Carlos l. Capitao-UEM-TCC

Carlos l. Capitao-UEM-TCC

(Parte 1 de 5)

Avaliação da Eficiência da combinação do Processo de Filtração Rápida e

Desinfecção na Remoção de Coliformes Totais: Estudo do Caso da Cidade de Lichinga

Engenharia Rural Especialização em Água e Saneamento

Carlos Lopes Capitão

UEM-ESUDER VILANCULOS, 2014

Carlos Lopes Capitão

Avaliação da Eficiência da Combinação do processo de Filtração Rápida e

Desinfecção na Remoção de Coliformes Totais: Estudo do Caso da Cidade de Lichinga

Supervisor: MSc. Catine Chimene

UEM-ESUDER VILANKULO, 2014

Pesquisa aplicada apresentada na Escola Superior de Desenvolvimento Rural para obtenção do Grau de Licenciatura em Engenharia Rural especialização em Água e Saneamento

Declaro por minha honra, que esta dissertação nunca foi apresentada na sua essência, para a obtenção de qualquer grau, e que ela constitui o resultado da minha investigação pessoal, estando indicadas no texto e na bibliografia as fontes que utilizei.

(O autor) (Carlos Lopes Capitão)

Este trabalho é especialmente dedicado aos meus pais, Ricardo Armando Capitão e Angélica Rafael Chibeba, que nunca pouparam esforços de oferecerem, a me e aos meus irmãos, as melhores oportunidades de crescimento intelectual e moral.

Um trabalho de licenciatura é pela sua finalidade académica um trabalho individual, porém há contributos de natureza diversa que não devem deixar de ser realçados, por essa razão, desejo expressar os meus sinceros agradecimentos:

A DEUS em primeiro lugar por ter me dado à vida e por ter me dado forças para seguir em frente nesta minha caminhada;

Aos meus pais pela paciência, compreensão, oportunidades de poder frequentar um ensino superior. Sou muito grato a vocês por tudo o que conquistei até hoje;

Um agradecimento especial ao MSc. Catine Chimen, meu mentor, pela oportunidade de realizar este trabalho, pelo empenho, rigor cientifico e, paciência que sempre demonstrou e apoiou ao longo de todo o trabalho, acreditando neste projecto desde o início e, por todos os conhecimentos que transmitiu, fica aqui minha gratidão e respeito;

por conceder-me assistência no laboratório de análise de água;

Ao FIPAG – Lichinga pela concessão do estágio, em especial ao pessoal do departamento de exploração pelos ensinamentos e companhia. Ao senhor Patrício Paulo da DPS - Lichinga,

em Agua Saneamento;

A UEM e a todos os docentes que leccionaram no curso de Engenharia Rural especialização

Aos meus irmãos Calton e Milda pelo apoio, momentos de companheirismo, pelas brincadeiras engraçada, por sempre acreditarem em mim e incentivarem-me a seguir avante, desde a nossa infância até hoje, “valeu irmãos”. E estou muito grato aos meus primos, que alegraram de forma ternurenta e sempre levantaram a minha moral e merecem um distaque: Damião, Denya, Inora e Ranito,

Aos meus colegas e amigos, que estiveram sempre ao meu lado, em todos os momentos, tanto de alegria como de nervosismo, tendo sempre uma palavra de apoio ou simplesmente contribuindo para momentos de distracção e diversão.

A todos que mencionei, e aos que não mencionei e que interferiram de forma positiva na minha vida, o meu muito obrigado, que ALLAH vos abençoe.

iv

ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas

ANE Administração Nacional de Estradas AWWA American Water Works Association

C0 Concentração inicial

Cf Concentração final D Diâmetro efectivo

DPD N, N-diethyl-p-phenylenediamine E Coeficiente de expansão ETA Estação de Tratamento de Água FUNASA Fundo Nacional de Saúde G Gravidade H Hora INE Instituto Nacional de Estatística K Coeficiente de correcção L Litro LMA Limite Máximo Admissível m Milímetro M Metro m 2 Metro quadrado m 3 Metro cúbico m.c.a Metro de coluna de água mg Miligrama min Minuto ml Mililitro m/s Metro por segundo MAE Ministério de Administração Estatal MISAU Ministério de Saúde MLSB Membrane Lauring Sulfate Brot

NBR 12216 Normativa Brasileira 12216

NMP/100 ml Número Mais Provável em cada 100 ml de água

NTU Neflometric Turbidity Unit pH Potencial de Hidrogénio PROSAB Programa de Saneamento Básico

