Natal – RN com alta concentração de nitratos na água nos poços? Isso é fácil de resolver, artigo de Paulo Afonso da Mata Machado

 

INTRODUÇÃO

A cidade de Natal é suprida, principalmente, por água subterrânea que, apesar de apresentar boa qualidade biológica, contém alta concentração de nitratos, já tendo sido observada concentração superior a 80 mg/L, o que motivou o Ministério Público do Estado do Rio Grande do Norte (2007) a mover ação contra a concessionária estadual, a Companhia de Águas e Esgotos do Rio Grande do Norte – CAERN.

As principais fontes de contaminação da água por nitrato são agrotóxicos ou dejetos humanos ou de animais. No entendimento de pesquisadores como José Geraldo de Melo, Marcelo Augusto Queiroz e Johannes Hunziker (1998), as principais fontes de contaminação dos aquíferos subterrâneos de Natal – RN são dejetos humanos provenientes de fossas e sumidouros.

Ao se misturar com as águas subterrâneas, os dejetos humanos lhes transferem matéria orgânica, que são oxidadas pelas bactérias aeróbias para sua alimentação e reprodução. O nitrogênio orgânico é absorvido pelas bactérias que geram, como subproduto, amônia (NH₃) e o íon amônio (NH₄), que, por sua vez, são convertidos a nitrito (NO₂^–) e, em seguida, a nitrato (NO₃^–).

Como não foi detectada a presença de nitrogênio amoniacal ou de nitrito na água dos poços artesianos, a alta concentração de nitrato denota contaminação antiga e é por isso que a água não contém microrganismos patogênicos.

A concentração de nitrato na água potável é medida em termos de nitrogênio. Se sua concentração estiver acima de 10 mg/L, pode provocar a conversão excessiva da hemoglobina do sangue em metahemoglobina que, ao contrário da hemoglobina, é incapaz de transportar oxigênio. Sua presença em excesso caracteriza a metahemoglobinemia, doença que afeta principalmente recém-nascidos, cuja manifestação visível é a coloração azul violácea da pele e das mucosas (cianose) e, por isso, é chamada de a síndrome do bebê azul.

Além da metahemoglobinemia, a concentração elevada de nitrato na água potável pode provocar o câncer de estômago. Diante disso, é necessário reduzir sua concentração a valores aceitáveis antes de se tratar a água para fornecê-la ao consumo humano.

A água subterrânea utilizada em Natal – RN é retirada dos aquíferos Dunas e Barreiras. O primeiro é um aquífero livre e o segundo, semiconfinado. Tendo ambos a superfície livre, ambos são sujeitos à contaminação por dejetos humanos oriundos de fossas e sumidouros.

A descontaminação dos aquíferos deve ser um trabalho longo e persistente e, por isso, medidas urgentes devem ser tomadas para evitar que a população consuma água com elevada concentração de nitrato.

Entre as medidas já propostas, está a intrusão nos subsolo de água das lagoas do Jiqui e de Extremóz, que contêm pequena concentração de nitrato. Contudo, PEREIRA et al. (2000) relatam que o grande número de fossas e sumidouros no município de Natal – RN é fonte permanente de contaminação dos aquíferos subterrâneos, contaminação essa que tende a se agravar com o tempo. Desse modo, seria necessária uma introdução contínua de água dessas lagoas, o que não é possível, pois estas se encontram com sua capacidade máxima de exploração.

Como há uma companhia de saneamento encarregada do abastecimento hídrico de Natal – RN e essa companhia detém a tecnologia necessária ao bom desempenho de sua missão, não há espaço para soluções paliativas dessa natureza.

SOLUÇÃO PROPOSTA

Solução mais eficaz é a de se usar o trabalho das bactérias heterótrofas facultativas para se conseguir a remoção do nitrato. Para isso, é preciso fornecer matéria orgânica a essas bactérias para sua alimentação e reprodução.

De onde virá a matéria orgânica para alimentar as bactérias que promovem a desnitrificação?

