A água de origem decide o processo de tratamento

A água de origem decide a linha, não a região

Um processo de tratamento de água é escolhido a partir da água que vai receber, e essa água é um conjunto de medições, não um lugar. Os compradores costumam abrir a conversa com o país ou a cidade onde a estação vai ficar e esperam que dali saia um pacote. O país diz o fornecimento, a licença e a rota de entrega; não diz o processo. Dois poços a um quilômetro de distância podem ter água na mesma temperatura com concentrações diferentes de fluoreto, e um mesmo rio pode estar mole e límpido no fim da estação seca e salgado um mês depois.

A dispersão dentro de um país costuma ser maior que a dispersão entre dois. Uma estação no litoral e outra num planalto do mesmo país podem precisar de linhas diferentes, enquanto duas estações sobre o mesmo aquífero em lados opostos de uma fronteira podem precisar da mesma. A seleção parte de uma análise da água bruta, e o que uma consulta deveria trazer é essa análise, não o nome de um país.

Os cinco parâmetros que mudam o projeto

A maior parte da diferença entre duas linhas é carregada por cinco parâmetros, e ler uma análise procurando esses cinco é um caminho mais rápido para um processo do que ler um catálogo. Água superficial contra água subterrânea é um primeiro corte útil — a água superficial carrega sólidos e uma carga dissolvida leve, e a água subterrânea costuma chegar límpida e levar o problema em solução —, mas os cinco parâmetros abaixo atravessam esse corte.

• Sólidos dissolvidos totais e salinidade. Abaixo de cerca de 1000 mg/L a água é doce e a linha é filtração e desinfecção. De cerca de 1000 a 10000 mg/L ela é salobra, e é nessa faixa que a osmose reversa para água salobra costuma ser considerada, com uma pressão de trabalho normalmente descrita como de cerca de 7 a 25 bar. Esses limites são convenção de engenharia e não uma norma, e devem ser lidos como um método de partida, não como uma especificação.
• Dureza. Cálcio e magnésio incrustam o interior de tubulações, trocadores de calor e membranas. A etapa que ela acrescenta é o abrandamento — cal e cinza de soda, ou troca iônica —, e onde vem uma membrana atrás, a dureza decide se ela fica protegida ou danificada.
• Ferro e manganês. Acima dos valores secundários de 0.3 mg/L para o ferro e 0.05 mg/L para o manganês (padrões secundários de água potável da US EPA) a água mancha e tem gosto metálico, e a remoção de ferro da água nesse nível é uma etapa de oxidação — aeração ou cloração — seguida de filtração, e não uma etapa de membrana.
• Fluoreto e arsênio. Os dois estão dissolvidos e os dois são regionais, então nenhum pode ser dado como presente nem como ausente. A remoção de fluoreto da água costuma ser adsorção em um meio dedicado, ou uma etapa de membrana quando a concentração é alta; o arsênio é removido por oxidação com coagulação, por adsorção, por troca iônica ou por membrana.
• Turbidez e sua estação. É o parâmetro que mais se move, e se move com o calendário. A revisão da OMS sobre turbidez fixa a meta para água filtrada convencionalmente em no máximo 0.3 NTU em pelo menos 95% do tempo e nunca acima de 1 NTU, com a água que entra na desinfecção abaixo de 1 NTU.

Água superficial: turbidez alta, carga mineral baixa — o que uma estação compacta cobre

Um processo de tratamento de água potável feito para um rio ou um lago é um processo de remoção de sólidos, e a linha convencional está bem estabelecida: coagulação para desestabilizar as partículas, floculação para fazê-las crescer em flocos que decantam, decantação para deixá-los decantar, filtração para reter o que não decantou e desinfecção para fechar. Como a carga dissolvida costuma ser leve, uma linha de água superficial pode permanecer simples.

