Monitoramento contínuo do residual do cloro em sistemas de distribuição de água para abastecimento

Abstract

Avanços nas técnicas de tratamento proporcionaram o fornecimento de água com alto padrão de potabilidade. A desinfecção se posta, entre as diversas etapas de tratamento, como a barreira final, quando não a única, para impedir a entrada de organismos patogênicos no sistema de distribuição e abastecimento de água (SDAA). O cloro é o produto de desinfecção mais utilizado pelas companhias de saneamento devido à sua eficiência e baixo custo. O Ministério da Saúde, por meio de sua portaria 518/2004, regulamenta os níveis de cloro residual aceitáveis nos SDAAs. No entanto, assegurar o atendimento a esta portaria é uma tarefa difícil. O cloro reage com diversos compostos, presentes tanto na água quanto na parede das tubulações, assim reduzindo seu valor residual ao longo do tempo. Além disso, há preocupação com a formação dos subprodutos da cloração que em algumas situações apresentam potenciais cancerígenos. Deste modo, profissionais têm recorrido ao uso de modelos de simulação da qualidade da água (MSQA) para analisar o comportamento do cloro em sistemas de distribuição de água para abastecimento (SDAAs). Entretanto, é necessária a estimação dos parâmetros cinéticos para que estes modelos reproduzam a dinâmica do cloro em SDAAs. Este trabalho consiste no estudo experimental e numérico para a determinação destes coeficientes. Através de dados experimentais foi possível estimar os parâmetros cinéticos utilizando modelos inversos. Ademais, foi avaliado o efeito de fatores, como tempo de residência e material de tubulações, sobre a demanda de cloro. Foram estabelecidas metodologias para a aplicação do teste das garrafas e para a estimativa do coeficiente de reação da parede. Constatou-se que o decaimento é mais influenciado pelas reações que ocorrem na parede das tubulações do que pelas reações que ocorrem no corpo do escoamento. Os resultados foram comparados com os valores citados na literatura, demonstrando que estes coeficientes são particulares para cada SDAA e que a utilização de medidas de campo associadas com a modelagem computacional é um método eficaz para a representação fiel do comportamento do cloro em SDAAs.

Advances in water treatment processes lead to high standards of potability. Disinfection, among other treatment process, posts as the final barrier, if not the unique, to prevent access of pathogens organism in water distribution systems (WDS). Chlorine is the most used disinfectant by utilities. The Brazilian health agency by it emends 518/2004, establish the standards levels of free chorine in WDS. However, keeping these standards is a difficult issue. Chlorine reacts with a number of chemicals, present both in bulk phase and pipe walls, which lead to a decay in chlorine residuals. Moreover, there is growing concern about chlorination by-products formation, which may have carcinogenic effects. Water agencies have used water quality simulation models to evaluate disinfectant behavior. Nevertheless, these models can only be reliable if kinetics coefficients are correctly estimated. This study focus on experimental and numerical determination of these coefficients. By collecting experimental data made possible to estimate kinetics coefficients using inverse models. Besides, influence of physical parameters, such as water age and pipe material, in chlorine demand was investigated. Methodologies for applying bottle test and to estimate wall reaction coefficients were established. It was showed that chlorine decay was more affected by wall reactions than by bulk reactions. The results were compared to results cited in literature, showing that the kinetic coefficients are particular for each WDS, and that the use of field studies associated with computational modeling is an efficient method for realistic simulations of WDSs.