Alguns autores recomendam o uso do metanol mas, devido a sua periculosidade, ele poderia ser substituído pelo etanol, abundante em nosso meio. No caso de Natal – RN, como foi dito linhas atrás, o processo de desnitrificação pode ser exclusivamente biológico, sem a necessidade de adição de produtos químicos.

De fato, o Atlas Esgotos, da Agência Nacional de Águas (ANA) e da Secretaria Nacional de Saneamento Ambiental, informa que parte do esgoto coletado em Natal – RN é lançado nos cursos de água sem qualquer espécie de tratamento, como explicita a tabela seguinte.

 

Tabela 1 Dados de coleta e tratamento de esgoto em Natal – RN (2017)
Solução individual (principalmente fossas)	30,89%
Com coleta e com tratamento	22,62%
Com coleta e sem tratamento	8,45%
Sem coleta e sem tratamento	38,04 %

 

O esgoto descartado sem tratamento será a fonte de matéria orgânica a ser usada para a desnitrificação.

Uma pergunta salta logo à mente: Se misturarmos esgoto não tratado à água dos poços artesianos, não estaremos contaminando essa água?

Para a resposta a essa questão, é necessária uma análise da situação atual do saneamento em nosso país.

A poluição causada pelos esgotos sanitários é avaliada em termos de demanda bioquímica de oxigênio de 5 dias (DBO₅). O Atlas Esgotos estima em 9,1 mil toneladas por dia a produção de DBO₅. Como somente 61,4% da população brasileira é servida por rede de esgotos e apenas 42,6% da população urbana dispõe de coleta e de tratamento de esgoto, grande parte dessa carga orgânica é lançada em nossos corpos de água, muitas vezes sem tratamento de espécie alguma.

Se o esgoto é lançado sem tratamento em um rio, a cidade seguinte, situada rio abaixo, terá que tratar a água desse rio para fornecê-la a sua população. Se o esgoto gerado pela população dessa segunda cidade for também lançado sem tratamento nesse rio, a cidade seguinte terá também que tratar a água desse rio com outra carga de esgoto. A essa sequência de descarga de esgoto e tratamento de água, HESPANHOL (2015) chama de reúso potável indireto não planejado, o que é uma realidade no Brasil.

É importante destacar que, na quase totalidade dos municípios brasileiros, incluindo os maiores, como São Paulo, Rio de Janeiro e Salvador, as estações de tratamento de água tratam, juntamente com a água, o esgoto de sua própria população ou de população vizinha.

Nossa proposta é a de remover o nitrato da água dos poços artesianos de Natal-RN misturando a água desses poços ao esgoto sanitário. Desse modo, será removido o nitrato da água dos poços e será evitado que esgoto sem tratamento continue a poluir os cursos de água que passam na cidade.

A seguir, é feito o detalhamento de cada uma das unidades de tratamento.

TRATAMENTO PRELIMINAR E MISTURA DO ESGOTO COM A ÁGUA DOS POÇOS

Antes de se misturar à água dos poços, o esgoto deverá passar por tratamento preliminar, removendo-se lixo e substâncias inorgânicas em suspensão, como areia, os quais serão colocadas em uma caçamba antes de serem aterrados. Em seguida, o esgoto irá para o tanque de equalização.

A função do esgoto será de fornecer matéria orgânica para a desnitrificação e a nitrificação. Sugerimos que as vazões de esgoto e de água do poço sejam aproximadamente iguais ou, então, a vazão de esgoto seja ligeiramente superior, à vazão de água dos poços isso para que não falte matéria orgânica para ambas as reações.

A vazão de entrada no tanque será igual à soma da vazão de água dos poços artesianos, da vazão de esgoto, da vazão do wetland vertical e da vazão de retorno do sistema de lodos ativados por batelada. A vazão média afluente ao tanque de equalização será a mesma para o dimensionamento do (s) reator(es) UASB e da unidade de lodos ativados por batelada.