R Coeficiente de correlação

R 2 Coeficiente de determinação

SAAE Serviço Autónomo de Saneamento e Água SANEAGO Saneamento de Goías SDT Sólidos Dissolvidos Totais WHO World Health Organization μS/cm Microsiemens por centímetro μa Viscosidade da água ρa Densidade da água ΔH Perda de carga ºC Graus centígrados ε Taxa de expansão

V0 Velocidade inicial do meio filtrante ψ Coeficiente de esfericidade vi

C19
Figura n 2: Esquema explicativo da metodologia20
Figura n 3: Mapa da cidade de Lichinga21
Figura n 4: Recipientes usados para colecta de amostras27
Figura n 5: Quites laboratoriais para análise físico-química30
Figura n 6: Quite laboratorial de análise microbiológica de água31
Figura n 7: Variação mensal da turbidez da água bruta34
Figura n 8: Variação média mensal de pH da água bruta34
Figura n 9: Variação média mensal da temperatura da água bruta35
Figura n 10: Variação mensal de coliformes totais36

Figura n 1: Dissociação do cloro em função de pH a 20 0

carreira de filtração39

Figura n11: Desenvolvimento das perdas de carga da 1a, 2a e 3a

carreira de filtração39

Figura n12: Desenvolvimento de perda de carga da 4a , 5a e 6a

carreira de filtração40

Figura n 13: Evolução da remoção de turbidez durante a 1a , 2a e 3a

carreira de filtração41

Figura n14: Evolução da remoção de turbidez durante a 4a , 5a e 6a

Figura n15: Evolução da remoção de coliformes totais durante a 1a, 2a e 3a carreira de

filtração42

Figura n16: Evolução da remoção de coliformes totais durante a 4a, 5a e 6a carreira de

filtração43
Figura nº17: Evolução da redução de coliformes totais durante o processo de desinfecção45
Figura nº 18: Relação entre turbidez e eficiência do processo de desinfecção47
Figura n19: Turbidez média ao longo da rede de distribuição49
Figura n20: pH médio ao longo da rede de distribuição50
Figura n 21: Cloro residual médio ao longo da rede de distribuição50

Figura n 2: Concentração média de coliformes totais ao longo da rede ................................... 51 vii

Tabela n 1: Características diárias da água bruta durante o período da pesquisa3
1221637
Tabela n 3: Características das carreiras de filtração38
Tabela n 4: Eficiência da filtração na remoção dos parâmetros analisados4
Tabela n 5: Factores intervenientes no processo de desinfecção46
Tabela n 6: Qualidade da água na saída da estacão de tratamento48

LISTA DE TABELAS Tabela n 2: Parâmetros operacionais dos filtros rápido em estudo e recomendações da NBR Tabela n 7: Dinâmica dos parâmetros analisados ao longo da rede de abastecimento ............... 49 viii

Apêndice nº 1: Determinação da perda de carga máxima admissível do filtroI
Apêndice nº 2: Determinação do coeficiente de expansãoI
Apêndice nº 3: Determinação da eficiência do filtro na remoção de turbidez e coliformesI
Apêndice nº 3.1: Resultados da eficiência da filtração da remoção da turbidezI
Apêndice nº 3.2: Resultados da eficiência da filtração na remoção de coliformes TotaisI
Apêndice nº 3.3: Resultados da eficiência da desinfecção na remoção de coliformes totaisI
18 NTUI
18 NTUI
menor que 18 NTUIV
maior que 18 NTUIV
Apêndice nº 8: Filtros rápidos sob pressão de fluxo descendenteIV
Apêndice nº 9: Doseador da solução de cloroV
Apêndice nº 10: Rede de abastecimento de água e pontos de colecta de amostrasV

LISTA DE APÊNDECES Apêndice nº 4: Evolução da redução da turbidez, quando a turbidez da agua bruta é menor que Apêndice nº 5: Evolução da redução da turbidez, quando a turbidez da agua bruta é maior que Apêndice nº 6: Evolução da redução de coliformes totais, quando a turbidez da água bruta é Apêndice nº 7: Evolução da redução de coliformes totais, quando a turbidez da agua bruta é Apêndice nº 1: Rede de abastecimento de água ........................................................................ V ix

para saúdeVI
Anexo nº 2: Recomendações dos limites máximos dos efluentes de filtração e desinfecçãoVI
Anexo nº 3: Formação de HOCl (acido hipoclorito) em função da temperatura e pH na águaVII
Anexo n 4: Factores que Inibem a Eficiência de Filtração RápidaVII
Anexo nº 5: Recomendações para o uso da filtração rápidaVII

Anexo nº 1: Parâmetros de qualidade de água destinada ao consumo humano e seus riscos Anexo nº 6: Filtro sob pressão ................................................................................................ VIII

Camada filtrante ou leito filtrante: espessura do meio filtrante granular, geralmente de areia responsável pela remoção de impurezas num filtro.

