (POPs)); - a classificação das águas essencial à defesa dos níveis de qualidade (e suas avaliações) para os vários usos; 40 - que o enquadramento dos corpos de água, baseado não no seu estado atual, mas nos níveis para atender as necessidades das comunidades;
2. Resolução 357/05 CONAMA INTRODUÇÃO O Capítulo I: Das Definições conceitua várias termos definindo-os seguindo suas aplicações à Resolução. Definições - Águas Doces Salinidade; igual ou inferior a 0,05% - Águas Salobras Salinidade: 0,05% < SAL < 3% - Águas Salinas Salinidade: > 3% 41
2. Resolução 357/05 CONAMA CLASSIFICAÇÃO DAS ÁGUAS ( CAPÍTULO II) Classificação: Função dos usos preponderantes São Classificadas em 13 classes levando-se em conta os usos. Ex.: Abastecimento público: Classes especial, 1,2,3 - ÁGUAS DOCES: Classes Especial, 1,2,3,4 - ÁGUAS SALINAS: Classes Especial, 1,2,3 - ÁGUAS SALOBRAS: Classes Especial, 1,2,3 NOTA: AS CLASSES ESPECIAIS REFEREM-SE A ÁGUAS COM DESTINAÇÕES ESPECÍFICAS (VER RESOLUÇÃO: ÁGUAS QUE SE DESTINAM) 42
2. RESOLUÇÃO 357/05 - CONAMA 2.1 Classificação: Águas Doces (Salinidade < 0,5 ) I - Classe Especial - águas destinadas: a) ao abastecimento para consumo humano, com desinfecção; b) à preservação do equilíbio natural das comunidades aquáticas; e, c) à preservação dos ambientes aquáticos em unidades de conservação de proteção integral. 43
2. RESOLUÇÃO 357/05 - CONAMA 2.1 Classificação: Águas Doces (Salinidade < 0,5 ) II - Classe 1 - águas que podem ser destinadas: a) ao abastecimento para consumo humano, após tratamento simplificado; b) à proteção das comunidades aquáticas; c) à recreação de contato primário, tais como natação, esquiaquático e mergulho, conforme Resolução CONAMA 274/00; d) à irrigação de hortaliças que são consumidas cruas e de frutas que se desenvolvam rentes ao solo e que sejam ingeridas cruas sem remoção de película; e. e) à proteção das comunidades aquáticas em terras Indígenas. 44
Qualidade da Água dos Cursos d Água Abastecimento Público Após tratamento simplificado CLASSE 1 45
2. RESOLUÇÃO 357/05 - CONAMA 2.1 Classificação: Águas Doces (Salinidade < 0,5 ) III - Classe 2 - águas que podem ser destinadas: a) ao abastecimento para consumo humano, após tratamento convencional; b) à proteção das comunidades aquáticas; c) à recreação de contato primário, tais como natação, esquiaquático e mergulho, conforme Resolução CONAMA 274/00; d) à irrigação de hortaliças, plantas frutíferas e de parques, jardins, campos de esporte e lazer, com os quais o público possa vir a ter contato direto; e, e) à aquicultura e à atividade de pesca. 46
2. RESOLUÇÃO 357/05 - CONAMA 2.1 Classificação: Águas Doces (Salinidade < 0,5 ) IV - Classe 3 - águas que podem ser destinadas: a) ao abastecimento para consumo humano, após tratamento convencional ou avançado; b) à irrigação de culturas arbóreas, cerealíferas e forrageiras; c) à pesca amadora; d) à recreação de contato secundário; e, e) à dessedentação de animais. V - Classe 4 - águas que podem ser destinadas: a) à navegação; e. b) à harmonia paisagística. 47
Qualidade da Água dos Cursos d Água Abastecimento Público Após tratamento convencional CLASSES 2 e 3 48
Valores Limites dos parâmetros de qualidade CLASSE DO RIO 1 2 3 4 Resolução CONAMA n 357/05 (Condições/Padrões) Coliformes termotolerantes Artigo 14 Artigo 15 Artigo 16 Artigo 17 Conama 274/00 (recreação) 200/100 ml (demais usos) E.coli valor a critério do órgão ambiental) Conama 274/00 (recreação) 1000/100 ml (demais usos) E.coli valor a critério do órgão ambiental) 2500/100 ml (recreação de contato secundário) 1000/100 ml (dessedentação de animais) 4000/100 ml (demais usos) E.coli valor a critério do órgão ambiental) DBO 5,20 (mg/l O 2 ) 3,0 5,0 10,0 - OD (mg/l O 2 ) 6,0 5,0 4,0 2,0 Turbidez (UNT) 40,0 100,0 100,0 - Cor verdadeira(mg Pt/L) Natural Natural 75,0 - ph 6,0 a 9,0 6,0 a 9,0 6,0 a 9,0 6,0 a 9,0-49
Valores Limites dos parâmetros de qualidade CLASSE DO RIO 1 2 3 4 Resolução CONAMA n 357/05 Artigo 14 Artigo 15 Artigo 16 Artigo 17 (Condições/Padrões) Padrões / Parâmetros Clorofila a ( g/l) 10,0 30,0 60,0-20.000,0 50.000,0 100.000,0 Densidade de - cel/ml cel/ml cel/ml cianobactéria 2,0 mm 3 /L 5,0 mm 3 /L 10,0 mm 3 /L - Sólidos dissolvidos totais (mg/l) 500,0 500,0 500,0 - Padrões / Parâmetros Inorgânicos Alumínio dissolvido (mg/l Al) 0,1 0,1 0,2 - Antimônio (mg/l Sb) 0,005 0,005 - - Arsênio total (mg/l As) 0,01 0,01 0,033-0,14 g/l (1) 0,14 g/l (1) 50
