Seleção de Tecnologias de Tratamento de Água - Volume 1 by Editora Cubo

Seleção de Tecnologias de Tratamento de Água Volume I

Luiz Di Bernardo Lyda Patricia Sabogal Paz

2008

Di Bernardo, Luiz / Sabogal Paz, Lyda Patricia Seleção de Tecnologias de Tratamento de Água / Luiz Di Bernardo / Lyda Patricia Sabogal Paz. – São Carlos: Editora LDIBE LTDA, 2008. 878p. (Vol. I) ISBN 978-85-62324-00-0 1. Parâmetros de qualidade da água. 2. Propriedades da água. 3. Padrãodepotabilidade,normasdaABNTecritériosdaOMS.4.Processos e operações de tratamento de água. 5. Tecnologias de tratamento de água. 6. Estações de tratamento de água. I. Autor. II. Título.

Revisores da língua portuguesa Glauco Keller Villas Boas - formado em Letras pela Unesp Ludmila G. Ribeiro de Mello - formada em Letras pela UFSCar Tiragem 2000 exemplares Editoração Eletrônica cubomultimidia www.cubomultimidia.com.br

www.editoraldibe.com.br Av. São Carlos, 2205 (Salas 106; 309) CEP 13560-002 - Fax +55(16) 3371-0723 São Carlos, SP

Aos meus pais, Luiz Rogério Di Bernardo e Maria Frare Di Bernardo, de quem recebi orientação para fazer do estudo um prazer, do trabalho um lazer. À Costância, incentivadora e esposa, que comigo luta para ensinar aos nossos filhos e aos netos os valores que temos e que nos fazem felizes. Aos meus filhos Angela, Bruno, Mário e Laura e netos Henrique e Daniel, que assim espero, haverão de concordar que o melhor e maior tesouro que se pode acumular na vida é o saber. Luiz Di Bernardo

Aos meus pais amados Ezequiel Sabogal Cruz e Marleny Paz Penagos, ao meu irmão querido Jorge Iván Sabogal Paz e, claro, ao meu lindo sobrinho que chegou ao mundo em janeiro de 2009, Iván Alejandro Sabogal López, pela estrutura de vida, orientação e alegria, pelo imenso amor e o apoio constante. Ao meu querido Cleber Lima Pereira pela divertida forma de ver o mundo, além do carinho, companhia, apoio incondicional e incentivo. Lyda Patricia Sabogal Paz

Sobre os Autores Luiz Di Bernardo Engenheiro civil, mestre e doutor em Hidráulica e Saneamento, Pós-doutorado na Iowa State University – EUA, professor titular aposentado da EESC-USP, onde foi professor de disciplinas de graduação e de pós-graduação sobre tecnologias de tratamento de água para consumo humano, orientador de 15 estudantes de iniciação científica, 54 de mestrado e 34 de doutorado, desenvolveu mais de 100 trabalhos de assessoria e consultoria, e elaborou aproximadamente 150 projetos de estações de tratamento de água. Publicou cerca de 60 trabalhos em periódicos nacionais e internacionais e apresentou aproximadamente 250 trabalhos em congressos, seminários e simpósios nacionais e internacionais. Autor principal de 5 livros em tratamento de água e de capítulos de 12 livros nacionais e internacionais. Lyda Patricia Sabogal Paz Engenheira Sanitária pela Universidad del Valle (Cali, Colômbia), doutora em Engenharia Civil (Hidráulica e Saneamento) da Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo – EESC/USP (São Carlos/SP, Brasil) e pós-doutoranda do Departamento de Hidráulica e Saneamento da EESC/USP. Autora de vários trabalhos científicos, nacionais e internacionais, e de capítulos em livros. Possui experiência nas áreas de seleção de tecnologias, tratamento de águas de abastecimento, resíduos de estações de tratamento de água, avaliação econômica de projetos, modelação de qualidade da água e projetos de ETAs.

“O valor de todo o conhecimento está no seu vínculo com as nossas necessidades, aspirações e ações; de outra forma, o conhecimento torna-se um simples lastro de memória, capaz apenas - como um navio que navega com demasiado peso - de diminuir a oscilação da vida quotidiana”. V. O. Kliutchevski