Carga hidráulica: diferença entre o nível de água no interior do filtro e o nível de água sobre a válvula de água filtrada.

Carreira de filtração: intervalo de tempo decorrido entre o momento que um filtro é colocado em operação e o momento em que ele é retirado de operação para limpeza.

Cloro residual: restante do cloro livre após a sua dissociação, com objectivo de assegurar a adequada protecção a água contra eventuais contaminações na rede de distribuição.

Colmatação do filtro: entupimento do filtro a medida que retêm as impurezas provenientes da água bruta.

Diâmetro efectivo: diâmetro da abertura da peneira, através da qual apenas 10% em peso do material filtrante passa.

Força de cisalhamento: tensão gerada por forças aplicadas em sentidos iguais ou opostos em direcções semelhantes, mas com intensidades diferentes em material analisado.

Incrustação: crosta de matéria sólida proveniente de matéria de carácter alcalino, depositada por dissolução numa conduta.

Perda de carga: energia consumida durante o processo de deslocamento dum fluido.

Tempo de contacto: unidade do tempo que a água filtrada permanece em contacto com o cloro, de modo a garantir a desinfecção.

Taxa de filtração: relação entre a vazão de água a ser filtrada e a área superficial do filtro.

Transpasse: piora progressiva da qualidade da água durante o processo de filtração, caracterizado por nula retenção de impurezas pela camada filtrante.

xi

O presente trabalho é o produto da pesquisa realizada na estação de tratamento de água da cidade de Lichinga, com o objectivo de avaliar a eficiência da combinação do processo de filtração rápida e desinfecção na remoção de coliformes totais. Para se alcançar o objectivo foi necessário um estudo de três meses da qualidade da água bruta, filtrada, desinfectada e da rede de abastecimento e também dos mecanismos de tratamento, para tal colheu-se amostras de água em diferentes pontos do sistema de abastecimento. Foram avaliadas várias carreiras de filtração e foram apresentadas seis do período mais críticos do monitoramento. Com ajuda dum quadro piezômetro devidamente graduado, fazia-se as leituras das perdas de carga, e a cada 2 horas era colhida uma amostra da água filtrada. A desinfecção foi efectuada a partir do hipoclorito de cálcio, em que a cada minuto, era retirada uma amostra de água. Todas as amostras foram submetidas a análises físicas, químicas e microbiológicas. Dos resultados obtidos observou-se que os parâmetros operacionais granulometricos dos filtros não satisfazem as recomendações, por isso as carreiras filtração têm uma duração média de 19,5 horas e facilmente os filtros obstruem-se devido a turbidez, o que dificulta a remoção de coliformes totais. As carreira de filtração 1, 2 e 3 tiveram melhor desempenho no processo filtração, visto que após 1 hora e 30 minutos já produziam água de qualidade satisfatória, ao contrário das carreiras de filtração 4, 5 e 6 que tiveram de ser interrompidas após 14 horas de funcionamento devido a colmatação dos filtros. Durante o monitoramento os filtros apresentaram uma eficiência de 47,05 na remoção de coliformes totais e 5,60% na remoção de turbidez. Após aplicação do hipoclorito de cálcio observa-se um decaimento de coliformes por um período de 5 minutos, mas após este tempo nota-se uma sobrevivência, a eficiência alcançada na eliminação de coliformes totais foi de 82,3 %. Dos parâmetros analisados ao longo da rede apenas a concentração do cloro residual é que cumpre com Decreto n180/2004 do Ministério da Saúde e verificou-se uma re-contaminação na rede de abastecimento nos pontos 4 e 5. A interpretação dos dados sugere adopção de filtração lenta, por exigir menor consumo de cloro e as carreiras de filtração podem durar mais de 24 horas.

Palavras-chave: tratamento de água, filtração rápida, desinfecção, cloro, remoção de coliformes totais.

