Água Subterrânea e Abastecimento Público

Captação de Água Subterrânea

Corresponde a 0,6% de toda a água do globo terrestre e 97% do volume global de água doce.

Distribuição da Água Subterrânea

A parte superior da crosta, denominada zona de fratura da rocha, é normalmente porosa.

A camada superior do solo, onde os espaços intergranulares estão parcialmente ocupados pela água, é denominada zona de aeração.

Por efeito da capilaridade, a água eleva-se acima do nível da zona de saturação, formando a franja capilar. A altura da elevação capilar depende da dimensão dos interstícios.

Para fins hidrológicos, a zona de saturação é a mais importante. Essa zona se encontra completamente cheia de água.

Aquíferos

Denominação dada a uma zona saturada cuja água no seu interior existe em quantidade suficiente para permitir o seu aproveitamento econômico.

Aquíferos Freáticos (Livres)

Originam-se das águas de chuva que se infiltram através das camadas permeáveis do terreno até encontrar uma camada impermeável. A água que enche os poros no topo da parte saturada (nível freático) está submetida à pressão atmosférica.

Os poços que exploram aquíferos freáticos são normalmente rasos. Em geral, têm entre 3 e 20 metros de profundidade e diâmetro entre 1 e 2 metros, e sua vazão é relativamente pequena.

Tipos de poços rasos:

• Poços escavados: Abertos manualmente.
• Poços perfurados: Abertos por meio de trados ou brocas.
• Poços cravados: Tubos metálicos com ponteiras, cravados por percussão ou rotação.

Aquíferos Confinados (Artesianos)

Situam-se entre camadas impermeáveis e possuem água submetida a pressão superior à atmosférica. A água provém, geralmente, de infiltrações em áreas de recarga distantes, como brejos e lagos.

Os poços que retiram água de um aquífero confinado são chamados de poços profundos. Nestes, a água ascende até atingir o nível da linha piezométrica. Se a linha piezométrica estiver acima da superfície do terreno, a água jorrará (poço jorrante).

Poços profundos: Captam água de lençóis situados entre duas camadas impermeáveis. Poços perfurados exigem mão de obra e equipamentos especiais para sua construção.

Porosidade e Propriedades do Aquífero

A porosidade (n) é a percentagem de vazios (poros) existentes no material.

• Alta porosidade: Argila, areia, pedregulho, mistura de pedregulho e areia.
• Média porosidade: Arenito.
• Baixa porosidade: Quartzo, granito.

Porosidade efetiva: Parcela da água que pode ser drenada por gravidade. Uma parte desta água ficará retida nos interstícios devido à atração molecular da película que envolve os grãos.

Retenção específica: É a parcela da água de saturação que não se liberta da unidade de volume do material saturado, sob a ação da gravidade. É, portanto, a diferença entre a porosidade total e a porosidade efetiva. A retenção específica é tanto maior quanto menor for o tamanho das partículas.

Coeficiente de permeabilidade (K): É a capacidade do meio poroso de transmitir a água.

Coeficiente de armazenamento (S): Expressa a capacidade de armazenamento útil de um aquífero, por unidade de área horizontal.

Armazenamento específico (Se): Representa o volume de água que pode ser liberado do aquífero, correspondente ao rebaixamento unitário da altura piezométrica.

Coeficiente de transmissividade (T): Representa a vazão que escoa através de uma seção vertical do aquífero com largura de 1 metro, quando o gradiente hidráulico (perda de carga por unidade de comprimento) é igual à unidade.

Hidráulica de Poços

Etapas da construção de um poço:

1. Perfuração: Métodos incluem Rotação/Rotativa, Percussão, A ar comprimido/Roto-pneumática.
2. Completação: Colocação da tubulação e demais componentes definitivos (revestimento, filtro, pré-filtro) e cimentação.
3. Desenvolvimento: Limpeza e otimização da entrada de água no poço (ex: pistoneamento, injeção de ar comprimido, bombeamento com injeção de água sob pressão ou com bomba submersa).
4. Teste de Bombeamento: Avaliação da capacidade do poço e do aquífero, utilizando equipamentos como bomba submersa, injetora, manual, centrífuga ou compressor.
5. Instalação: Instalação do sistema de bombeamento definitivo e registro de dados como vazão (Q), nível estático (NE) e nível dinâmico (ND).

