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Levantar informações técnicas capaz de indicar a qualidade do resíduo sólido (lodo) proveniente de estação de tratamento de água (ETA) e o estudo da disposição mais adequada do mesmo. Deste modo foram considerados os seguintes aspectos: - descrever os processos de geração destes resíduos durante o tratamento de água.

- organizar dados sobre o resíduo sólido (lodo), por muitas vezes difusos e que são imprescindíveis à compreensão do problema. - analisar formas convencionais (aterro sanitário) e não convencionais (incorporação em matriz de concreto, fabricação de tijolos cerâmicos e recuperação de áreas degradas) de disposição ambiental do resíduo, adotando uma postura coerente de desenvolvimento sustentável.

A metodologia deste trabalho consiste na pesquisa bibliográfica e de dados que possam caracterizar o resíduo sólido produzido em ETA e o estudo das disposições do mesmo no meio ambiente.

Para análise das características do lodo e o estudo da disposição adequada no meio ambiente optou-se pela obtenção dos dados qualitativos e quantitativos por meio de pesquisa bibliográfica e documental mediante consulta em livros, teses, dissertações e documentos em sítios da internet. A descrição dos meios de descarte benéfico tais como incorporação em matriz de concreto, tijolos cerâmicos, recuperação de áreas degradadas e descarte em aterro sanitário foi obtida por meio de artigos pesquisados, sendo apresentados como estudos de casos.

CAPÍTULO 1. TRATAMENTO DE ÁGUA PARA ABASTECIMENTO

Entre todos os setores de infra-estrutura, o saneamento é sem dúvida o mais relevante à preservação da saúde pública, com fortes impactos sobre o meio ambiente e o desenvolvimento. Um sistema de abastecimento de água deverá fornecer e garantir à população água de boa qualidade do ponto de vista físico-químico e biológico sem impurezas prejudiciais à saúde. Para tanto, e em função das características qualitativas da água fornecida pelos mananciais, procede-se o tratamento em instalações denominadas genericamente de "Estação de Tratamento de Água - ETA".

As estações de tratamento de água são indústrias na qual a água bruta (matéria prima) deve ser transformada em água potável (produto final) através da aplicação de produtos em operações e processos. Esta indústria é uma das poucas à qual todos os seres humanos fazem uso do seu produto. Nos últimos tempos tem-se constatado aumento na demanda que, aliado a sensível piora da qualidade da água bruta, conduz a necessidade de funcionamento eficiente das estações, tanto do ponto de vista técnico quanto do econômico (Parsekian, 1998).

1.1. IMPUREZAS DA ÁGUA

A qualidade da água, do ponto de vista ambiental é definida pelas impurezas nela incorporadas devido as suas propriedades de solvente e capacidade de transportar partículas.

A influência das condições naturais e a interferência do homem são em grande parte, condicionantes da qualidade da água. O aumento da expansão demográfica e a atividade econômica na indústria e agricultura juntamente com a composição do solo sobre o qual a água escoa, provocam as impurezas adicionais que ela apresenta, sendo recomendado uma forma de tratamento para torná-la potável ao consumo humano (Richter e Azevedo Neto, 1991).

As impurezas presentes na água podem ser retratadas por suas características físicas, químicas e biológicas. A figura 1 esquematiza estas características.

Figura 1. Impurezas contidas na água. Fonte: Barnes e colaboradores, 1981 apud in Von Sperling, 2005.

a) Sólidos presentes em água

Com exceção dos gases dissolvidos, todas as impurezas da água contribuem para a carga de sólidos. Podendo ser classificados fisicamente pelo tamanho e estado das partículas e quimicamente em orgânicos (sólidos voláteis) e inorgânicos (sólidos fixos). A figura 2 apresenta a classificação dos sólidos em função do tamanho.

Visão a olho nu

Flocos bacterianos

Vírus Bactérias

DissolvidosColoidais Suspensos
10-310-2

Figura 2. Classificação e distribuição dos sólidos em função do tamanho. Fonte: Von Sperling, 2005.