Nota dos Autores Os investimentos no setor de água potável no Brasil, apesar de significativos, ainda não apresentam os resultados esperados na melhoria da saúde e da qualidade de vida da população. A aplicação de recursos continuará limitada enquanto não forem fortalecidos os aspectos técnicos, econômicos, institucionais, ambientais, sociais e culturais que permitam a seleção de obras sanitárias eficientes e sustentáveis. A problemática existente motivou o desenvolvimento deste livro, o qual fixa as bases para a adequada escolha das tecnologias de tratamento de água, considerando a teoria e a prática do assunto. O texto introduz um fato inédito, a seleção da técnica considerando os resíduos gerados no sistema, aspecto importante para as empresas de saneamento as quais, atualmente, enfrentam sérios problemas para dispor os resíduos no ambiente, conforme restrições estabelecidas na legislação nacional. O livro está dirigido aos profissionais de diferentes áreas relacionadas com gestão, planejamento, financiamento, investimento, capacitação e execução de projetos de estações de tratamento de água. Os autores esperam que esta obra contribua para a otimização dos gastos com saneamento no Brasil, difundindo os fundamentos teóricos e práticos para a aplicação correta das tecnologias. O documento é uma obra essencial para esclarecer dúvidas e facilitar o aprendizado sobre qualidade da água, tecnologias de tratamento, avaliação ambiental das técnicas, aspectos socioculturais, econômicos e financeiros envolvidos na seleção dos sistemas de tratamento. O livro também indica os fundamentos necessários para a elaboração de metodologias de seleção e, nesse contexto, apresenta e aplica o Modelo Conceitual de Seleção de Tecnologias de Tratamento de Água (MCS) e o programa de computador SELTECNOL, desenvolvidos pela autora, Lyda Patricia Sabogal Paz, em sua tese de doutorado, para serem aplicados em comunidades brasileiras de pequeno porte. O livro vem acompanhado de um CD contendo o programa SELTECNOL e mais de 400 desenhos de diferentes ETAs com vazões de projeto entre 10 e 40L/s, incluindo o tratamento dos resíduos gerados nesses sistemas.

Agradecimentos Os autores agradecem às instituições e empresas que contribuíram valiosamente para o término bem sucedido desta publicação, tais como: Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo – FAPESP, pelas bolsas de doutorado e de pós-doutorado concedidas à autora Lyda Patricia; Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo - SABESP; Sistemas de Água e Esgoto de São Carlos/SP e de Sacramento/MG; Secretarias de Água e Esgoto de Cachoeira Dourada/MG e de Corumbataí/SP; Secretaria de Saneamento de Água e Esgoto de Descalvado/SP; empresa Águas de Mandaguahy de Jaú/SP, Instituto de Investigación y Desarrollo en Agua Potable, Saneamiento Básico y Conservación del Recurso Hídrico – CINARA (Universidad del Valle, Colômbia) e Asociación de Usuarios del Acueducto de Mondomo (Cauca, Colômbia), pelo fornecimento de informações usadas na pesquisa de doutorado da autora em refêrencia; empresas Allonda, Aquamec, Beraca, Cataguases, ECOJOB, EKA, Glastec, Guaruja, Hexis, Hidrosan, Kemira, Lonatec, Petranova, Pieralisi, ProMinent, Quimil, Saint-Gobain e Solvay pelo patrocínio; FINEP, CAPES e CNPq pelo financiamento de várias pesquisas citadas na publicação; Editora Cubo Multimidia pela diagramação do livro.

Sumário Capítulo 1 – Ocorrência da Água na Natureza 1.1. Considerações iniciais ..................................................................................................................................... 1 1.2. Disponibilidade de águas subterrânea e superficial .................................................................................... 2 1.3. Bibliografia ......................................................................................................................................................16

Capítulo 2 – Propriedades e Características das Águas 2.1. Introdução ........................................................................................................................................................17 2.2. Riscos presentes na fonte de abastecimento ...............................................................................................25 2.3. Propriedades da água .....................................................................................................................................31 2.4. Características das águas................................................................................................................................31 2.4.1. Amostragem ..........................................................................................................................................31 2.4.2. Características biológicas ...................................................................................................................34 2.4.2.1. Bactérias: coliformes totais, Escherichia coli, coliformes termotolerantes e bactérias heterotróficas .......................................................................................36 2.4.2.2. Protozoários (Giardia e Cryptosporidium) ......................................................................38 2.4.2.3. Vírus (enterovírus) .................................................................................................................40 2.4.2.4. Algas, cianobactérias e mexilhões .......................................................................................41 2.4.3. Características físicas e organolépticas .............................................................................................48 2.4.3.1. Turbidez, tamanho e distribuição de tamanho de partículas .........................................49 2.4.3.2. Cor verdadeira e cor aparente ..............................................................................................52 2.4.3.3. Sólidos dissolvidos e suspensos totais ................................................................................58 2.4.3.4. Temperatura ...........................................................................................................................59 2.4.3.5. Odor e gosto ............................................................................................................................59 2.4.3.6. Condutividade elétrica .........................................................................................................60 2.4.4. Características químicas .....................................................................................................................60 2.4.4.1. pH, alcalinidade, acidez, dureza e sistema do ácido carbônico......................................60 2.4.4.2. Ferro ........................................................................................................................................63 2.4.4.3. Manganês ................................................................................................................................64 2.4.4.4. Cloreto .....................................................................................................................................64 2.4.4.5. Oxigênio dissolvido ...............................................................................................................64 2.4.4.6. Sódio ........................................................................................................................................65 2.4.4.7. Sulfato ......................................................................................................................................65 2.4.4.8. Fosfato .....................................................................................................................................65 2.4.4.9. DBO5 e DQO ..........................................................................................................................65 2.4.4.10. Carbono orgânico total ......................................................................................................65 2.4.4.11. Alumínio ..............................................................................................................................65 2.4.4.12. Antimônio ............................................................................................................................66 2.4.4.13. Arsênio ..................................................................................................................................66 2.4.4.14. Bário ......................................................................................................................................67 2.4.4.15. Cádmio .................................................................................................................................67 2.4.4.16. Cianeto ..................................................................................................................................68 2.4.4.17. Chumbo ................................................................................................................................68 2.4.4.18. Cobre .....................................................................................................................................68 2.4.4.19. Cromo ...................................................................................................................................69 2.4.4.20. Mercúrio ...............................................................................................................................69 2.4.4.21. Nitrato, nitrito e nitrogênio amoniacal (amônia)...........................................................70 2.4.4.22. Selênio ...................................................................................................................................70 2.4.4.23. Sulfeto de hidrogênio .........................................................................................................71 2.4.4.24. Zinco .....................................................................................................................................71 2.4.4.25. Fluoreto .................................................................................................................................71