O tanque de equalização será aerado para evitar mau cheiro. Para que não haja consumo excessivo de matéria orgânica no tanque de equalização, o tempo médio de retenção não deverá ultrapassar 30 minutos.

Do tanque de equalização, o líquido irá para o(s) reator(es) UASB.

REATOR(ES) UASB

A função de um reator UASB é de fazer tratamento anaeróbio e/ou anóxico da matéria orgânica. No presente caso, o tratamento será principalmente anóxico, visto que haverá nitrato em abundância. O biogás produzido irá para a atmosfera e o lodo gerado formará um leito onde se desenvolverão as bactérias. A escuma e o excesso de lodo serão removidos para o wetland vertical e o efluente líquido, com cerca de 65 a 75% a menos de DBO₅, deverá ser encaminhado ao sistema de lodos ativados por batelada.

LODOS ATIVADOS POR BATELADA

A unidade de lodos ativados por batelada é um aprimoramento da unidade de lodos ativados convencional.

Vão ser utilizados três tanques, que realizarão, sucessivamente, os processos de recebimento do efluente do(s) reator(es) UASB, de aeração do líquido, de sedimentação dos sólidos dissolvidos e de remoção do líquido e do excesso de lodo. Enquanto um tanque estiver recebendo o líquido, outro poderá estar em processo de aeração e o outro com o líquido ou o lodo sendo removido.

 

O dimensionamento dos tempos de cada processo deve ser feito de modo que a soma dos tempos de aeração, sedimentação e remoção do líquido e do excesso de lodo não tenham duração superior ao dobro do período de enchimento. Dessa forma, sempre haverá um tanque disponível para recebimento do efluente do(s) reator(es) UASB.

A remoção do líquido após a sedimentação será feita em duas etapas: a primeira terça parte de seu volume irá para a unidade de filtração rápida e o volume restante de líquido retornará ao tanque de equalização. O retorno da maior parte do líquido para o tanque de equalização é necessário para que o nitrato formado durante o período de reação possa ser removido no(s) reator(es) UASB.

Tanto o excesso do lodo como a escuma removida irão para o wetland.

FILTRAÇÃO RÁPIDA EM DUPLA CAMADA

Os filtros rápidos de dupla camada servirão para colocar o líquido em condições de receber uma oxidação avançada eficaz, que será composta de ozonização e de filtração em carvão ativado. Para isso, o efluente da filtração rápida deverá atender às seguintes condições exigidas pelos fabricantes de aparelhos de ozonização, algumas delas mais restritivas que as próprias exigências para água potável:

Tabela 2 Limites de concentração permitida na água a ser tratada por ozonização e o limite correspondente no Anexo XX da PRC 05/2017 do Ministério da Saúde
Parâmetro	Limites
	Fabricantes de aparelhos de ozonização	Anexo XX da PRC 05/2017 do Ministério da Saúde
Turbidez	5 NTU	0,3 NTU (efluente da filtração rápida em 95% das amostras quando a média aritmética da concentração de oocistos de Cryptosporidium spp. for maior ou igual a 3,0 oocistos/L na captação de água – art. 31, § 2º)
Sólidos em suspensão	10 mg/L	O Anexo 10 limita em 1.000 mg/L a concentração de sólidos dissolvidos. Não faz referência a sólidos em suspensão.
Ácido sulfúrico	0,05 mg/L	Não há referência a ácido sulfúrico na Portaria.
Dureza total	120 mg/L	500 mg/L
Ferro	0,3 mg/L	0,3 mg/L
Manganês	0,05 mg/L	0,1 mg/L
pH	Entre 6,5 e 9,5	Entre 6,0 e 9,5

Parte da vazão efluente dos filtros de antracito e areia será conduzida a um reservatório elevado e será usada tanto para lavagem desses filtros como para lavagem dos filtros de carvão ativado. O efluente dos filtros rápidos irá para a unidade de ozonização e a água utilizada na lavagem dos filtros rápidos será conduzida ao wetland vertical.

