1. Toplumsal Cinsiyet ve Kültür
1.1. Kadın Bedeni ve Cinselliğ
4.1 Generalidades
Os filtros piloto utilizados para o desenvolvimento desse projeto estão instalados na Estação de Tratamento de Água do Rio Grande, conforme apresenta a Figura 4.1. Essa ETA capta água do braço Rio Grande, integrante do Reservatório Billings.
Figura 4.1 – Vista Aérea da Estação de Tratamento de Água do Rio Grande.
4.1.1. Reservatório Billings
A Bacia Hidrográfica da Billings ocupa um território de aproximadamente 582,8 km2, localizado no sudoeste da Região Metropolitana de São Paulo, fazendo limite, a oeste, com a Bacia hidrográfica da Guarapiranga e, ao sul, com a Serra do Mar. Sua área de drenagem abrange de forma integral o município de Rio Grande da Serra e parcialmente os municípios de Diadema, Ribeirão Pires, Santo André, São Bernardo do Campo e São Paulo (RIBEIRO; WHATELY, 2002).
O reservatório Billings, que apresenta uma área de 120 km2 com volume estimado em 1,2 bilhões de m3 e vazão média natural de 18 m3/s, foi construído em 1937 com a principal finalidade de aproveitar as águas do rio Tietê para geração de energia elétrica na Usina Elétrica Henry Borden, em Cubatão. Pode
receber águas da bacia do rio Tietê através da estação de recalque de Pedreira, situada junto à barragem de Pedreira do rio Pinheiros, de onde suas águas são conduzidas, conforme citado, para Cubatão através da barragem reguladora do canal das Pedras.
A Figura 4.2 mostra o posicionamento da Estação de Tratamento de Água do Rio Grande com relação ao braço do reservatório Billings que abastece a mesma.
Figura 4.2 – Posicionamento da ETA Rio Grande em relação ao Reservatório do Rio Grande.
Em 1981, o reservatório foi seccionado por meio da construção da Barragem Anchieta, no Riacho Grande, junto à via Anchieta, resultando em dois compartimentos: Pedreira e Rio Grande. O objetivo desse seccionamento foi preservar a qualidade das águas do compartimento Rio Grande, local onde é feita captação para abastecimento público. A Figura 4.3 mostra uma foto de satélite do braço Rio Grande.
Figura 4.3 – Foto de satélite do braço Rio Grande.
O clima predominante na região apresenta características tropicais e subtropicais, com temperatura média de 19°C e índices pluviométricos anuais com gradiente alto, crescendo à medida que se aproxima da região serrana. Nas proximidades de Pedreira, próximo à barragem formadora da Represa Billings, esse índice médio é de 1.300 mm anuais. No eixo do corpo central e no braço do Rio Grande, a pluviosidade sobe para 1.500 mm, chegando a atingir 35.500 mm/ano no divisor com a bacia litorânea (HIDROPLAN, 1995).
4.1.2. Estação de Tratamento de Água do Rio Grande
O Sistema Produtor Rio Grande entrou em operação em 1958. Tratava-se de uma ETA convencional, com vazão de 0,6 m3/s, constituída por uma unidade de mistura rápida, 3 floculadores com 390 m3 cada um, 3 decantadores de fluxo ascendente com 2.160 m3 cada e 6 filtros rápidos de fluxo ascendente com área de 72 m2, tendo areia com material filtrante.
Esse sistema foi ampliado em 1968, de maneira que a capacidade de tratamento foi aumentada de 0,6 m3/s para 1,45 m3/s. Foram necessárias as construções mais 4 novas unidades de floculação e decantadores, além de mais 8 filtros, totalizando ao final da ampliação um número de 7 floculadores, 7 decantadores e 14 filtros, todos com dimensões idênticas às unidades existentes.