2.4.4.26. Alguns parâmetros orgânicos e agroquímicos ...............................................................71 2.4.4.27. Subprodutos de desinfecção ...............................................................................................72 2.4.5. Características radioativas ..................................................................................................................78 2.4.6. Características não consideradas pelos órgãos reguladores da qualidade da água de consumo ....................................................................................................................79 2.5. Bibliografia .......................................................................................................................................................81

Capítulo 3 – Classificação das Águas e Padrões de Potabilidade 3.1. Introdução ........................................................................................................................................................87 3.2. Classificação das águas ...................................................................................................................................87 3.2.1. Resolução CONAMA nº 357 (2005) .................................................................................................87 3.2.2. Aspectos da NBR 12216 (1992), Lei 9433 (1997) e Lei 9605 (1998)............................................94 3.3. Critérios da organização mundial da saúde e padrão de potabilidade ..................................................95 3.3.1. Plano de segurança da água – PSA e Portaria nº 518 (2004) ........................................................97 3.3.2. Parâmetros de qualidade da água (critérios da OMS e padrão brasileiro de potabilidade) ..100 3.3.2.1. Aspectos microbiológicos ..................................................................................................101 3.3.2.2. Aspectos físicos, químicos e radiológicos .......................................................................102 3.3.3. Amostragem segundo critérios da OMS e exigências da Portaria nº 518 (2004)....................107 3.3.4. Vigilância e controle segundo critérios da OMS e Portaria nº 518 ............................................110 3.4. Considerações finais ....................................................................................................................................111 3.5. Bibliografia .....................................................................................................................................................111

Capítulo 4 – Tecnologias de Tratamento de Água 4.1. Considerações gerais ....................................................................................................................................113 4.2. Tecnologia de ciclo completo .....................................................................................................................116 4.2.1. Características gerais .........................................................................................................................116 4.2.2. Coagulação e aplicação dos diagramas de coagulação ................................................................119 4.2.3. Mistura rápida e floculação...............................................................................................................130 4.2.3.1. Características gerais das unidades ...................................................................................130 4.2.3.2. Unidades de mistura rápida ...............................................................................................132 4.2.3.3. Unidades de floculação .......................................................................................................155 4.2.4. Unidades de decantação ....................................................................................................................186 4.2.4.1. Considerações iniciais .........................................................................................................186 4.2.4.2. Decantador convencional de escoamento horizontal ....................................................186 4.2.4.3. Decantador convencional de escoamento vertical ascendente ....................................216 4.2.4.4 – Decantador de alta taxa ....................................................................................................222 4.2.5. Flotação ...............................................................................................................................................271 4.2.5.1. Flotação eletrostática .........................................................................................................271 4.2.5.2. Flotação por ar disperso .....................................................................................................271 4.2.5.3. Flotação por ar dissolvido..................................................................................................271 4.2.6. Filtração rápida ...................................................................................................................................302 4.2.6.1. Considerações gerais ..........................................................................................................302 4.2.6.2. Características do meio filtrante ........................................................................................308 4.2.6.3. Perda de carga em meio granular fixo ..............................................................................314 4.2.6.4. Fluidificação de meios granulares .....................................................................................320 4.2.6.5. Métodos de controle dos filtros .........................................................................................331 4.2.6.6. Projeto de filtros rápidos .....................................................................................................388 4.3. Filtração direta descendente........................................................................................................................442 4.3.1. Considerações iniciais........................................................................................................................442 4.3.2. Parâmetros que influem na tecnologia ...........................................................................................446 4.3.2.1. Qualidade da água bruta .....................................................................................................447 4.3.2.2. Valores-limite dos parâmetros de qualidade para uso da tecnologia de filtração direta descendente ........................................................................466