DECLARAÇÃOi
DEDICATÓRIAi
AGRADECIMENTOSi
LISTA DE ABREVIATURAS, SIGLAS E SIMBOLOSiv
LISTA DE FIGURASvi
LISTA DE TABELASvii
LISTA DE APÊNDECESviii
LISTA DE ANEXOSix
GLOSSÁRIOx
RESUMOxi
I.INTRODUÇÃO1
1.1.Problema do estudo2
1.2.Justificativa do estudo3
1.3.Objectivos4
1.3.1.Objectivo geral4
1.3.2.Objectivos específicos4
I.REVISÃO BIBLIOGRÁFICA5
2.1.Qualidade da água5
2.2.Coliformes totais5
2.3.Normas e padrões Moçambicanos de potabilidade da água6
2.3.1.Parâmetros físicos e organolépticos7
2.3.2.Parâmetros químicos8
2.3.3.Parâmetro microbiológico9
2.4.Tratamento de água para o consumo9
2.5.Filtração10
2.5.1.Teoria de filtração10
2.5.2.Filtração rápida12
2.5.3.Eficiência da filtração rápida13
2.5.4.Limpeza do filtro rápido14
2.6.Desinfecção15
2.6.1.Escolha do agente desinfectante16

ÍNDICE 2.6.2.Eficiência da desinfecção ................................ ................................ ................................ . 16

2.6.4.Reacções de cloro na água19
I.METODOLOGIA20
3.1.Características físicas e geográficas do local de estudo20
3.2.Descrição do sistema de abastecimento2
3.3.Levantamento de dados para revisão bibliográfica23
3.4.Levantamento de campo23
3.4.1.Observação directa23
3.4.2.Descrição dos ensaios de filtração23
3.4.3.Descrição do processo de desinfecção25
3.4.4.Colecta de amostras26
3.4.5.Procedimento de colecta das amostras27
3.5.Análises laboratoriais das amostras28
3.5.1.Materiais28
3.5.2.Reagentes29
3.5.3.Procedimento de análises físico-químicas da qualidade da água29
3.5.4.Procedimentos de análise microbiológica da água30
3.6.Análise estatística das amostras31
3.6.1.Estatística descritiva31
3.6.2.Regressão linear simples32
IV.RESULTADOS E DISCUSSÕES3
4.1.Caracterização da água bruta3
4.2.Parâmetros operacionais dos filtros rápidos36
4.3.Duração das carreiras de filtração e perda de carga37
4.4.Qualidade de água durante a carreira de filtração40
4.5.Eficiência da filtração rápida na remoção de turbidez e coliformes totais4
4.6.Avaliação do processo de desinfecção45
4.7.Análise da qualidade da água produzida na estação de tratamento47
4.8.Avaliação da qualidade de água na rede de abastecimento49
V.CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES52
5.1.Conclusões52
5.2.Recomendações52

2.6.3.Clorinação da água ................................ ................................ ................................ ........... 18 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................ ................................ ....................... 53

Avaliação da Eficiência da Combinação do Processo de Filtração Rápida e Desinfecção na Remoção de Coliformes Totais: Estudo do Caso da Cidade de Lichinga

Carlos L. CapitãoUEM-ESUDER 1

A água é um recurso essencial à sobrevivência de todos os seres vivos e o seu fornecimento em quantidade e qualidade é fundamental para a perfeita manutenção da vida humana. Grande parte das substâncias e elementos presentes nas águas superficiais, são facilmente absorvidos pelo organismo, constituindo portanto, fonte essencial ao desenvolvimento do ser humano, já que a maior parte da água utilizada é ingerida na forma líquida. Por outro lado, podem conter microrganismos, substâncias, compostos e elementos prejudiciais à saúde. O tratamento de água de consumo humano esta tornando-se indispensável em função da intensificação da contaminação dos mananciais, o que origina problemas de saúde (GAILY & DIXON, 2006).

A WORLD HEALTH ORGANIZATION (WHO) estimou em 1996, que a cada 8 segundos morre uma criança de infecção relacionada com a água e que, a cada ano, mais de cinco milhões de pessoas morrem de doenças ligadas à água insegura para consumo ou saneamento inadequado (RIBEIRO, 2003). Os aspectos mais importantes no que se refere ao fornecimento de água potável são a ausência de microrganismos patogénicos e produtos químicos nocivos.

Pelo estudo da concentração de bactérias coliformes nas águas pode-se estabelecer um parâmetro (coliformes totais) indicador da existência de possíveis microrganismos patogénicos que são responsáveis pela transmissão de doenças. Para que a água seja considerada microbiologicamente potável a ocorrência de coliformes deve ser de 0 NMP/100 ml (BARRETO et al., 2008).

Grande parte de microrganismos patogénicos é removida da água em tratamento pela filtração. Entretanto, alguns deles mesmo após a filtração continuam, presentes na água filtrada. Por este motivo, a água filtrada é desinfectada de modo a inactivar os microrganismos patogénicos, processo feito maioritariamente por cloro (SOUSA, 2001).