Nos anos de 1997 e 1998, a ETA Rio Grande teve sua vazão de tratamento ampliada de 3,8 m3/s para 4,5 m3/s. Para isso, foi necessária as construções de uma nova casa de química, estrutura de chegada de água bruta,
2 decantadores de fluxo laminar associados a sistemas de floculação mecanizada e mais 4 filtros rápidos de areia do tipo camada profunda. Com isso, a ETA, conforme apresenta a Figura 4.4, passou a ter uma ala de tratamento denominada nova, acima citada, e uma ala denominada antiga, composta de decantadores híbridos de fluxo horizontal do tipo convencional, compostos por módulos tubulares, floculadores hidráulicos e filtros convencionais de dupla camada areia-antracito.
Figura 4.4 – Vista geral da ETA Rio Grande.
Os principais problemas de qualidade da água existentes no braço do Rio Grande são devidos a grande carga de esgotos sanitários advindos da cidade de Ribeirão Pires e que são lançados sem tratamento na represa. Esse problema tem aumentado o grau de eutrofização do corpo d’água, dificultando a operação da ETA, pois o aumento da concentração de algas na água bruta exige maior aplicação de coagulante, aumento nas dosagens de agente oxidante, diminuição das carreiras de filtração e dificuldade nas operações de lavagem.
A água bruta do Reservatório Billings é recalcada até a ETA Rio Grande por uma adutora de 2.500 mm de diâmetro. A estação elevatória possui 6 conjuntos motos-bomba funcionando mais uma de reserva e à montante das mesmas é feita a aplicação do Carvão Ativado em Pó (CAP) na água bruta com o intuito de controlar os compostos causadores de gosto e odor. Imediatamente após chegar à ETA, a água bruta é coagulada com sulfato férrico. A Tabela 4.1 mostra os valores médios das características da água bruta do Sistema Produtor Rio Grande.
Tabela 4.1 – Valores médios das características da água bruta do Sistema Produtor Rio Grande.
Parâmetro Valores Médios
pH 7,34 ± 0,35 Temperatura (°C) 22,15 ± 2,65 Turbidez (UT) 6,22 ± 3,43 Cor (UC) 38,3 ± 8,92 Condutividade (µmho/cm) 301 ± 45 COT (mg/L) 8,09 ± 1,46 DQO (mg/L) 17,25 ± 3,26 O.D. (mg/L) 4,62 ± 1,12 Cloretos (mg/L Cl-) 66,61 ± 11,07 Manganês solúvel (mg/L) 0,166 ± 0,05 Ferro (mg/L) 0,43 ± 0,24 Cobre (mg/L) 0,06 ± 0,07 Mercúrio (mg/L) 0,002 ± 0,004 Fósforo total (mg/L) 0,034 ± 0,002 Fósforo reativo (mg/L) 0,003 ± 0,001 N-Amon (mg/L) 0,36 ± 0,16 N-NO3- (mg/L) 0,11 ± 0,05 4.2. Aparato experimental
O aparato experimental foi composto, principalmente, por 4 filtros por gravidade, de alta taxa do tipo camada profunda e fluxo descendente em escala piloto operados em paralelo. Conforme dito anteriormente, a estação piloto está instalada na Estação de Tratamento de água do Rio Grande, próximo à ala nova da referida ETA. Na Figura 4.5 é possível observar todo o aparato construído para facilitar a operação dos referidos filtros.
Figura 4.5 – Vista lateral da estrutura de madeira feita de dois andares com o telhado na parte superior e os filtros piloto localizados à esquerda.
Os filtros piloto possuem 5 m de altura, diâmetro externo de 156 mm e interno de 150 mm. O material utilizado na construção dos filtros foi PVC na parte superior e acrílico na inferior, de modo a permitir a visualização da camada suporte e da expansão do leito durante a lavagem dos filtros. Na interseção entre esses dois materiais foi colocada uma flange móvel de acrílico, com aproximadamente 70 cm, facilitando o preenchimento dos filtros, assim como eventuais alterações no material filtrante. A Figura 4.6 mostra em detalhes os filtros com todos os detalhes descritos acima.
Figura 4.6 – Detalhe dos 4 filtros de alta taxa e fluxo descendente em escala piloto operados em paralelo.