4.3.3. Pré-tratamento ...................................................................................................................................467 4.3.3.1. Coagulação e produtos químicos ......................................................................................467 4.3.3.2. Mistura rápida.......................................................................................................................473 4.3.3.3. Floculação..............................................................................................................................474 4.3.3.4. Micropeneiramento .............................................................................................................485 4.3.3.5. Pré-oxidação .........................................................................................................................487 4.3.4. Meio filtrante .......................................................................................................................................491 4.3.5. Taxa de filtração, carga hidráulica disponível e método de operação .......................................494 4.3.6. Otimização do desempenho da filtração direta descendente .....................................................495 4.4. Filtração direta ascendente ..........................................................................................................................497 4.4.1. Considerações iniciais........................................................................................................................497 4.4.2. Evolução da tecnologia no Brasil ....................................................................................................501 4.4.3. Efeito da coagulação no desempenho da filtração........................................................................509 4.4.4. Efeito das descargas de fundo no desempenho da FDA..............................................................511 4.4.5. Estado da camada de areia nos filtros .............................................................................................525 4.4.6. Parâmetros de projeto ........................................................................................................................532 4.4.6.1. Qualidade da água bruta e taxas de aplicação .................................................................532 4.4.6.2. Fundo dos filtros e características do pedregulho e da areia ........................................533 4.4.6.3. Coleta de água filtrada e de água de lavagem ..................................................................535 4.4.6.4. Distribuição de água coagulada aos filtros – câmara de carga .....................................536 4.4.6.5. Taxa de filtração e carga hidráulica disponível................................................................539 4.4.6.6. Operação com descargas de fundo intermediárias ........................................................541 4.4.6.7. Água para lavagem e aplicação de água na interface pedregulho/areia ......................545 4.5. Dupla filtração ..............................................................................................................................................545 4.5.1. Introdução ..........................................................................................................................................545 4.5.2. Funcionamento da dupla filtração ...................................................................................................546 4.5.3. Coagulação e mistura rápida ............................................................................................................551 4.5.4. Remoção de turbidez .........................................................................................................................553 4.5.5. Remoção de cor ..................................................................................................................................601 4.5.6. Remoção de organismos fitoplanctônicos......................................................................................638 4.5.7. Projeto de sistemas de dupla filtração .............................................................................................690 4.5.7.1. Parâmetros de projeto .........................................................................................................690 4.5.7.2. Alimentação dos filtros ascendentes .................................................................................690 4.5.7.3. Fundo dos filtros, camada suporte e meios filtrantes.....................................................692 4.5.7.4. Arranjo das unidades de dupla filtração, taxas de filtração, carga hidráulica disponível e modo de operação ....................................................................................695 4.5.7.5. Lavagem dos filtros e aplicação de água na interface .....................................................697 4.6. Floto-filtração.................................................................................................................................................699 4.6.1. Características gerais da tecnologia .................................................................................................699 4.6.2. Parâmetros de projeto ........................................................................................................................700 4.7. Filtração em múltiplas etapas ......................................................................................................................708 4.7.1. Considerações iniciais........................................................................................................................708 4.7.2. Conceituação da FiME ......................................................................................................................717 4.7.3. Amadurecimento do meio filtrante do filtro lento .......................................................................726 4.7.4. Remoção de agroquímicos................................................................................................................729 4.7.5. Remoção de substâncias húmicas ...................................................................................................733 4.7.6. Remoção de organismos planctônicos ..........................................................................................739 4.7.7. Remoção de turbidez, sólidos suspensos e partículas .................................................................752 4.7.8. Remoção de coliformes .....................................................................................................................762 4.7.9. Uso de mantas na filtração lenta ......................................................................................................762 4.7.10. Projeto de instalações FiME ...........................................................................................................776 4.8. Bibliografia .....................................................................................................................................................806

Anexo Figuras Coloridas..................................................................................................................................................817

Capítulo 1

Ocorrência da Água na Natureza

1.1. Considerações iniciais O organismo humano necessita de uma quantidade variada de elementos indispensáveis para manter a vida, tais como: carbono, oxigênio, hidrogênio, nitrogênio, cálcio, fósforo, potássio, enxofre, sódio, cloro, magnésio, entre outros, os quais compõem a base química do protoplasma e participam dos processos metabólicos vitais. Igualmente, o organismo necessita, em quantidades muito pequenas, de elementos denominados traço, como cromo, cobalto, cobre, estanho, ferro, iodo, manganês, molibdênio, selênio, zinco e flúor. Outros elementos provavelmente são necessários ao ser humano; porém, sem importância confirmada, como arsênio, bário, bromo, estrôncio, níquel, silício e vanádio. Neste contexto, as águas naturais contêm grande parte desses elementos vitais que podem ser facilmente absorvidos pelo organismo na ingestão, constituindo, portanto, fonte essencial para o desenvolvimento humano. No entanto, as águas naturais também podem conter organismos, substâncias, compostos e elementos prejudiciais à saúde, devendo ter seu número ou concentração reduzidos (ou eliminados) para fins de abastecimento público. A Figura 1.1 mostra um esquema geral de um sistema de abastecimento de água, no qual tanto água superficial quanto subterrânea é usada para consumo humano. Na atualidade, têm sido observados sistemas com essa configuração, especialmente nas comunidades com populações superiores a 100000 habitantes. Em comunidades com populações menores (até 25000 habitantes), é comum o abastecimento de água utilizando poços (não profundos) ou mananciais superficiais. As águas superficiais e subterrâneas podem apresentar características muito diferentes, assim, alguns cuidados especiais são exigidos no tratamento, principalmente em relação ao pH para evitar problemas de corrosão, incrustação, sabor e odor na água. Poço Captação e casa de bombas