Valores Limites dos parâmetros de qualidade CLASSE DO RIO 1 2 3 4 Resolução CONAMA n 357/05 Artigo 14 Artigo 15 Artigo 16 Artigo 17 (Condições/Padrões) Crômio total (mg/l Cr) 0,05 0,05 0,05 - Ferro dissolvido (mg/l Fe) 0,3 0,3 5,0 - Fluoreto total (mg/l F) 1,4 1,4 1,4 - Fósforo total (ambiente lêntico) (mg/l P) 0,020 0,030 0,05 - Fósforo total (ambiente intermediário, com tempo de residência entre 2 e 40 dias, e tributários diretos de ambiente lêntico) (mg/l P) 0,025 0,050 0,075-51
CLASSIFICAÇÃO DAS ÁGUAS SEGUNDO A NBR 12216- DA ABNT Tipo A: águas superficiais ou subterrâneas provenientes de bacias sanitariamente protegidas e que atendem ao padrão de potabilidade, sendo requeridas apenas desinfecção e correção de ph; Tipo B: águas superficiais ou subterrâneas provenientes de bacias não protegidas e que atendem ao padrão de potabilidade por meio de tecnologia de tratamento que não exija coagulação química; Tipo C: águas superficiais ou subterrâneas provenientes de bacias não protegidas e que exigem tecnologias com coagulação para atender ao padrão de potabilidade; Tipo D: águas superficiais ou subterrâneas provenientes de bacias não protegidas, sujeitas à poluição, e que requerem tratamentos especiais para atender ao padrão de potabilidade; 52
Padrões de Qualidade de água x processos de tratamento NBR 12216 ABNT (Respeitados os padrões de potabilidade Portaria 518 MS) Característica Tipo de Água A B C D DBO 5 (mg/l) méd. <1,5 1,5-2,5 2,5-4,0 >4,0 Coliformes Totais máx. 3,0 4,0 6,0 >6,0 Média mensal (NMP/100mL) 50-100 100-5000 5000-20000 >20x 10 3 Máximo (NMP/100mL) <100 <5000 <20000 - ph 5-9 5-9 5-9 3,8-10,3 Cloretos (mg/l) <50 50-250 250-600 >600 Fluoretos (mg/l) <1,5 1,5-3,0 >3,0-53 Tratamento D s/tq TC TE
54 Qualidade e Tratamento de Águas para Abastecimento Conceito de Tratamento Adequação da qualidade da água para a utilização para abastecimento público Grau de Tratamento Função da finalidade da água e da qualidade original da água proveniente do manancial Objetivo do Tratamento Água Potável (não pura) Conceito de Potabilidade: Proteção da saúde pública Evitar objeções ao consumo (propriedades organolépticas) Questão econômica Padrões de Potabilidade Define requisitos a serem atendidos PARÂMETROS DE POTABILIDADE
55 PADRÕES DE POTABILIDADE
Marco Legal Decreto n.º 79.367, de 09 de março de 1977: Estabelece a competência do Ministério da Saúde sobre o controle da qualidade de água para consumo humano. Portaria nº 036, de 19 de janeiro de 1990: Aprova normas e o padrão de potabilidade da água destinada ao consumo humano. Portaria n.º 1469, de 29 de dezembro de 2000: Estabelece os procedimentos e responsabilidades relativos ao controle e vigilância da qualidade da água para consumo humano e seu padrão de potabilidade. Portaria n.º 518, de 25 de março de 2004: Estabelece os procedimentos e responsabilidades relativos ao controle e vigilância da qualidade da água para consumo humano e seu padrão de potabilidade, e dá outras providências. Portaria MS n.º 2914, de 12/12/2011 Altera e revoga a Portaria 518 56
Portaria n.º 2914, de 12 de dezembro de 2011 Estabelece os procedimentos e responsabilidades relativos ao controle e vigilância da qualidade da água para consumo humano e seu padrão de potabilidade, e dá outras providências 57
Definição das principais variáveis 58 Portaria n. 2914/2011 Turbidez Característica que reflete o grau de transparência da água; a legislação exige que todas as amostras atendam ao padrão. Cor Aparente Característica que mede o grau de coloração da água; a legislação exige que todas as amostras atendam ao padrão. Cloro residual livre Indica a quantidade de cloro presente na rede de distribuição, adicionado no processo de desinfecção da água; a legislação exige que todas as amostras atendam ao padrão. Flúor Adicionado à água para a prevenção da cárie dentária; a legislação exige que todas as amostras atendam ao padrão. Coliformes totais - Indicador de presença de bactérias na água e não necessariamente problemas para a saúde, bactérias do grupo coliforme pertence aos gêneros Escherichia, Citrobacter, Klebsiella e Enterobacter, embora vários outros gêneros e espécies pertençam ao grupo. E. coli - considerada o mais específico indicador de contaminação fecal recente e de eventual presença de organismos patogênicos.
59 PADRÃO DE POTABILIDADE ASPECTOS MICROBIOLÓGICOS
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PADRÃO DE POTABILIDADE TURBIDEZ 61
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