A água decantada que abasteceu os filtros piloto era a mesma dos filtros que operavam em escala real na ETA, de modo a tornar a pesquisa a mais próxima possível da realidade. Essa água decantada chegava a uma caixa de armazenamento, apresentada na Figura 4.7, que tinha como objetivo abastecer os filtros piloto por gravidade e ao mesmo tempo, trabalhar como um sistema pulmão por pelo menos uma hora. Essa caixa de alimentação possui um extravasor na parte superior, de modo a não transbordar, além de um registro no fundo, onde era feito o esvaziamento e limpeza da caixa antes de cada carreira de filtração. Essa ação evitava o acúmulo de material decantado no fundo da caixa entre as carreiras. Na entrada da caixa foi colocada uma curva de 90º, levando a água afluente direto ao ponto de saída da mesma, impedindo assim que o material decantasse direto para o ponto afluente aos filtros.
Figura 4.7 – Caixa de armazenamento da água decantada.
Da caixa de armazenamento, a água decantada seguia para os filtros piloto. As tubulações de entrada de água decantada estavam conectadas na parte superior do filtro, caracterizando assim o escoamento descendente.
Para recalcar a água decantada para a caixa de armazenamento empregou-se uma bomba com vazão suficiente para os 4 filtros operando ao mesmo tempo. Essa bomba estava localizada na galeria de tubulações da referida ETA, conforme indicado na Figura 4.8.
Figura 4.8 – Bomba em paralelo para recalcar a água decantada.
Figura 4.9 apresenta uma vista geral das tubulações de água decantada e sua alimentação a cada um dos filtros pilotos feita pela parte superior direita dos mesmos.
Figura 4.9 – Vista geral da tubulação de alimentação de água decantada, localizado na parte superior, para cada um dos filtros piloto.
Para controle da vazão nos filtros foram usados rotâmetros como medidores de vazão, conforme apresentado na Figura 4.10. A vazão esteve sendo regulada para garantir a adequada aplicação da taxa de filtração, pois podem acontecer pequenas variações.
Figura 4.10 – Rotâmetro de água para controle da vazão nos filtros.
Para recalcar mistura de água filtrada com polímero – usada em parte dos ensaios de filtração – para os filtros piloto F1 e F2 foram utilizadas duas bombas dosadoras, conforme mostra a Figura 4.11. Ao fundo está a caixa marrom, onde ficava a referida mistura.
Figura 4.11 – Bombas dosadoras – com a caixa onde fica a mistura de poli ao fundo – usadas nos ensaios de filtração para injeção de polímero catiônico nos filtros piloto F1 e F2 na segunda
etapa do trabalho.
As camadas suporte de todos os filtros piloto foram montadas tendo por concepção serem do tipo “camada reversa”, ou seja, granulometria decrescente e crescente no sentido de escoamento da água de lavagem, tendo por objetivo principal permitir que os mesmos pudessem ser lavados com ar e água, sem que houvesse perturbação da camada suporte e camada filtrante. A Figura 4.12 mostra a vista geral da camada suporte localizada na parte inferior de um dos filtros, servindo de apoio ao material filtrante. Essa camada será a mesma para todos os filtros estudados.
Figura 4.12 - Camada suporte localizada na parte inferior dos filtros.
Cada filtro piloto foi dotado de um total de 18 piezômetros localizados ao longo de sua altura, onde foi possível efetuar as leituras de perda de carga ao
longo do meio filtrante durante a carreira de filtração. O espaçamento entre os piezômetros instalados no material filtrante foi de 10 cm. As Figuras 4.13 e 4.14 apresentam uma vista geral dos quadros de piezômetros instalados nos filtros pilotos e seu respectivo posicionamento ao longo da altura, respectivamente.
Figura 4.13 – Vista geral dos quadros de piezômetros, para medição da perda de carga, localizados à direita dos filtros piloto.
O quadro de piezômetros possui 5 m de altura, sendo essa a altura máxima para perda de carga total nos filtros. Pela Figura 4.13 podem-se ver telas brancas – uma para cada filtro – onde ficavam presas fitas métricas amarelas com essa altura correspondente e as 18 mangueiras transparentes, interligadas aos piezômetros, onde era feita a medida de perda de carga pelo nível d’água.