Superexploração de Aquíferos

Ocorre quando a extração de água subterrânea ultrapassa a recarga natural por longo tempo. Os aquíferos sofrem depleção e o lençol freático (ou nível piezométrico) começa a baixar.

Consequências:

• Poços rasos, usados para abastecimentos locais e irrigações, secam;
• Poços de produção têm que ser aprofundados, despendendo mais energia para bombeamento;
• Pode ocorrer subsidência do terreno e intrusão salina em áreas costeiras.

Previsão de População e Demanda de Água

A demanda de água em uma cidade é função de:

• Número de habitantes a serem abastecidos;
• Quantidade de água consumida por pessoa (consumo per capita).

Consumo Médio Per Capita

Componentes principais do consumo:

1. Doméstico
2. Industrial e Comercial
3. Público
4. Perdas no sistema

Fatores que Afetam o Consumo

• Clima
• Hábitos e nível de vida da população
• Características da cidade (industrial, turística, etc.)
• Tamanho da cidade
• Presença ou ausência de hidrômetros (medição)
• Pressão na rede de distribuição

Coeficientes de variação de consumo:

K1 = Consumo do dia de maior consumo / Consumo médio diário

K2 = Consumo da hora de maior consumo / Consumo médio horário

Fases do Crescimento Populacional

O crescimento populacional geralmente apresenta três fases distintas:

1. Crescimento rápido (geométrico) quando a população é pequena.
2. Crescimento mais constante (linear ou aritmético).
3. Taxa de crescimento decrescente, tendendo à estabilização (curva logística).

Método da Razão e Correlação

Assume-se que a população da cidade em estudo possui a mesma tendência de crescimento da região onde está inserida. A razão entre a população da cidade e da região é calculada e projetada para anos futuros.

População Flutuante

O número de pessoas que utilizam a cidade temporariamente (população flutuante) também é significativo e deve ser considerado no cálculo das vazões de projeto. É o caso de cidades balneárias, estâncias climáticas e centros universitários.

Sistema de Abastecimento Público de Água

Num sistema de tratamento de água convencional, a ordem usual das operações unitárias é:

1. Coagulação
2. Floculação
3. Decantação (ou Sedimentação)
4. Filtração
5. Desinfecção
6. Fluoretação (quando aplicável)
7. Correção de pH (quando aplicável)

Dimensionamento de ETA

O dimensionamento de uma Estação de Tratamento de Água (ETA) considera a vazão necessária para atender aos principais usos da água: residencial, industrial (incluindo comercial) e público, além das perdas.

Localização da ETA

Normas técnicas recomendam que a ETA esteja em local:

• De fácil acesso em qualquer época do ano;
• Com disponibilidade de energia elétrica;
• Com vias de acesso para transporte de pessoal e de produtos químicos;
• Livre de enxurradas e acima da cota máxima de enchente conhecida.

Antes da primeira etapa do tratamento (geralmente coagulação), faz-se a remoção de materiais grosseiros da água bruta por meio de grades e telas (gradeamento).

Etapas do Tratamento Convencional

1. Pré-tratamento (opcional): Pode incluir aeração para remoção de gases dissolvidos (melhorando gosto e odor) ou pré-cloração/oxidação. A aeração pode ser feita por injeção de ar, aspersão ou em cascata.
2. Casa de Química: Local para preparar, dosar e aplicar os produtos químicos (coagulantes, alcalinizantes, etc.).
3. Coagulação e Mistura Rápida: Adição do coagulante (ex: sulfato de alumínio - Al2(SO4)3 ou cloreto férrico - FeCl3) com agitação intensa para desestabilizar as partículas em suspensão e coloidais.
4. Floculação: Agitação lenta para promover o encontro das partículas desestabilizadas, formando flocos maiores e mais pesados.
5. Decantação (ou Sedimentação): Os flocos formados depositam-se no fundo do decantador pela ação da gravidade, clarificando a água.
6. Filtração Rápida: A água passa através de um leito filtrante (geralmente areia e antracito) que remove as partículas e flocos remanescentes, além de microrganismos. Auxilia na redução final de cor e turbidez e remove grande parte das bactérias.
7. Desinfecção (Tanque de Contato): Adição de um agente desinfetante (normalmente cloro ou derivados) para eliminar microrganismos patogênicos remanescentes. O tanque de contato garante tempo suficiente para a ação do desinfetante.
8. Correção de pH e Fluoretação: Ajuste final do pH para evitar corrosão ou incrustação na rede e adição de flúor para prevenção de cáries dentárias (obrigatório em muitos locais).