Adução

Tratamento

Lago Reservação

Casa de bombas

Barragem Reservatório elevado

Rede de distribuição zona baixa

Rede de distribuição zona alta

Figura 1.1. Esquema geral típico de um sistema de abastecimento com uso de água superficial e subterrânea.

Seleção de Tecnologias de Tratamento de Água

1.2. Disponibilidade de águas subterrânea e superficial A Figura 1.2 apresenta a distribuição de água no planeta, na qual se observa que 97,5% correspondem à água salgada e o restante, à água doce. Do total de água disponível para abastecimento, somente 31,1% vêm dos rios, lagos, fontes subterrâneas e outros reservatórios. Total de água no planeta

Total de água doce (2,5% do total)

Água salgada 97,5%

Calotas polares e geleiras 68,9% Água subterrânea doce 29,9%

Água doce 2,5% Outros reservatórios 0,9%

Água doce nos rios e lagos 0,3%

Figura 1.2. Distribuição de águas na terra (Shiklomanov, 1998).

A disponibilidade de água para uso antrópico no planeta é apresentada na Tabela 1.1, segundo levantamento realizado por Ayibotele (1992). O estudo mostra uma estimativa do declínio do valor per capita de água de qualidade satisfatória entre os anos 1950 e 2000. Apesar disso, observam-se menores reduções nas regiões mais desenvolvidas do planeta (Europa e América do Norte) vinculadas à maior conscientização ambiental do uso dos recursos hídricos. A distribuição de água no planeta, em relação aos volumes de água existentes nos principais compartimentos hídricos, é apresentada na Tabela 1.2, conforme levantamento realizado por Von Sperling (2005). Tabela 1.1. Disponibilidade e consumo de água no planeta (adaptado de Ayibotele, 1992). Região África Ásia América Latina Europa América do Norte Total

Disponibilidade de água per capita (m3/hab) Ano 1950 Ano 2000 20600 5100 9600 3300 105000 28300 5900 4100 37200 17500 178300 58300

Redução (%)

Tabela 1.2. Distribuição de água no planeta (adaptado de Von Sperling, 2005). Compartimento hídrico Total de água no planeta Oceanos e mares Água doce (em geral) Geleiras Águas subterrâneas (lençóis profundos) Águas subterrâneas (lençóis acessíveis) Lagos Umidade do solo Atmosfera (vapor de água) Rios

Volumes (km3) 1,3588 a 1,4585 bilhões 1,3213 a 1,3701 bilhões 0,033 a 0,035 bilhões 24 a 29,1 milhões 60000000 4000000 176400 a 280000 16500 a 85000 12250 a 14000 1000 a 1700

75 66 73 31 53 67

Capítulo 1 – Ocorrência da Água na Natureza

O Brasil possui grande quantidade de água em seu território, com 12% da água doce disponível no mundo e 28% do total presente no Continente Americano (ver Figura 1.3). Segundo o Ministério do Meio Ambiente/Agência Nacional de Águas (MMA/ANA, 2007), o país é considerado rico em termos de vazão média por habitante com, aproximadamente, 33 x 103m3/hab.ano, mas apresenta uma grande variação espacial e temporal das vazões. A região hidrográfica amazônica, por exemplo, detém 74% dos recursos hídricos superficiais e é habitada por menos de 5% da população brasileira; o restante do país com 95% da população, dispõe de somente 26% da água doce. Distribuição de água doce superficial no mundo

Distribuição de água doce superficial nas Américas

Américas (sem Brasil) 34%

América do Norte 34% Brasil 28%

Ásia 32%

Brasil 12% África 9% Europa 7%

Austrália e Oceania 6%

América Central 6% América do Sul (sem Brasil) 32%

Figura 1.3. Distribuição da água doce superficial no mundo e no continente americano (adaptado de MMA/ANA, 2007).

