REMOÇÃO E CONTROLE DE FERRO E MANGANÊS EM ÁGUAS PARA CONSUMO HUMANO

REMOÇÃO E CONTROLE DE FERRO E MANGANÊS EM ÁGUAS PARA CONSUMO HUMANO Tema I : Abastecimento de Água PRIANTI JUNIOR, NELSON G.1 – Biólogo (UNITAU-1985), Especialista em Saneamento Ambiental (MACKENZIE-1990), e Gestão de Recursos Hídricos e Manejo de Bacias Hidrográficas (UNITAU-2004), Mestre em Ciências Ambientais (UNITAU-2001), Chefe da Divisão de Garantia de Qualidade do SAAE de Jacareí/SP, Professor da FAETEC Jacareí – Curso de Gestão Ambiental.

CARMO, FABIO HENRIQUE – Biólogo (Universidade de Taubaté), Pós-Graduando em Engenharia de Qualidade (Universidade Federal de Itajubá), Analista de Saneamento do Serviço Autônomo de Água e Esgoto de Jacareí/SP

MENDES, CARLOS GOMES DA NAVE – Prof. Assistente Doutor da Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo (FEC) - UNICAMP, Departamento de Saneamento e Ambiente, Engenheiro Civil, Mestre e Doutor em Hidráulica e Saneamento

(EESC–Universidade

de

São

Paulo

-

USP,

1981,

1985,

1990), Coordenador do Laboratório de Estudos de Tratabilidade de Águas, Efluentes e Resíduos - DSA/FEC/UNICAMP.

LACAVA, PEDRO MAGALHÃES –

Engenheiro Agrônomo (ESALQ- 1968), Doutor

em Ciências (UNESP-1972), Livre Docente- Área de Microbiologia (UNESP-1975), Professor Titular (UFSCar – 1982 a 1985), Professor Titular (UNESP-1984 a 1997), Coordenador do Programa de Pós-Graduação em Ciências Ambientais da Universidade de Taubaté – (UNITAU - desde 2000) 1

Caixa Postal 123 – Centro – Jacareí – S.P. – CEP 12.300-970 Fone (12) 9712

6530 e-mail : [email protected]

Responsável pela apresentação do Trabalho : Fábio Henrique do Carmo : Biólogo (Universidade de Taubaté), Pós-Graduando em Engenharia de Qualidade (Universidade Federal de Itajubá), Analista de Saneamento do Serviço Autônomo de Água e Esgoto de Jacareí/SP Equipamentos a serem utilizados: Projetor multimídia com computador; Programa Power Point

REMOÇÃO E CONTROLE DE FERRO E MANGANÊS EM ÁGUAS PARA CONSUMO HUMANO PALAVRAS-CHAVE: ferro, manganês, desferrização, filtração, orto polifosfato 1. INTRODUÇÃO: Considerando-se a obrigatoriedade de se fornecer aos consumidores dos sistemas públicos de abastecimento, água dentro dos padrões estabelecidos pela legislação vigente, a Portaria 518 do Ministério da Saúde, e objetivando-se a satisfação dos consumidores, os responsáveis pela operação dos sistemas de tratamento e controle de qualidade, necessitam aplicar técnicas de tratamento adequadas para a manutenção do produto dentro dos limites estabelecidos. Além da preocupação com a manutenção dos padrões microbiológicos, da necessidade da minimização continuada da presença de produtos químicos que representem riscos à saúde, há que se atentar para necessidade de se fornecer água com características organolépticas adequadas. Como cita Branco (1991), a cor da água é resultado de processos de decomposição que ocorrem no ambiente, sendo as águas superficiais mais sujeitas a coloração elevada, comparando-se com as águas subterrâneas, no entanto, a presença de sais metálicos como ferro e manganês, plâncton, e despejos industriais podem conferir cor à mesma. A presença de ferro (e manganês), dependendo das concentrações, pode propiciar uma coloração amarelada e turva à água, acarretando ainda um sabor amargo e adstringente, podendo levar o consumidor a buscar fontes alternativas e não tão seguras para consumo, quando da presença desses metais. Os sais ferrosos, bastante solúveis em água, são facilmente oxidados e formam hidróxidos férricos que tendem a flocular e depositar. Menciona-se que, águas com ferro na forma ferrosa e a presença de manganês na forma manganosa Mn2+, são formas solúveis, que se não removidos formam óxidos amarronzados, alterando assim as características organolépticas da água. (Macêdo, 2001) Segundo a legislação citada, os valores máximos permissíveis (VMP) do ferro e manganês na água da rede de abastecimento são respectivamente, 0,3 e 0,1 mg/L, assim, há que se tratar adequadamente a água dos mananciais tanto superficiais quanto subterrâneos quando se verifica a presença desses dois metais.