OZONIZAÇÃO

Na unidade de ozonização, vai ser feita a desinfecção do líquido, que se inicia com a destruição da membrana celular de bactérias, fungos, vírus e protozoários (patogênicos ou não). Para a ação efetiva do ozônio, será suficiente a concentração de 10 μg/ml atuando durante 4 minutos.

Durante a ozonização, haverá oxidação do ferro, do manganês e de outros metais a formas insolúveis; cadeias remanescentes de hidrocarbonetos serão quebradas; compostos orgânicos e inorgânicos, incluindo eventuais precursores de trihalometanos e de outros compostos secundários da cloração serão oxidados.

Eventuais bromatos (também compostos secundários da desinfecção), poderão ser formados durante a ozonização a partir de brometos, presentes em certos fármacos. Sua remoção será feita na unidade de carvão biologicamente ativado.

O efluente da ozonização irá para a unidade de carvão ativado, completando o conjunto de oxidação avançada.

CARVÃO BIOLOGICAMENTE ATIVADO

O carvão ativado promove o tratamento do líquido por meio de adsorção e de filtração de sólidos suspensos, sejam orgânicos ou inorgânicos. Como a unidade de ozônio ficará próxima ao carvão ativado, haverá neste a formação de uma camada de microrganismos em seus poros e em sua superfície, tornando-o biologicamente ativado.

A camada de microrganismos formada pela ação da ozonização vai fazer com que haja degradação da matéria orgânica remanescente, produzindo biomassa e água, dióxido de carbono e moléculas orgânicas simples.

Conforme dito anteriormente, a lavagem do carvão ativado será feita por meio de água armazenada no reservatório elevado, indo a água usada na lavagem para o wetland vertical e o efluente filtrado para a ultrafiltração.

A troca do carvão ativado, feita normalmente a cada 18 meses, permitirá que a eficiência da unidade não tenha solução de continuidade.

ULTRAFILTRAÇÃO

De acordo com instruções da ORGANIZAÇÃO MUNDIAL DE SAÚDE (2017), a potabilização do esgoto sanitário deve passar por filtração em membranas.

O tipo de membrana de filtração recomendada para tratamento de água é a ultrafiltração, por ser barreira muito efetiva para qualquer tipo de patógeno e por não reter os sais minerais que a água potável necessita conter.

As membranas de ultrafiltração impedem a passagem das partículas que tenham dimensões superiores a 0,01 µm, retendo, portanto, bactérias, vírus e cistos e oocistos de protozoários que possam ainda estar viáveis, mas deixando passar os sais de cálcio, fósforo, ferro, iodo, cloro, potássio, magnésio, flúor e sódio. Desse modo, o efluente da ultrafiltração deverá estar isento de patógenos, mas não vai precisar de remineralização como aconteceria se fosse utilizada a osmose reversa.

Para facilitar o trabalho de limpeza, as membranas de ultrafiltração deverão ser do tipo tubulares, que permitem o fluxo tangencial com maior velocidade.

Tanto o rejeito da ultrafiltração, como a água usada na lavagem das membranas irão para o wetland vertical, que também receberá o excesso de lodo do reator UASB e da unidade de lodos ativados, a água de lavagem dos filtros rápidos e a água usada na lavagem do carvão biologicamente ativado. O permeado da ultrafiltração será encaminhado à cloração.

WETLAND VERTICAL

A utilização de wetlands vem aumentando no Brasil, principalmente depois que foi inaugurada a estação de tratamento de esgoto ecológica “Ponte dos Leites”, em Araruama – RJ. Uma de suas vantagens é a baixa necessidade de manutenção, já que depende apenas de jardinagem para podar as plantas e evitar a proliferação de pragas e ervas daninhas.

Dentre os diversos tipos de wetlands, o de fluxo vertical é o mais eficiente. Seu funcionamento é por batelada, propiciando entrada significativa de oxigênio e, desse modo, oxidando a matéria orgânica e a amônia que possam estar presentes no líquido. Um wetland vertical usado para tratamento de lodo de esgoto é projetado, geralmente, para que a remoção desse lodo se faça a um período de cada dez anos.