Os sólidos totais podem ser classificados de acordo com a figura 3. Os sólidos voláteis representam uma estimativa da matéria orgânica e os sólidos fixos a matéria inorgânica ou mineral.

Figura 3: Distribuição dos sólidos em termos de concentração. Fonte: Von Sperling, 2005.

b) Colóides

As substâncias no estado coloidal são responsáveis pela produção de turbidez e coloração da água. Os colóides constituem um sistema em que partículas de tamanho muito pequeno (argilas, matéria orgânica, bactérias, substâncias produtoras de cor etc.) encontra-se dispersas num meio homogêneo, onde é formada uma área superficial em relação ao seu peso, de tal modo que as forças gravitacionais não influenciam na sua suspensão.

Os principais fatores da estabilização do estado coloidal são o tamanho e a carga elétrica das partículas. Por possuírem cargas elétricas nas suas superfícies, estabelecem um campo eletrostático. São classificados em hidrofóbicos (possuem aversão à água) e hidrofílicos (possuem afinidade com a água). Nos colóides hidrofóbicos a sua estabilidade é devida unicamente à carga elétrica que possuem, enquanto que nos hidrofílicos a estabilidade está relacionada à atração para com as moléculas de água (Lemes, 1984).

1.2. PROCESSOS DE TRATAMENTO DE ÁGUA E A FORMAÇÃO DE RESÍDUOS

Para que a água seja utilizada ao consumo humano, esta deverá apresentar-se isenta de microrganismos patogênicos e substâncias orgânicas e inorgânicas em teores que prejudiquem a população consumidora. No Brasil os parâmetros para isto são estabelecidos pelo Ministério do Meio Ambiente (MMA), através do IBAMA, na resolução do CONAMA 357/2005. Caso a água de uso não se apresente dentro de tais parâmetros então deverá utilizar-se de um método de tratamento, o mais utilizado é o tratamento completo ou convencional, existindo também outras formas de tecnologias. Este tratamento constitui-se das seguintes etapas:

- coagulação; - floculação;

- decantação ou sedimentação;

- filtração e;

- desinfecção. A figura 4 apresenta um esquema geral destas etapas de tratamento.

Figura 4: Etapas do processo convencional de tratamento de água. Fonte: EMBASA, 2005.

1.2.1. Mistura e Coagulação

As águas superficiais naturais contêm sólidos inorgânicos suspensos ou coloidais, material orgânico em solução, microrganismos e outras impurezas que, em virtude da mútua repulsão das cargas elétricas em sua superfície (a maioria dessas impurezas possui superfície com cargas negativas), se mantêm em suspensão estável por longo período de tempo. Para conseguir sua remoção é necessária a aplicação de coagulantes, geralmente o sulfato de alumínio (Al2SO4) e cloreto férrico (FeCl3), que neutralizam as cargas possibilitando a aproximação das partículas e sendo posteriormente removidas.

A coagulação é um processo em que os coagulantes são adicionados à água reduzindo as forças que tendem a manter separadas as partículas em suspensão, portanto na coagulação há a neutralização das cargas negativas das partículas, promovendo aglomeração, formando partículas maiores e aumentando a velocidade de sedimentação (Richter e Azevedo Neto, 1991).

A mistura rápida promove a dispersão do coagulante à água, que deve ser homogênea e o mais rápido possível para que haja uma distribuição uniforme do coagulante utilizado.

A coagulação resulta de dois mecanismos básicos: a coagulação eletrocinética, onde o Potencial Zeta (potencial necessário para romper a película protetora de íons que rodeiam a partícula) é reduzido por íons ou colóides de cargas opostas e a ortocinética, onde as micelas se agregam e formam flocos que aglomeram as partículas em suspensão. As partículas coloidais suspensas presentes nas águas superficiais naturais, são carregadas negativamente sendo a maioria de natureza hidrofóbica. Essas partículas são agregadas através da adição de coagulantes. Essas substâncias coagulantes reagem com a alcalinidade natural ou adicionada na água, para formar hidróxidos com cargas positivas. Os hidróxidos são relativamente insolúveis em pH neutro, precipitam dependendo das características da água, especialmente cor, turbidez e pH (Lemes, 1984).