Desta forma, este trabalho objetiva compilar as pesquisas já efetuadas no SAAE, demonstrando e avaliando dois processos de tratamento de águas com presença de ferro e manganês, e ainda, demonstrar os resultados da utilização do orto polifosfato de sódio como quelante de metais na água já tratada. 2. METODOLOGIA De pesquisas realizadas no Serviço Autônomo de Água de Jacareí (SAAE), serão compilados os resultados analíticos tanto do processo de desferrização de águas subterrâneas (efetuado em escala real), quanto do processo de filtração por zeólitos (em escala piloto). Para a confirmação da eficiência do ortopolifosfato de sódio utilizado em águas provenientes de manancial superficial, serão comparados dados de reclamações de usuários no ano inicial de aplicação do produto no SAAE, 1997, bem como serão avaliados os dados de consumo de água em descargas na rede de distribuição antes e posteriormente à aplicação desse produto. As coletas e análises foram efetuadas conforme especificação do Standard Methods for The Examination of Water and Wastewater, utilizando-se os equipamentos do laboratório do SAAE Jacareí. Foram utilizados o método nefelométrico para as análises de turbidez, utilizando-se o turbidímetro modelo B 256 marca Micronal; comparação visual para cor aparente, utilizando-se o equipamento Aqua Tester da marca Hellige; para as análises de manganês e ferro total utilizou-se o espectrofotômetro modelo DR/2010 marca Hach. 2.1 Processo de Desferrização: O processo de desferrização inclui a aeração e filtração para as águas que contém bicarbonatos dissolvidos e ausência de oxigênio. No caso da unidade de desferrização, o objetivo é introduzir oxigênio do ar para a oxidação de compostos de ferro e manganês contidos na água. (Azevedo Netto,1987), Para controle ou remoção de ferro e manganês da água pode-se utilizar um processo de aeração, sedimentação e filtração conjugado ao uso de oxidantes como o cloro, dióxido de cloro, ozônio e alcalinizante (Figura 1). (Di Bernardo,1993) O aerador de tabuleiro, é o mais indicado para a adição de oxigênio e consequentemente oxidação de compostos ferrosos ou manganosos. Formado por três bandejas iguais, superpostas e perfuradas, onde a água percola através de uma

camada granular (carvão mineral-coque) de ½ a 6”, o que concorre para acelerar as reações de oxidação, passando posteriormente por um filtro rápido de pressão, o qual retém os compostos de metais oxidados. PARA O SISTEMA DE DISTRIBUÇÃO Cloro AERADOR TIPO TABULEIRO

Barrilha

FILTRO RÁPIDO DE PRESSÃO

BOMBA

POÇO TUBULAR PROFUNDO

CÂMARA DE PRECIPITAÇÃO OU DECANTADOR

FIGURA 1 – Processo de desferrização Nessa pesquisa em escala real desenvolvida no SAAE Jacareí, efetuou-se o levantamento dos dados de dois poços tubulares profundos da Bacia Hidrográfica do Rio Parateí, com problemas de excesso de ferro total e presença de manganês, e que captam água do aqüífero cristalino. Numa primeira etapa, foram coletadas e analisadas 38 amostras de água provenientes da rede de distribuição do Sistema Igarapés (água proveniente dos dois poços em estudo). Em uma segunda etapa de avaliação, foram tabelados os dados da análises da água dos poços do Sistema Igarapés (P20 e P22), comparando-os com os resultados da água que passa por um processo de desferrização. 2.2 Processo de filtração utilizando-se zeólitos Cita-se também a possibilidade de remoção de ferro e manganês por um processo de filtração da água através de um meio filtrante à base de zeólitos naturais e sintéticos ativados, onde a remoção desses metais se daria pelo processo de oxidação e adsorção. (Prianti Jr, et al., 2003)