Por isso a combinação da filtração com pôs desinfecção tem sido uma união extremamente usada, por ostentar resultados excelentes, ser pouco dispendioso por usar menos produtos químicos. É um sistema em que a filtração remove quase na totalidade a turbidez, aproximadamente 9% e uma parte de microrganismos, facilitando o processo de desinfecção na eliminação por completo de microrganismos patogénicos. O único inconveniente desta combinação é por não poder operar com água bruta de turbidez maior que 50 ppm (DI BERNARDO et al., 2002).

Avaliação da Eficiência da Combinação do Processo de Filtração Rápida e Desinfecção na Remoção de Coliformes Totais: Estudo do Caso da Cidade de Lichinga

Carlos L. CapitãoUEM-ESUDER 2

1.1. Problema do estudo

O sistema de tratamento de água existente na cidade de Lichinga, composto por filtração rápida e desinfecção está obsoleto, dado que, foi construído no tempo colonial precisamente em 1957, apenas em 1996 é que teve a sua primeira e última reabilitação. Actualmente, devido a dificuldades de manutenção do meio filtrante, por falta da areia filtrante para substituição da antiga areia, que existe a 18 anos e recomendar-se a sua troca a cada 5 anos (recomendação da NBR12216/92), o sistema de filtração tem dificuldades na remoção de coliformes totais. Devido a este mau funcionamento dos filtros, por vezes a água não é filtrada e para não deixar os habitantes da cidade de Lichinga sem água recorre-se ao uso de “bypass” para contornar os filtros e uso de cloro para desinfecção, deixando de lado o processo indispensável no tratamento da água superficial para o abastecimento, a filtração. As consequências do mau funcionamento dos filtros são a ineficiência da inactivação de coliformes totais devido a presença da turbidez, que agi como escudo na eliminação de microrganismo durante o processo de desinfecção por cloro e a repugnância no uso da água pelos consumidores, visto que, por vezes tem jorrado água turva nas torneiras dos consumidores com ocorrência de coliformes totais principalmente no período chuvoso. Facto que dá a água uma aparência, esteticamente indesejável e potencialmente perigosa pelo facto de ocultar microrganismo patogénicos e possibilitar crescimento microbiano nas condutas. É importante mencionar que os coliformes totais não são prejudiciais, mas a sua presença na água indica uma contaminação fecal, isto é, existência de microrganismos fecais nocivos a saúde.

A eficiência alcançada pela filtração e desinfecção na remoção coliformes totais permitem a potabilidade da água?

Avaliação da Eficiência da Combinação do Processo de Filtração Rápida e Desinfecção na Remoção de Coliformes Totais: Estudo do Caso da Cidade de Lichinga

Carlos L. CapitãoUEM-ESUDER 3

1.2. Justificativa do estudo

A preocupação com a saúde pública e o bem-estar em localidades que carecem de sistemas de tratamento e distribuição adequado da água constitui uma matéria de particular destaque, nas conferências internacionais. É um senso comum que, maior parte das doenças que se alastram nos países em desenvolvimento é proveniente de microrganismos patogénicos presentes na água de qualidade insatisfatória. Diante deste contesto o estudo da eficiência da combinação do processo de filtração rápida e desinfecção na remoção de coliformes totais, segundo a qualidade da água apresentado actualmente pelo rio Lucheringo na cidade de Lichinga será de maior importância, pois a partir do diagnostico da eficiência do sistema de tratamento, poderá se projectar sistemas de tratamento da água para o abastecimento capazes de garantir que a água levada à distribuição populacional, tenha essencialmente qualidade suficiente para a prevenção de aparecimento de doenças de veiculação hídrica, tornando-se a água adequada aos diversos serviços domésticos, sempre atendendo aos padrões de qualidade exigidos pelo Ministério da Saúde, e os procedimentos realizados no processo de tratamento da água, poderão fazer com que todo o sistema de abastecimento esteja protegido dos efeitos da corrosão, re-contaminacao microbiológica, incrustação e da deposição de partículas no interior das condutas, essa protecção se refere as tubulações e a todos os outros instrumentos da rede de distribuição. Melhorando deste modo, socialmente e economicamente a vida dos citadinos de Lichinga, pois, é sabido que o acesso a água potável e saneamento são aspectos fundamentais para uma vida mais saudável e aumentam a capacidade humana para gerar maiores rendimentos e consequentemente, reduzem a pobreza e a fome.

(Parte 1 de 5)

Comentários