Essa linha é o que uma estação de tratamento de água integrada empacota. Dosagem, floculação, decantação e filtração ficam juntas sobre uma mesma estrutura, o que atende a uma água superficial de TDS baixo e turbidez alta: o trabalho é mecânico e hidráulico, e não de membranas, então é simples de instalar e de operar.

A complicação da água superficial é a estação, não a média. A turbidez chega em eventos — uma primeira chuva depois de um período seco, uma temporada de obras a montante, uma floração de algas — e uma estação dimensionada sobre uma média anual fica curta exatamente nos dias que importam. Uma turbidez de projeto acima da média absorve parte disso, e o armazenamento ou a equalização à frente da estação absorvem o resto.

Água subterrânea: oxidação, abrandamento, adsorção e quando a osmose reversa ganha seu lugar

A água subterrânea costuma chegar límpida, fria e sem os sólidos que dominam o projeto de água superficial, e sua carga está em solução. Há pouco a decantar, então as etapas são químicas e de adsorção, e não físicas, e a análise dos parâmetros dissolvidos é o que sustenta o projeto.

Ferro, manganês e dureza são os casos comuns. A oxidação seguida de filtração tira o ferro e o manganês onde eles passam dos valores secundários, e o abrandamento tira a dureza com cal e cinza de soda ou por troca iônica. Nenhum dos dois precisa de membrana, e colocar uma na frente de ferro não oxidado é uma forma comum de sujar uma membrana que nunca foi necessária.

O fluoreto e o arsênio são os casos que tornam a água subterrânea interessante, e os dois são regionais de um modo que uma região sozinha não descreve. No Rift da África Oriental o problema dominante é o fluoreto, e não o sal: no rift principal etíope, 31% dos poços profundos e 38% dos poços rasos superam a diretriz da OMS de 1.5 mg/L, e nascentes do monte Meru, na Tanzânia, já foram relatadas com 15 a 63 mg/L. Em Bangladesh o problema é o arsênio: 50 distritos superam o padrão nacional de 50 µg/L e 59 superam o valor da OMS de 10 µg/L. As rotas diferem em consequência: adsorção para o fluoreto; para o arsênio, oxidação com coagulação, adsorção, troca iônica ou membrana.

A osmose reversa ganha seu lugar quando a carga dissolvida é alta o bastante para tornar as outras etapas antieconômicas, o que na prática significa entrar na faixa salobra. A ordem importa: ferro, manganês, dureza e turbidez saem antes da membrana, porque ela remove sal dissolvido e não sólidos, e tudo o que puder precipitar vai precipitar sobre a superfície dela.

Quando «África = osmose reversa» está errado, e quando «Ásia = estação compacta» está errado

Duas premissas regionais circulam nas conversas de exportação e as duas falham do mesmo jeito: tratam um continente como se fosse um tipo de água. A primeira é que a água subterrânea africana precisa de osmose reversa. A maior parte não precisa: o mapeamento hidrogeológico do continente mostra uma água subterrânea em grande parte doce e de TDS baixo, e uma linha de membranas aplicada em bloco sobre uma fonte doce é um superdimensionamento que consome energia e produtos químicos de limpeza e descarta uma corrente de rejeito que alguns locais não conseguem destinar. Os aquíferos costeiros da África Ocidental são a exceção que confirma a regra, e o problema deles é a salinização por intrusão e evaporação, não o fluoreto nem o arsênio.

A segunda premissa é que um projeto asiático sempre pode ser coberto por uma estação compacta. No delta do Mekong não pode. Na estação seca de 2020 a linha isohalina de 4 g/L avançou 90 a 95 km rio acima a partir da costa e 13 províncias foram afetadas pela intrusão salina. Nesse ponto a água é salobra, e uma linha compacta que coagula, decanta e filtra remove os sólidos mas deixa o sal onde estava. Esse caso precisa de osmose reversa para água salobra, ou de uma fonte diferente.

As duas premissas falham em direções opostas, e é justamente esse o ponto. O vale do Rift é um problema de fluoreto numa região que muitos compradores suporiam ser um problema de sal, e o delta do Mekong é um problema de sal numa região que muitos suporiam ser um problema de turbidez. O parâmetro decide, e o parâmetro está na análise.