O efluente do wetland vertical deverá ser encaminhado ao tanque de equalização.

CLORAÇÃO E CORREÇÃO DE pH

Embora a desinfecção tenha sido feita por ozonização, o líquido deve ser encaminhado à cloração para desinfecção final, de vez que o cloro deixa residual. Como a cloração baixa o pH do líquido, em seguida a esta será feita a correção do pH.

Por ter passado por ozonização, ao deixar a unidade de cloração, o líquido deverá estar isento de trihalometanos e de outros produtos secundários deletérios.

FLUORETAÇÃO

O efluente da cloração e correção do pH será fluoretado e encaminhado ao reservatório de distribuição de água.

CONCLUSÕES FINAIS

O tratamento conjunto do esgoto doméstico de Natal – RN e da água de poços artesianos solucionará a questão do excesso de nitrato na água desses poços, além de reduzir (ou, de preferência, eliminar) o descarte de esgoto coletado e não tratado.

A potabilização do esgoto sanitário vai estimular outras cidades a não descartarem seu esgoto sem tratamento. É o caso Maceió – AL, em que existem valas conduzindo esgoto a céu aberto em direção ao mar, enquanto bairros de maior altitude passam por falta de água durante o período de estiagem.

Caso a cidade de Campina Grande – PB entenda de potabilizar o próprio esgoto, terá duas grandes vantagens: primeiramente, economizará água de transposição da bacia do Rio São Francisco, permitindo que os pequenos agricultores da região possam utilizar maior volume de água (convém ver reportagem em https://www.youtube.com/watch?v=BqA4k0LXseo ) e, em segundo lugar, eliminará o risco de contaminação do canal da transposição com seu próprio esgoto.

Por tudo isso, sugerimos à Companhia de Águas e Esgotos do Rio Grande do Norte – CAERN que resolva o problema do excesso de nitrato na água dos poços artesianos tratando-a juntamente com o esgoto sanitário que é descartado sem tratamento para produzir água potável sem o risco de excesso de nitrato.

Paulo Afonso da Mata Machado é Engenheiro Civil e Sanitarista

 

REFERÊNCIAS

AGÊNCIA NACIONAL DE ÁGUAS e SECRETARIA NACIONAL DE SANEAMENTO AMBIENTAL. Atlas Esgotos. Despoluição de Bacias Hidrográficas. Brasília (DF), 2017.

HESPANHOL, I. A inexorabilidade do reúso potável direto. Revista DAE nº 198. Ano: 2015. pp. 63-82.

MELO, J. G.; QUEIROZ, M. A. e HUNZIKER, J. Mecanismos e fontes de contaminação das águas subterrâneas de Natal/RN por nitrato. Anais do X Congresso Brasileiro de Águas Subterrâneas. São Paulo (SP), 1998.

MINISTÉRIO PÚBLICO DO ESTADO DO RIO GRANDE DO NORTE. 45ª PROMOTORIA DE JUSTIÇA DE DEFESA DO MEIO AMBIENTE. Ação Civil Pública com Pedido de Tutela Antecipada. Natal (RN), 2007.

ORGANIZAÇÃO MUNDIAL DE SAÚDE (2017). Manual de Produção de Água Potável Segura por Reúso do Esgoto. Tradução livre: Paulo Afonso da Mata Machado. Título original: Potable Reuse: Guidance for Producing Safe Drinking-water. www.funverde.org.br/blog/manual-de-producao-de-agua-potavel-segura-por-reuso-do-esgoto/.

PEREIRA, R.; SILVA JR., G; GUIMARÃES JR., J. A. e FONSECA, A. L. Caracterização hidrogeoquímica do Sistema Lacustre Bonfim, Rio Grande do Norte – Brasil. 1st Joint World Congress on Groundwater. Fortaleza, 2000.

 

in EcoDebate, ISSN 2446-9394, 14/11/2018

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