Por definição, zeólitos são compostos por tetraedros SiO4 e AlO4 conectados pelos átomos de oxigênio dos vértices. Uma das principais diferenças entre um zeólito e qualquer outra peneira molecular é o fato de que a estrutura de um zeólito tem que ser obrigatoriamente cristalina, enquanto que a estrutura de outras peneiras moleculares não necessariamente. (www.rossetti.eti.br) Com o objetivo de se avaliar esse tipo de filtração, desenvolveu-se uma pesquisa, que visava quantificar os índices de ferro total e manganês, da água bruta de dois poços tubulares profundos, comparando-os com os índices finais da água pós filtração. Inicialmente instalou-se na adutora dos dois poços profundos da região, uma tomada de água para um filtro de pressão piloto, compacto, de aço inoxidável, contendo como meio filtrante, um composto à base de zeólitos naturais e sintéticos, que, segundo seu fabricante, é composto de óxidos metálicos e aluminosilicatos processados em temperatura, pressão e atmosfera controladas, conferindo-lhe alta atividade catalítica. Foi realizado um primeiro estágio de filtrações e retrolavagem por pressão somente para limpeza e adequação do meio filtrante. Após ter-se observado visualmente água límpida na descarga da retrolavagem, iniciou-se o teste que teve a duração de 18 dias. Durante o período de estudo, o processo de filtração ocorreu em uma média de 16 horas diárias, somente sendo interrompido quando do desligamento automático dos poços, ou quando eram efetuadas as lavagens do filtro, que ocorriam a cada 48 horas. As coletas de amostras de água filtrada foram realizadas sempre no período da manhã, anteriormente às lavagens, sendo coletadas simultaneamente amostras de água bruta para comparação de resultados, 2.3 Utilização de orto polifosfato de sódio na água tratada Segundo Coimbra et al. (1998), à partir do momento que uma água é retirada de sua fonte natural, onde ela se encontra em estado de equilíbrio e é tratada para abastecimento público, ela normalmente é exposta a bombeamento, aeração e reações químicas diversas, que pode levar à sua desestabilização, criando oportunidades de corrosão ou incrustação em seu percurso. Desta forma, a despeito dos tratamentos realizados, a rede de distribuição pode conferir cor à água já tratada, dependendo da idade, material da rede, das condições

de pH, da presença de incrustações associadas a íons de ferro e manganês, e principalmente quando da ocorrência de intermitência no abastecimento de água. Assim, objetivando minimizar os problemas de coloração da água, podem ser realizadas descargas em pontos da rede de distribuição, contudo, com este procedimento, ocorre um aumento das perdas de água do sistema. No ano de 1997, o SAAE de Jacareí realizava extensas programações de descargas em pontas de linha, e ainda, tentava solucionar o problema da cor da água através de limpezas da rede por meio de hidrojateamento. Contudo, esses métodos além do elevado custo, causavam obstrução de hidrômetros, bem como a interrupção do abastecimento. Desta forma, foram pesquisados produtos químicos que pudessem ser utilizados na água tratada para amenização do problema. Optou-se então pela utilização do orto polifosfato, sendo inicialmente aplicados 5 mg/L do produto durante cinco dias, reduzindo-se para 1,6 mg/L por um período de quatro dias e finalmente fixando uma dosagem média de 1,0 mg/L. (Prianti Junior et al., 1998) No caso em estudo, o produto à base de orto polifosfatos foi utilizado devido as suas propriedades: sequestrante de metais, manutenção dos metais em suspensão na forma solúvel impedindo a incrustação e possibilitando a remoção destas, além desse produto formar uma película protetora nas paredes das tubulações, minimizando os ataques corrosivos. Observou-se, já na primeira semana de aplicação uma redução do número de reclamações de usuários e, conforme detectado, as descargas em pontas de linha, no caso em estudo, seriam bons indicadores do problema. Optou-se então, por um monitoramento mais pormenorizado das descargas, baseado no controle do tempo efetivamente necessário para a limpeza da água na rede de distribuição. Foram estabelecidos 57 pontos de descargas na rede de distribuição, divididos em seis blocos, sendo esses distribuídos em diversas regiões abastecidas pela ETA, o que propiciou uma visão abrangente da situação. Durante o desenvolvimento do trabalho, foram realizadas 2.037 descargas, divididas em três períodos : -

período anterior à aplicação do produto; 1º período com ortopolifosfato;

2º

período com ortopolifosfato Nos 3 períodos foram realizadas os mesmos números de descargas nos seis blocos, para que se pudesse efetivamente comparar o desempenho do produto.