Veja esta figura colorida em anexo

A Figura 1.4 apresenta os dados sobre a distribuição dos recursos hídricos renováveis no planeta (em km3/ano). Observa-se que o Brasil, juntamente com Rússia e Estados Unidos da América EUA, é um dos países com maior potencial hídrico.

em km2/ano < 100 100-500 501-1000 1001-2000 2001-3000 < 3000

Figura 1.4. Distribuição dos recursos hídricos renováveis no planeta (Borghetti et al., 2004).

Seleção de Tecnologias de Tratamento de Água

A Figura 1.5 apresenta a disponibilidade hídrica social no planeta (m3/hab.ano), verificando-se que o Brasil ocupa uma posição intermediária.

Veja esta figura colorida em anexo em km2/ano < 250 251-500 501-1000 1001-2000 2001-4000 4001-6000 4001-6000

6000-10000 10001-25000 25001-50000 50001-75000 75001-100000 > 100000

Figura 1.5. Disponibilidade hídrica social no planeta (Borghetti et al., 2004).

O consumo médio de água no planeta é extremamente variável, entre 40m3/hab.ano (Etiópia) e 2000m3/hab.ano (EUA). Esse consumo no Brasil é da ordem de 350m3/hab.ano. Conforme Figura 1.6, do consumo anual de água no planeta, aproximadamente 69% destinam-se ao setor agrícola, 29% ao industrial e apenas 10% ao doméstico. A Figura 1.7 mostra a distribuição relativa do consumo de água em diferentes regiões do planeta.

Agricultura 69%

Industrial 21% Doméstico 10%

Figura 1.6. Distribuição relativa dos recursos hídricos renováveis no planeta em 2000 (Borghetti et al., 2004).

A importância da água para a sobrevivência do ser humano tem gerado conflitos entre diversos países pelo direito de captação do recurso. Os casos mais relevantes envolvem os rios: Ganges (Índia, Nepal e Bangladesh), Jordão (Israel, Jordânia, Líbano e Síria), Nilo (Egito, Sudão, Etiópia, Barundi, Quênia, Congo, Uganda, Ruanda e Tanzânia), Tigre e Eufrates (Iraque, Síria e Turquia). O problema será maior nos próximos anos, porque há previsão de crescimento de 30% a 70% da população nessas regiões até 2025, além da existência de projetos de irrigação que demandarão grandes quantidades de água no futuro em alguns dos países mencionados. Neste caso, a falta de acordos para o compartilhamento do uso do recurso certamente irá acirrar a competição entre eles e contribuir para a instabilidade político-social.

Capítulo 1 – Ocorrência da Água na Natureza

Ásia 62%

América do Norte 16%

Oceania 1% Ámérica Central 1%

Ámérica do Sul 4% África 5%

Europa 11%

Figura 1.7. Distribuição do consumo de água no planeta (Borghetti et al., 2004).

A Figura 1.8 apresenta a disponibilidade hídrica social no Brasil, verificando-se a existência de algumas regiões pobres de água (<2500m3/hab.ano) e outras em situação crítica (<1500m3/hab.ano), conforme verificado por Borghetti et al. (2004).

Per capita: m3/hab.ano Abundante > 20000 Muito rico > 10000 Rico > 5000 Situação limite > 2500 Pobre < 2500 Situação crítica < 1500

Figura 1.8. Disponibilidade hídrica social no Brasil (Borghetti et al., 2004).

Segundo a MMA/ANA (2007), a menor vazão média por habitante é observada na região hidrográfica Atlântico Nordeste Oriental, com média inferior a 1200m3/hab.ano. Destacam-se ainda, na condição de regiões com pouca disponibilidade hídrica, algumas bacias do Atlântico Leste, Parnaíba e São Francisco (a divisão hidrográfica nacional é mostrada na Figura 1.9). Na porção semi-árida dessas regiões, a presença de açudes para o armazenamento de água e a regularização das vazões dos rios intermitentes são fundamentais e estratégicas para o abastecimento público, dessedentação de animais, irrigação e demais usos.

Seleção de Tecnologias de Tratamento de Água

RN PB

Veja esta figura colorida em anexo

PE AC TO

RO RH Amazônica

RH Atlântico Leste

RH Atlântico Nordeste Ocidental

RH Atlântico Nordeste Oriental RH Atlântico Sudeste RH Atlântico Sul

MS SP

RH Paraíba

RH São Francisco RH Tocantins-Araguaia

RH Uruguai RH Paraguai

RH Paraná

Figura 1.9. Divisão hidrográfica e político-administrativa do Brasil (MMA/ANA, 2007).