A camada de exportação: rede elétrica, normas e o que o local consegue manter

Três coisas ficam fora da água em si e mesmo assim mudam a linha, e as três se resolvem melhor antes de uma proposta do que depois da entrega. A primeira é o fornecimento: frequência e tensão são propriedades da rede de destino, e um transformador muda a tensão e só a tensão, nunca a frequência que o atravessa. Uma consulta deveria trazer a tensão, a frequência e o número de fases como três números separados, e os inversores são selecionados contra eles.

A segunda é o limite. O que uma estação pode lançar ou devolver é definido pelo regulador do país de destino e pela licença emitida para aquele local, e não pelo fornecedor, e o lugar de ler isso é o regulamento publicado pela própria autoridade. Dois exemplos fáceis de conferir: nas Filipinas os padrões gerais de lançamento são publicados pelo Department of Environment and Natural Resources como Administrative Order 2016-08, e na Indonésia a qualidade do esgoto doméstico é definida pelo regulamento ministerial P.68/MENLHK/SETJEN/KUM.1/8/2016, com a possibilidade de uma província fixar um valor mais rigoroso para o mesmo lançamento. Em outros lugares o método é o mesmo: encontre a autoridade que emite a licença e leia o documento dela, não uma tabela-resumo de um folheto.

A terceira é a manutenção. Uma linha de membranas precisa de produtos químicos de limpeza em ciclo e de módulos de reposição em algum momento, então um local sem fornecedor por perto e sem operador de turno é uma especificação diferente de um local que tem os dois. Uma linha baseada em filtração tem menos a repor, e a estação que se constrói deveria ser a que o local consegue manter em operação.

Erros comuns

• Escolher a linha a partir do país. O país define a rede e a licença; a análise define o processo.
• Supor que água subterrânea significa sempre tratamento. Onde a carga dissolvida é doce, a linha correta pode ser desinfecção e muito pouco mais.
• Mandar ferro e manganês para uma membrana. Eles são um problema de oxidação e filtração, e o ferro não oxidado suja a membrana que está atrás deles.
• Dimensionar com uma única amostra de uma única estação. Turbidez, salinidade e fluoreto se movem ao longo do ano, e o projeto pertence ao extremo difícil.
• Esperar que uma estação compacta dê conta da salinidade. Coagulação, decantação e filtração removem sólidos e deixam o sal dissolvido na água.
• Deixar a rede elétrica fora da consulta. Tensão, frequência e fases são três valores, e um local descrito só pela tensão deixa dois em aberto.
• Projetar uma linha que o local não consegue manter. Produtos químicos de limpeza, módulos de reposição e um operador treinado fazem parte da especificação.

Autoverificação

Uma análise da água bruta responde à pergunta de projeto quando traz o seguinte, e uma consulta que os tenha pode ser cotada sem uma rodada de esclarecimentos.

• Sólidos dissolvidos totais, para que a fronteira entre doce e salobra seja conhecida e não suposta.
• Dureza, ferro e manganês, medidos na mesma amostra.
• Fluoreto e arsênio, onde a região for conhecida por um dos dois.
• Turbidez como uma faixa ao longo do ano, com a pior estação nomeada, e não como um número único.
• A própria fonte — um poço, um rio, um lago ou uma combinação — e se se espera que ela mude.
• A vazão que a estação tem de entregar, na ponta e também na média.
• A tensão, a frequência e as fases do fornecimento, e o ponto de lançamento com a autoridade cujo limite se aplica a ele.
• Quem vai operar a estação e que apoio consegue chegar até o local.

As etapas que uma dada fonte implica decorrem dessa lista e não de uma premissa regional, e o arranjo delas — a dose, o meio, a área de membrana e o intervalo de limpeza — é confirmado com o fabricante para a sua água bruta, em vez de tomado de um número geral.