Figura 4.14 – Vista geral do posicionamento dos piezômetros ao longo da altura do material filtrante.
A Figura 4.14 permite observar o espaçamento entre os piezômetros ao longo do filtro. Fica visível que o piezômetro superior estava acima do nível do leito – sendo possível ver a perda de carga total do filtro – enquanto o piezômetro seguinte está 10 cm abaixo do anterior, chegando até a parte inferior do filtro.
A coleta da água filtrada e a distribuição de água de lavagem e ar foram efetuadas por intermédio de tubulações inseridas em um fundo falso, suportado por uma placa perfurada entre o mesmo e a camada suporte. A Figura 4.15 apresenta uma vista geral do fundo falso e das respectivas tubulações de coleta de água filtrada, introdução de água de lavagem e ar.
Figura 4.15 – Vista geral do fundo falso dos filtros piloto e respectivas tubulações de introdução de água de lavagem e ar e coleta de água filtrada.
A água de lavagem empregada na lavagem dos meios filtrantes foi derivada de uma tubulação de água de serviço instalada nas proximidades da instalação piloto, bem como também a aplicação de ar.
O controle das vazões de água de lavagem em contra-corrente foi feito pela expansão dos materiais filtrantes e a vazão de ar por intermédio de um rotâmetro comum a alimentação de todos os filtros localizado junto à instalação (Figura 4.16).
Figura 4.16 – Vista geral do rotâmetro de controle de vazão de ar, localizado à esquerda do filtro F2 mostrado, empregado na lavagem dos materiais filtrantes.
As Figuras 4.17 e 4.18 mostram, respectivamente, os quatro turbidímetros contínuos para leitura on-line de turbidez e o controlador com o visor para onde são jogados os dados de turbidez, facilitando assim a vizualização dos resultados.
Figura 4.17 – Turbidímetros, um para cada filtro, utilizados na automação da estação piloto.
Figura 4.18 – Controlador com visor para onde são jogados os dados de turbidez dos filtros piloto.
4.3. Procedimento experimental
O procedimento experimental foi dividido em algumas etapas principais, explicitadas a seguir: execução de ensaios de fluidificação e expansão do leito dos filtros; utilização de polímeros catiônicos como auxiliares de filtração; e utilização de um polímero aniônico como auxiliar de filttração.
Em primeiro lugar foram executados ensaios de fluidificação e expansão do leito dos filtros. Essa etapa teve como objetivo definir parâmetros de dimensionamento do sistema de lavagem em contra-corrente com ar e água. Foram avaliadas as vazões de água de lavagem necessárias para atingir determinados valores de expansão nos meios filtrantes, assim como também se determinou a mínima velocidade de fluidificação do leito e foram obtidas curvas
de evolução da perda de carga com diferentes velocidades ascensionais de água.
A seguir foram realizados os ensaios de filtração, que contemplou as duas seguintes etapas do trabalho. Para isso, foram operados quatro filtros de alta taxa com fluxo descendente em paralelo, de maneira que a mesma água decantada abasteceu os quatro filtros, permitindo assim, a comparação entre os mesmos.
Os estudos foram conduzidos em escala piloto e tiveram como principal objetivo avaliar o comportamento dos filtros com relação à remoção de turbidez, partículas e evolução de perda de carga. Optou-se pela utilização de uma taxa de filtração, de 500 m3/m2/dia, pois esse é considerado um valor típico de alta taxa.
Inicialmente foi necessário definir o material filtrante e sua respectiva granulometria a ser usada no decorrer do experimento. FERREIRA FILHO et al. (2004b) estudaram diferentes concepções de materiais filtrantes – composição, granulometria e altura – operando filtros rápidos por gravidade de camada profunda nas dependências da Estação de Tratamento de Água do Rio Grande.