A Tabela 1.3 apresenta o consumo de água no Brasil, em função das regiões hídricas indicadas na Figura 1.9. Verifica-se que a região do Paraná prepondera em todos os usos, exceto na irrigação, a qual se situa em terceiro lugar. Segundo o MMA/ANA (2007), a região do Atlântico Sudeste apresenta usos relevantes no abastecimento público urbano e industrial devido a suas grandes metrópoles. As regiões do Atlântico Nordeste Oriental, do Atlântico Leste e do São Francisco apresentam usos humanos rurais consideráveis, uma vez que seus processos de migração rural para as cidades foram menos intensos. A irrigação suplementar destaca-se nas regiões do Atlântico Sul e do Uruguai, especialmente por causa do arroz irrigado por inundação, além da região do Paraná, devido a outros tipos de cultura. Nas regiões do Atlântico Nordeste Oriental e São Francisco, a irrigação é preponderante como alternativa de superação da seca no semi-árido. A demanda animal destaca-se nas regiões do Paraná, do Tocantins-Araguaia e Amazônica, resultante da intensa atividade pecuária, dentre outras. A distribuição relativa do consumo de água no Brasil, referente às principais atividades desenvolvidas, é mostrada na Figura 1.10, na qual se observa a supremacia do uso da água para irrigação, resultado das atividades agrícolas. O consumo total de água nas diferentes regiões do Brasil pode ser visto na Figura 1.11. Nota-se que os maiores valores são encontrados nas regiões Sul e Sudeste, decorrentes principalmente das intensas atividades agroindustriais e dos costumes da população. Segundo Borghetti et al. (2004), a água subterrânea representa 29,9% da água doce disponível no planeta. Em alguns continentes e países, o abastecimento é efetuado, em grande parte, por esse tipo de fonte, destacando-se: Índia (80%), Europa (75%), Brasil (61%), Estados Unidos da América (51%), Ásia/ Pacífico (31%) e América do Sul (29%).

Capítulo 1 – Ocorrência da Água na Natureza Tabela 1.3. Usos de água nas regiões hidrográficas brasileiras (adaptado de MMA/ANA, 2007). Humana Urbana Humana Rural Indústria Irrigação (m3/s) % (m3/s) % (m3/s) % (m3/s) % Amazônica 14,1 30 3,2 7 2,9 6 13,8 29 Tocantins-Araguaia 12,5 25 2 4 2 4 19,6 39 Atlântico Nordeste Ocidental 8,1 50 2,6 16 0,8 5 1,8 11 Parnaíba 6,1 32 1,3 7 0,5 3 8,9 47 Atlântico Nordeste Oriental 42,6 25 5,9 4 15,1 9 100,6 60 São Francisco 25,9 18 4,3 3 15,4 10 93,9 64 Atlântico Leste 26,8 40 5,1 8 5,7 8 22,1 33 Atlântico Sudeste 77,6 46 3,6 2 44,2 26 39,4 23 Atlântico Sul 32,4 14 2,4 1 28,4 12 168,2 71 Uruguai 7,8 5 1,6 1 4,1 3 128 86 Paraná 159,7 33 7,8 2 159,9 33 116,6 24 Paraguai 5,3 28 0,3 2 0,5 3 4,2 22 Total Brasil 418,9 27 40,1 3 279,5 18 717,1 46 *Uso animal: inclui dessedentação, higiene e demais usos de água para permitir atividade de criação. Regiões

Animal* (m3/s) 12,8 14,7 2,8 2,3 4,2 8 7,5 7,8 5,8 7,3 33,5 8,6 115,3

Irrigação 46% Animal 6%

Humana urbana 27% Indústria 18% Humana rural 3%

Figura 1.10. Demanda de recursos hídricos no Brasil (Borghetti et al., 2004).

Sudeste 44%

Sul 31%

Centro Oeste 4% Norte 2% Nordeste 19%

Figura 1.11. Participação relativa do consumo total de água no Brasil (Borghetti et al., 2004).

% 28 28 18 11 2 5 11 3 2 5 8 45 6

Seleção de Tecnologias de Tratamento de Água

A Figura 1.12 mostra a área de recarga dos 27 principais sistemas de aquíferos brasileiros. Segundo a ANA (2007), as reservas desses sistemas totalizam, aproximadamente, 20 x 103m3/s. A disponibilidade hídrica subterrânea (reserva explorável) corresponde a cerca de 4100m3/s. As características dos principais sistemas aquíferos do país são apresentadas na Tabela 1.4.

Boa Vista

Motuca Serra Grande

Barreiras

Alter do Chão

Jandaira

Itapecuru Corda

Açu

Solimões

Missão Velha Tacaratu

Exu Cabeças

Poti-Piauí Veja esta figura colorida em anexo

Inajá Marizal

Urucuia-areado Parecis

Furnas

Beberibe

São Sebastião

Bambui

Ponta Grossa Barreiras

Bauru-Caiuá

Guarani

Serra Geral

Figura 1.12. Área de recarga dos principais sistemas aquíferos do Brasil (ANA, 2007).