Foi também realizado um trabalho de levantamento de vazões nos 57 locais monitorados. Essas vazões foram medidas através de hidrômetros no mesmo horário das descargas: das 23:30 às 6:00h.

3. RESULTADOS E DISCUSSÃO 3.1 Processo de Desferrização: Com relação à pesquisa realizada com a água dos dois poços profundos antes do processo de desferrização, observou-se a presença de ferro total acima do limite de 0,3 mg/L em 95,8% das análises efetuadas no Sistema Igarapés. Nas Tabelas 1 e 2, são apresentados os resultados analíticos dos 10 dias iniciais e 10 dias posteriores à implantação do processo de desferrização. Tabela 1. Água tratada – 10 primeiros dias da implantação do sistema. Turbidez Alcalinidade Dureza Fe total Mn Cor aparente (uT) (mg/L) total (mg/L) (mg/L) (mg/L) (uC)

Média

10,0 20,0 15,0 5,0 20,0 25,0 5,0 12,5 20,0 30,0 16,25

0,71 3,40 2,60 0,80 3,40 3,90 0,71 1,90 4,10 6,70 2,82

77,0 58,0 70,0 77,0 75,0 85,0 84,0 80,0 80,0 62,0 74,80

64,0 105,0 58,0 56,0 70,0 76,0 62,0 56,0 92,0 100,0 73,90

pH

0,47 1,68 1,30 0,45 1,24 1,09 0,46 0,48 0,53 1,52 0,92

0,06 0,08 0,04 0,02 0,09 0,05 0,04 0,06 0,04 0,06 0,05

7,4 7,0 7,4 7,3 7,5 7,5 7,7 7,6 7,5 7,4 7,4

Dureza total (mg/L)

Fe total (mg/L)

Mn (mg/L)

pH

48,0 96,0 50,0 68,0 50,0 60,0 84,0 50,0 58,0 62,0 62,6

0,33 0,32 0,16 0,21 0,31 0,27 0,50 0,69 0,10 0,11 0,30

0,02 0,05 0,02 0,02 0,06 0,05 0,04 0,02 0,01 0,03 0,03

7,4 7,2 7,5 7,2 7,3 7,3 7,5 7,3 7,5 7,6 7,4

Tabela 2. Água tratada – 10 dias posteriores ao teste inicial. Cor Turbidez Alcalinidade aparente. (uT) (mg/L) (uC)

Média

5,0 2,5 2,5 5,0 2,5 5,0 10,0 10,0 2,5 10,0 5,50

0,75 2,80 0,28 0,74 0,45 0,85 2,00 1,50 0,51 2,40 1,23

79,0 85,0 91,0 86,0 92,0 91,0 80,0 88,0 95,0 94,0 88,0

Nas Tabelas 1 e 2 as células em destaque representam a água fora dos padrões de potabilidade da Portaria 518 do Ministério da Saúde, considerando-se água da saída do tratamento (ST). Na avaliação dos dados da água da rede de distribuição após o tratamento, observou-se uma sensível redução de ferro total e cor aparente nos últimos dez dias, com resultados médios finais de acordo com o estabelecido pela legislação.

3.2 Processo de filtração utilizando-se zeólitos Na Figura 2, são apresentados os resultados de ferro total da água afluente ao filtro, bem como os resultados pós-filtração, observando-se uma redução de 82,76. Conforme a Figura 3, no período estudado houve uma diminuição de 0,11 mg/L para 0,03 mg/L de Mn, tendo-se uma redução de 72,73% desse metal na água final. 0,29

0,30 0,25 0,20

0,05

mg/L Fe 0,15 0,10 0,05 0,00 mg/L Fe total - água bruta

mg/L Fe total - água pós filtração

FIGURA 2 – Valores médios de ferro total da água bruta e pós filtração através de zeólitos