Métodos de Captação de Água

• Águas Pluviais: Coleta em telhados, armazenamento em cisternas (uso geralmente restrito a fins não potáveis sem tratamento adequado).
• Águas Superficiais: Retirada de rios, córregos, lagos, reservatórios. A captação deve se localizar a montante de possíveis focos de poluição. Tipos de captação superficial:
  • Captação direta;
  • Captação com barragem de nível (elevação do nível mínimo);
  • Captação com barragem de regularização de vazão (armazenamento).
• Águas Subterrâneas: Exploração de fontes naturais, poços rasos (freáticos) ou poços profundos (artesianos).

Tipos de Água Bruta e Tratamento Necessário

A complexidade do tratamento depende da qualidade da água bruta:

• Água Tipo A: Subterrânea ou superficial de bacias protegidas - requer desinfecção e, se necessário, correção de pH e fluoretação.
• Água Tipo B: Subterrânea ou superficial de bacias não protegidas - requer tratamento simplificado (ex: filtração lenta ou direta), desinfecção, correção de pH e fluoretação.
• Água Tipo C: Água superficial de bacias não protegidas - requer tratamento convencional (coagulação, floculação, decantação, filtração), desinfecção, correção de pH e fluoretação.
• Água Tipo D: Água superficial de bacias não protegidas, sujeitas a fontes de poluição - requer tratamento tipo C e, possivelmente, processos adicionais específicos (ex: adsorção com carvão ativado), conforme a natureza da poluição.

Saneamento Básico

Saneamento básico é o conjunto de serviços, infraestruturas e instalações operacionais de abastecimento de água potável, esgotamento sanitário, limpeza urbana e manejo de resíduos sólidos, e drenagem e manejo das águas pluviais urbanas. Visa melhorar a saúde, a qualidade de vida e o desenvolvimento socioeconômico.

Saneamento Básico no Brasil

Historicamente, houve um foco na expansão dos serviços de água e esgoto para reduzir a mortalidade, especialmente durante o período do Plano Nacional de Saneamento (Planasa).

Importância Sanitária do Abastecimento de Água

Fundamental para:

• Controle e prevenção de doenças de veiculação hídrica;
• Melhoria das práticas de higiene pessoal e coletiva;
• Suporte à limpeza pública e outras atividades urbanas;
• Desenvolvimento de atividades econômicas (industrial, comercial, etc.).

Importância Econômica do Abastecimento de Água

O acesso à água tratada evita doenças, o que aumenta a qualidade de vida e a produtividade da população, além de reduzir custos com saúde pública e perdas econômicas associadas a enfermidades.

Componentes do Sistema de Abastecimento de Água

O sistema é composto tipicamente por:

• Captação: Retirada da água do manancial.
• Adução: Transporte da água bruta até a ETA (pode incluir bombeamento/recalque).
• Tratamento: Processos na ETA para tornar a água potável.
• Reservação: Armazenamento da água tratada para garantir a regularidade do abastecimento e atender às demandas de pico.
• Distribuição: Rede de tubulações que leva a água tratada aos consumidores.