Os autores estudaram quatro diferentes concepções de filtros nesse trabalho. O primeiro filtro era de dupla camada, composta por areia e antracito – granulometria de 0,42 e 1,3 mm, respectivamente – com altura do leito de 105 cm (80 cm de antracito e 25 cm de areia). O segundo filtro foi montado com antracito como único material filtrante – com granulometria de 1,3 mm – e leito de 120 cm. O terceiro filtro só diferia do segundo na granulometria do material filtrante, nesse caso 0,76 cm. O quarto e último filtro foi montado com areia como único material filtrante – com granulometria de 0,74 mm – e leito de 120 cm de comprimento.
Nesse trabalho o filtro composto por antracito como único material filtrante – com granulometria de 1,3 mm e leito de 120 cm – foi o que obteve melhores resultados com relação à turbidez efluente e, principalmente, evolução da perda de carga. Por isso, essa configuração foi a escolhida para montagens dos filtros piloto no decorrer do trabalho. Decidiu-se também por utilizar uma configuração composta por areia com o mesmo diâmetro efetivo, dando uma maior amplitude ao trabalho.
Definidas as configurações dos quatro filtros, a etapa seguinte do trabalho consistiu na utilização de polímeros catiônicos como auxiliares de filtração. As Tabelas 4.2 e 4.3 mostram as características granulométricas da camada suporte utilizada nessa etapa do ensaio.
Tabela 4.2 – Características granulométricas dos materiais filtrantes a serem utilizados na operação dos filtros piloto F1 e F3 na etapa relativa à utilização de polímeros catiônicos como
auxiliares de filtração.
Material
suporte Altura
Coeficiente de
uniformidade Diâmetro efetivo
10 cm 25,4 a 50,0 mm 7,5 cm 12,7 a 25,4 mm 7,5 cm 6,4 a 12,7 mm 7,5 cm 3,2 a 6,4 mm 7,5 cm 1,7 a 3,2 mm 5,0 cm 3,2 a 6,4 mm 5,0 cm 6,4 a 12,7 mm Camada suporte 7,5 cm 12,7 a 25,4 mm Antracito 120 cm < 1,5 1,2 a 1,4 mm
Tabela 4.3 – Características granulométricas dos materiais filtrantes a serem utilizados na operação dos filtros piloto F2 e F4 na etapa relativa à utilização de polímeros catiônicos como
auxiliares de filtração.
Material
filtrante Altura
Coeficiente de
uniformidade Diâmetro efetivo
10 cm 25,4 a 50,0 mm 7,5 cm 12,7 a 25,4 mm 7,5 cm 6,4 a 12,7 mm 7,5 cm 3,2 a 6,4 mm 7,5 cm 1,7 a 3,2 mm 5,0 cm 3,2 a 6,4 mm 5,0 cm 6,4 a 12,7 mm Camada suporte 7,5 cm 12,7 a 25,4 mm Areia 120 cm < 1,5 1,2 a 1,4 mm
Durante a montagem dos meios filtrantes foram coletadas amostras dos dois materiais – areia e antracito – empregados e determinou-se sua distribuição granulométrica no Laboratório de Mecânica dos Solos da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, USP. A Figura 4.19 apresenta as suas respectivas curvas granulométricas – percentual de material que passa pelo diâmetro (mm) da respectiva peneira – determinadas em laboratório.
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 0,01 0,1 1 10 Diâmetro (mm) M at er ial que pas s a ( m m ) Areia Antracito
Figura 4.19 – Curva granulométrica da areia e do antracito empregados na montagem dos filtros F1, F2, F3 e F4.
É possível ver que ambos os materiais possuem curvas granulométricas praticamente idênticas, pode-se observar que estas estão sobrepostas. Estas curvas estão dentro da faixa estabelecida para essa etapa da pesquisa, mostradas nos diâmetros efetivos do antracito e da areia, 1,2 a 1,4 mm, conforme as Tabelas 4.2 e 4.3.
Os materiais filtrantes foram fotografados com aumento de 10 vezes, permitindo uma melhor análise de suas características físicas. As Figuras 4.20 e 4.21 apresentam uma visão dos grãos de antracito e areia, respectivamente, utilizados nessa etapa da pesquisa.