0,11 0,12 0,10 0,08

0,03

mg/L Mn 0,06 0,04 0,02 0,00 mg/L Mn - água bruta

mg/L Mn - água pós-filtração

FIGURA 3 – Valores médios de manganês da água bruta e pós filtração através de zeólitos Comparando-se o método de filtração descrito com os tradicionais processos para remoção de metais que incluem aeração e decantação, verifica-se no primeiro uma

redução no consumo de oxidantes, por não necessitar de pré-cloração, e uma diminuição do tempo de trabalho operacional e do consumo de água para limpeza, devido à eliminação das etapas referentes a aeração e decantação. 3.3 Utilização de orto polifosfato de sódio na água tratada Embora a água da saída do tratamento da ETA Central de Jacareí (proveniente de manancial superficial – Rio Paraíba do Sul), estivesse com resultados de ferro e manganês bem abaixo dos limites máximos permissíveis, ocorreu um significativo aumento do número de reclamações de usuários (Tabela 3), quanto as alterações das características organolépticas da água distribuída, segundo o parâmetro cor. Tabela 3 - Reclamações de usuários (parâmetro cor aparente) Mês Nov Dez Jan Fev Mar Abr Mai Jun Ano 1996 13 1 6 2 10 6 1 1 1997 2 2 9 133 13 2

Jul

Ago

2 4

4 4

As descargas em hidrantes e pontas de linha realizadas no SAAE, no período das 23:30

e 6:00h., se mostraram bons indicadores do problema, pois, através de

análises do tempo necessário para “limpar“ a água, foi possível fazer uma relação: tempo necessário para limpeza das descargas/reclamação consumidor. A compilação dos dados durante o período de aplicação do orto polifosfato demonstrou: •

Redução efetiva dos tempos / volume de descargas necessários para a melhoria da qualidade da água :

Antes da aplicação do orto polifosfato, no período

estudado, as descargas consumiram :

16.563,53 m3 ;

Após a aplicação do

orto polifosfato, no 2º período estudado, as descargas consumiram : 1.608,59 m3 •

Diminuição de 90,29 % do volume de água gasto nas descargas, representando mais água disponível para os usuários.

•

Considerando-se os 190 dias de aplicação do produto (1° e 2° períodos), constatou-se uma economia de 115,86 m3 / dia.

•

Redução do tempo de descargas ocasionando maior disponibilidade dos funcionários responsáveis pelas descargas para a realização de outros trabalhos.

Consideramos que o maior ganho na utilização do orto polifosfato tenha sido a manutenção da água dentro dos padrões organolépticos de qualidade e

consequentemente maior confiabilidade por parte do usuário na água consumida, bem como uma efetiva redução do consumo de água tratada para as descargas. Com efeito, para a aplicação de qualquer técnica para minimização de problemas em águas para consumo humano, há que se avaliar: o problema a ser solucionado/minimizado; a obrigatoriedade de se distribuir água dentro dos padrões; a quantidade de água a ser tratada; a qualidade da água captada/distribuída; o tipo de manancial; os custos de implantação e manutenção do sistema;

os custos indiretos referentes à

imagem da empresa junto aos

consumidores. 4. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Azevedo Netto J.M. et al. Técnicas de abastecimento e tratamento de água. São Paulo: CETESB, 1987. v. 2, 3ªed. 317p. BRANCO, S.M. Água e o homem. In: Hidrologia Ambiental, v.3. São Paulo: Edusp, 1991. BRASIL. Ministério da Saúde. Portaria nº 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. Diário Oficial da República Federativa do Brasil. Brasília, 26 mar.2004. DI BERNARDO, L.. Métodos e técnicas de tratamento de Água. ABES, Rio de Janeiro, 1993. MACÊDO, J.A. Águas e Águas. São Paulo: Varela, 2001. 505p. PRIANTI JUNIOR, N.G., AROUCA, J.; CARMO, F.H. Minimização de problemas com ferro e manganês na água de abastecimento de Jacareí – SP- Um estudo de aplicação do orto polifosfato. In: Assembléia Nacional da ASSEMAE, XXVI. Vitória: ASSEMAE, 1998. PRIANTI JUNIOR, N.G., AROUCA, J.; LACAVA, P.M. Redução de ferro e manganês na água: solução para o consumidor. Revista Meio Filtrante. Ano1, nº3. Out/nov/dez/2003. p.8-9. PRIANTI JUNIOR, N.G. et al. Avaliação do tratamento de água com presença de ferro total: estudo de caso em poços do Bairro Igarapés, Jacareí, São Paulo, Brasil. In: Diálogo InterAmericano de Gerenciamento das Águas: Em Busca de Soluções, IV. Foz do Iguaçú, 2001. ZEÓLITOS. Dicionário de Química. Disponível em: . 11 de março de 2005.