Analisando os principais aquíferos brasileiros, o Guarani tem sido considerado como a grande reserva de água para o futuro. É o maior manancial de água doce subterrânea do mundo e, segundo a ANA (2007), distribui-se em uma área de aproximadamente 1195000km2 (com cerca de 2000km de comprimento no sentido nordeste-sudoeste e 800km de largura) no Brasil, Argentina, Paraguai e Uruguai. No Brasil, esse sistema ocorre no subsolo dos Estados de: Goiás, Mato Grosso, Mato Grosso do Sul, Minas Gerais, São Paulo, Paraná, Santa Catarina e Rio Grande do Sul. O aquífero tem espessura entre 200 e 800m, com valor médio de 250m. A reserva renovável do aquífero corresponde a 805,7m3/s, da qual 161,1m3/s podem ser explorados (ver Tabela 1.4). A Figura 1.13 mostra a localização do aquífero Guarani na América do Sul.

Capítulo 1 – Ocorrência da Água na Natureza Tabela 1.4. Disponibilidade de águas subterrâneas nos principais sistemas aquíferos do Brasil (ANA, 2007). Sistema aquífero Solimões Alter do chão Boa Vista Parecis Jandaíra Açu Itapecuru Corda Motuca Poti-Piauí Cabeças Serra Grande

Tipo

Região hidrográfica dominante

Área de recarga (km2)

Espessura média (m)

P, L 457664 P, L 312574 Amazônica P, L 14888 P, L 88157 150 Atlântico Nordeste CF 11589 600 P, C 3674 200 Oriental P, L 204979 100 P, L, C 35266 160 P, L Tocantins/Araguaia e 10717 P, L, C 117012 400 Parnaíba P, L, C 34318 300 P, L, C 30450 500 Atlântico Leste, Atlântico Sudeste, Atlântico Nordeste 176532 60 Barreiras P, L, C Oriental, Atlântico Nordeste Ocidental, Tocantins/Araguaia Atlântico Nordeste 318 100 Beberibe P, L, C Oriental Atlântico Leste, São 18797 200 Marizal P, L, C Francisco São Sebastião P, L, C Atlântico Leste 6783 Inajá P, L, C São Francisco 956 300 São Francisco e 3890 200 Tacaratu P, L Atlântico Nordeste Exu P, L 6397 Oriental Atlântico Nordeste 1324 130 Missão Velha P, L, C Oriental São Francisco, Urucuia144086 300 P, L Parnaíba, Tocantins/ Areado Bambuí CF 181868 Araguaia Bauru-Caiuá P, L Paraná 353420 200 Paraná, Atlântico Sul, 411855 Serra Geral F 150 Guarani P, L, C 89936 250 Uruguai, Paraguai Ponta Grossa P, L, C Tocantins/Araguaia e 24807 300 Furnas P, L, C 24894 200 Paraguai Total 2767151 1 P: poroso; L: livre; C: confinado; F: fraturado; CF: cárstico-fraturado; 2 20% das reservas renováveis (ANA, 2007); e -: sem informação.

Reserva (m3/s)

Precipitação (mm/ano)

Renovável

Explorável2

2206 2098 2450 1890 823 881 1836 1371 1470 1342 1104 943

4481,5 1247,5 162 2324 30,5 10,5 1074 46 15 650 36 63,5

896,3 249,5 32,4 464,8 6,1 2,1 214,8 9,2 3 130 7,2 12,7

1938

1085

217

2073

0,4

514

7,2

1358 722 965

41 1,5 14,5

8,2 0,3 2,9

777

0,6

1115

0,2

1294

1182

236,4

1165 1457 1681 1487 1543 1511 -

201,5 2939,5 3731,5 805,7 145,5 143 20473,2

40,3 587,9 746,3 161,1 29,1 28,6 4094,64

O Brasil é o país com maior área do aquífero Guarani (70,2%), seguido pela Argentina (18,9%), Paraguai (6,0%) e Uruguai (4,9%) (ver Figura 1.14). A área total de afloramento do aquífero Guarani é de aproximadamente 153km2, sendo 102km2 localizados em diversos estados do Brasil, conforme Tabela 1.5. Na Figura 1.15, são apresentadas fotos de afloramentos nas cidades de Araraquara e São Pedro, ambas no Estado de São Paulo (Brasil).

Seleção de Tecnologias de Tratamento de Água

Venezuela Guiana Guiana Francesa Suriname

Colômbia Equador

Brasil

Peru

Bolívia Paraguai Chile Argentina Uruguai

Aquífero Guarani Limite da Bacia Geológica do Paraná

Figura 1.13. Localização do aquífero Guarani na América do Sul (Borghetti et al., 2004). Brasil

Cuiabá

Brasília Goiânia

Bolívia

Uberaba

Campo Grande

Ribeirão Preto

Paraguai

São Paulo Assunção

Foz do Iguaçu Curutiba

Argentina Corrientes

Posadas

Porto Alegre Santa Fé

Florianópolis

Oceano Atlântico

Paraná Uruguai Buenos Aires

Montevidéu

Figura 1.14. Área de afloramento (escura) e área de confinamento (clara) do aquífero Guarani (Borghetti et al., 2004).

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