O tipo de coagulante e auxiliares de coagulação a serem usados são definidos pelo esquema de processo da estação de tratamento, pelas características da água e por fatores econômicos. Dados mostram que 91% das empresas de abastecimento de água utilizam o parâmetro preço na aquisição dos produtos químicos (Parsekian, 1998).

Cerca de doze substâncias químicas podem ser usadas sob diversas condições operacionais, na coagulação, para produzir uma água de qualidade final satisfatória. Os coagulantes metálicos comumente usados são aqueles cujo alumínio (Al2SO4, NaAlO2 e outros), e o ferro (Fe2(SO4)3, FeSO4 e FeCl3) é a base, por produzirem cátions e ânions que reagem com a alcalinidade da água para formar hidróxidos insolúveis precipitáveis (Lemes,

1984), alguns coagulantes utilizados são:

O sulfato de alumínio é um sólido cristalino de cor branco-acinzentado é a substância química mais utilizada para coagulação dos suprimentos públicos de água devido a excelente formação dos flocos, custo e fácil manuseio. A hidrólise do sulfato de alumínio é complexa e não é completamente definida. A reação entre o sulfato de alumínio hidratado e o bicarbonato de cálcio (Ca(HCO3)2), é dada pela equação a seguir (Lemes, 1984).

Se óxido de cálcio (CaO) ou carbonato de sódio (Na2CO3) forem adicionados à água juntamente com os coagulantes, as seguintes reações poderão ocorrer:

Al2(SO4)3.14,3 H2O(aq.) + 3 Na2CO3(aq.) + 3 H2O(l) → 2 Al(OH)3(aq.)+ 3 Na2SO4(s) +

A neutralização ocorre quando colóides carregados opostamente são misturados aos coagulantes atraindo-se entre si e posteriormente colidindo, resultando numa redução da carga líquida.

b) Sulfato de Ferro I (Fe2(SO4)3):

O sulfato de ferro I é disponível comercialmente na forma de um material granular marron-avermelhado solúvel em água. Suas reações são de neutralização de cargas e formação de hidróxidos insolúveis de ferro, que em função da baixa solubilidade podem agir sobre uma ampla faixa de pH, de 5 a 1. Na coagulação, a formação de flocos é mais rápida devido ao alto peso molecular comparado ao alumínio, pois são mais densos e o tempo de sedimentação é mais reduzido, têm baixo consumo de alcalinidade e menor redução de pH (Pavanelli apud in Macêdo, 2004).

A equação a seguir representa o processo de coagulação.

Se o meio for alcalinizado pela adição de óxido de cálcio ou carbonato de sódio a reação será:

c) Sulfato de Ferro I (FeSO4):

O sulfato de ferro I é um sólido cristalino de cor branca-esverdeada, que é obtida como subproduto de processos químicos, principalmente na decapagem do aço. O ferro I

(Fe2+) adicionado à água precipita na forma oxidada de hidróxido de ferro (Fe(OH)2). A coagulação com sulfato ferroso e óxido de cálcio é efetiva na clarificação de águas turvas

(Santa Rita e Santos Filho, 2002). A equação que rege o processo se encontra representada a seguir.

A faixa de pH ótima de coagulação está entre 8,5 e 1. As quantidades são iguais ou pouco superiores que as de sulfato de alumínio (Al2(SO4)3), mas a solução do sulfato de ferro I é mais agressiva e uma segunda desvantagem é ter sempre que utilizar óxido de cálcio para melhorar o processo de floculação (Macêdo, 2004).

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