Figura 4.20 – Vista, com aumento de 10 vezes, dos grãos de antracito empregados na montagem dos filtros F1 e F3 durante os ensaios de filtração.
Figura 4.21 – Vista, com aumento de 10 vezes, dos grãos de areia empregados na montagem dos filtros F2 e F4 durante os ensaios de filtração.
Durante toda essa fase do experimento foram utilizados simultaneamente dois filtros com areia e dois com antracito, sendo em um deles – para os dois materiais filtrantes – adicionado também polímeros como auxiliares de filtração, resultando em quatro diferentes configurações. Foram utilizados ao longo dessa fase experimental três diferentes polímeros catiônicos, com diferentes pesos moleculares, com três dosagens diferentes para cada um.
Os polímeros catiônicos utilizados nesses ensaios – fornecidos pela Kemwater Brasil S.A. – foram os seguintes: CA-2577, CA-2581, e CD-2592. Conforme dito, esses polímeros possuem estrutura e pesos moleculares variáveis, de forma que o trabalho tivesse uma maior amplitude no que tange a utilização desse material, e são utilizados como auxiliares de coagulação no tratamento de água potável, esgotos domésticos e efluentes industriais.
A seguir a descrição mais detalhada de cada um desses polímeros utilizados nessa fase do experimento.
O OPTIFLOC CA-2577, um polieletrólito orgânico líquido, é uma poliamina de baixo peso molecular. Possui as seguintes características: líquido, 100% catiônico, cor de âmbar, pH entre 5 e 7, solubilidade total em água, não reativo, densidade à 25oC entre 1,14 e 1,18 g/cm3, viscosidade (Brooksfield à 25oC) entre 600 e 800 cps, residual de epicloridrina não detectável, residual de monômeros totais <20 mg/L e matéria ativa (sólidos totais) de 50 ± 1%.
O OPTIFLOC CA-2581, um polieletrólito orgânico líquido, é uma poliamina de médio peso molecular. Possui as seguintes características: líquido, 100% catiônico, cor de âmbar, pH entre 5 e 7, solubilidade total em água, não reativo, densidade à 25oC entre 1,14 e 1,18 g/cm3, viscosidade (Brooksfield à 25oC) entre 600 e 800 cps e matéria ativa (sólidos totais) de 50 ± 1%.
O OPTIFLOC CD-2592, também um polieletrólito orgânico líquido, é um poliDADMAC de médio peso molecular, que por suas características físico- químicas e estruturais apresentam maior peso molecular que as poliaminas. Possui as seguintes características: líquido, 100% catiônico, cor de âmbar, pH entre 5 e 7, solubilidade total em água, não reativo, densidade à 25oC entre 1,02 e 1,06 g/cm3 e matéria ativa (sólidos totais) maior que 39%.
A Tabela 4.4 mostra uma descrição detalhada de cada um desses polímeros utilizados nessa fase do experimento.
Tabela 4.4 – Descrição dos polímeros catiônicos utilizados durante os ensaios de filtração.
Parâmetros Características
Polímero CA-2577 CA-2581 CD-2592
Tipo Poliamina Poliamina PoliDADMAC
Peso molecular Baixo Médio Alto
Caráter iônico 100% catiônico 100% catiônico 100% catiônico
Estado físico Líquido Líquido Líquido
Cor Ambar Ambar Ambar
pH 5 a 7 5 a 7 5 a 7
Solubilidade em água Total Total Total
Parâmetros Características
Densidade à 25°C (g/cm3) 1,14 - 1,18 1,14 - 1,18 1,02 - 1,06 Viscosidade (Brooksfield a
25°C) 600 a 800 cps 600 a 800 cps - Matéria ativa (sólidos totais) 50 ± 1% 50 ± 1% >39%
Para terceira e última etapa do experimento, optou-se por testar um novo polímero diferente dos outros utilizados anteriormente, dessa vez aniônico. Polímeros aniônicos possuem pesos moleculares maiores que os catiônicos, de