Impurezas da Água

As impurezas podem ser classificadas como:

• Em suspensão: Partículas visíveis como areia, argila, algas, vermes, larvas (removíveis por processos físicos como decantação e filtração).
• Em estado coloidal: Partículas muito pequenas que não sedimentam facilmente, como alguns corantes vegetais, sílica coloidal, vírus (removíveis por processos físico-químicos como coagulação).
• Em dissolução: Substâncias dissolvidas na água, como sais (bicarbonatos, carbonatos, sulfatos, cloretos), metais (cálcio, magnésio, ferro) (remoção exige processos específicos como troca iônica, osmose reversa, aeração para alguns gases).
• Substâncias químicas diversas: Incluindo compostos nitrogenados (matéria orgânica, amônia, nitritos, nitratos) e gases dissolvidos (oxigênio, gás carbônico, gás sulfídrico).

Contaminantes da Água

Os contaminantes podem ter origem:

• Natural: Microrganismos presentes no ambiente (ex: bactérias do solo, algumas algas tóxicas), minerais dissolvidos de rochas (ex: arsênio, flúor em excesso).
• Antropogênica (ação humana): Descarga de esgotos domésticos e industriais, uso de agrotóxicos na agricultura, lixiviação de aterros sanitários, problemas em sistemas hidráulicos (ex: corrosão de tubulações).

Estágios das Doenças de Veiculação Hídrica

O desenvolvimento de uma doença infecciosa geralmente segue estas fases:

1. Incubação: Período entre a infecção pelo agente patogênico e o aparecimento dos primeiros sintomas (duração variável).
2. Invasão: O organismo reconhece a presença do agente e inicia a resposta imunológica; podem surgir sintomas gerais.
3. Estado: Os sintomas específicos da doença manifestam-se de forma clara e intensa.
4. Declínio: Os sintomas começam a diminuir à medida que o organismo controla a infecção.
5. Convalescença: Período de recuperação do organismo após a doença.
6. Transmissibilidade: Período durante o qual o indivíduo infectado pode transmitir o agente patogênico a outros (pode ocorrer em diferentes fases da doença, inclusive na incubação ou convalescença).

Análises da Água de Abastecimento

Para garantir a qualidade da água, realizam-se diferentes tipos de análises:

• Física: Medida de parâmetros que afetam a aparência e aceitação da água, como temperatura, turbidez, cor, odor e sabor.
• Química: Determinação da concentração de substâncias orgânicas e inorgânicas, incluindo nutrientes, metais, pesticidas, subprodutos da desinfecção, e parâmetros indicadores de poluição.
• Bacteriológica: Pesquisa de bactérias indicadoras de contaminação fecal (como Escherichia coli e coliformes totais) para avaliar o risco de presença de microrganismos patogênicos.
• Microscópica: Identificação e contagem de microrganismos como algas e protozoários, que podem causar problemas de gosto, odor, turbidez ou entupimento de filtros, além de auxiliar na interpretação de outras análises.

Agentes Causadores e Transmissores

• Agentes causadores de doenças hídricas: Bactérias (ex: Vibrio cholerae, Salmonella), protozoários (ex: Giardia lamblia, Entamoeba histolytica), vírus (ex: vírus da Hepatite A, Rotavírus), vermes (helmintos, ex: Ascaris lumbricoides), fungos.
• Agentes transmissores (vetores relacionados ao saneamento inadequado): Mosquitos (ex: Aedes aegypti - Dengue, Zika, Chikungunya, Febre Amarela), ratos (Leptospirose), baratas, moscas.

Doenças Relacionadas

Exemplos de doenças relacionadas à água ou saneamento deficiente: Cólera, febre tifoide, gastroenterites, hepatite A, giardíase, amebíase, leptospirose, esquistossomose, dengue.

pH da Água

O pH indica a acidez (0 a <7) ou alcalinidade (>7 a 14) da água. Um pH neutro é 7.

• Água ácida (pH baixo): Pode ser corrosiva para tubulações e liberar metais na água.
• Água alcalina (pH alto): Pode levar à formação de incrustações (dureza) em tubulações e equipamentos, e reduzir a eficiência da desinfecção com cloro.

O pH da água tratada é ajustado na ETA para um valor adequado para consumo e para proteger o sistema de distribuição (frequentemente na faixa de 6,5 a 8,5, mas pode variar).