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UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA - UFPB
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE
PRODUÇÃO
CRISTIANA GONÇALVES BORGES
ANÁLISE DE OPORTUNIDADES DE REDUÇÃO DO
CONSUMO DE ÁGUA EM PROCESSOS INDUSTRIAIS
(CASO CST)
JOÃO PESSOA
2008
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CRISTIANA GONÇALVES BORGES
ANÁLISE DE OPORTUNIDADES DE REDUÇÃO DO
CONSUMO DE ÁGUA EM PROCESSOS INDUSTRIAIS
(CASO CST)
Dissertação de Mestrado submetido à
apreciação da banca examinadora do
Programa de Pós Graduação em
Engenharia de Produção da Universidade
Federal da Paraíba para fins de acesso
ao Mestrado em Engenharia de Produção,
como parte dos requisitos necessários
para obtenção de Mestre em Engenharia
de Produção.
Orientador: Prof. Dr. Paulo José Adissi
JOÃO PESSOA
2008
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B994 Borges, Cristiana Gonçalves
Análise de oportunidades de redução de água em processos
industriais (Caso CST) / Cristiana Gonçalves Borges – João
Pessoa, 2008.
119 f. il.:
Orientador: Prof. Dr. Paulo José Adissi
Dissertação (Mestrado em Engenharia da Produção)
PPGEP /CT/ UFPB.
1. Administração da Produção 2. Processos Industriais
I.Título.
CDU: 658.5 (043)
CRISTIANA GONÇALVES BORGES
ANÁLISE DE OPORTUNIDADES DE REDUÇÃO DO
CONSUMO DE ÁGUA EM PROCESSOS INDUSTRIAS
(CASO CST)
Dissertação julgada e aprovada em 30 de fevereiro de 2008, para fins de acesso ao
Mestrado em Engenharia de Produção, como parte dos requisitos necessários para
obtenção do título de Mestre em Engenharia de Produção no Programa de Pós-
graduação em Engenharia de Produção da Universidade Federal da Paraíba.
BANCA EXAMINADORA
__________________________________________________
Professor Dr. Paulo José Adissi
Orientador
__________________________________________________
Professor Dr. Luiz Bueno da Silva
Orientador
__________________________________________________
Professor Dr. Lucidio dos Anjos
Examinador
_________________________________________
Professora Drª Cláudia Coutinho
Examinadora Externa
AGRADECIMENTO
Aos meus amados pais, responsáveis pela formação do meu caráter e educação.
Aos meus respeitados orientadores, Dr. Paulo Adissi e Dr. Luiz Bueno, por
abraçarem esse desafio me dando confiança para concluí-lo dentro do prazo
requerido e nas expectativas da academia.
Ao querido colega paraibano Anand Subramanian, pela imensa dedicação ao longo
de todo desenvolvimento da dissertação e por compartilhar o profundo
conhecimento das técnicas de Engenharia de Produção.
A toda equipe da Universidade Federal da Paraíba pela receptividade, carinho e
dedicação aos ”novos alunos do Sul”.
À equipe do Laboratório de Utilidades da CST e ao especialista de Utilidades Carlos
Eurico Conte pelas horas disponibilizadas para me auxiliar nas medições e
conceitos.
Ao meu querido amigo e Mestre Simon pelo pronto atendimento de costume,
paciência, direcionamento técnico e comportamental na vida acadêmica, profissional
e pessoal.
À ArcelorMittal Tubarão pela incrível oportunidade e voto de confiança; à toda
equipe da Engenharia de Produção, em especial à “Equipe Cão” (Engº Cláudio
Bortolote e Engª Raquel Teixeira), pela colaboração técnica.
Aos meus colegas de turma do PPGP e amigos pessoais Joeli Cuzzuol e Danielle
Leal, pela agradável companhia nas aventuras da Paraíba.
Às minhas espetaculosas amigas de Vitória (Lu, Cris, Ju Bobs, Mari, Vânia, Pati, Lui,
Mi prima e Ju prima); do Rio (Mari, Ju, Gabi e minha irmã Érika), pelos incríveis
momentos relax, imprescindíveis para conseguir passo a passo concluir o desafio.
Aos meus queridos irmãos e cunhados, sempre tão carinhosos.
À minha afilhada Mariana (3 anos) e avó Lélia (89 anos) que mesmo com os
períodos de ausência me alimentaram de alegria com lindos sorrisos nos raros
reencontros.
e ao meu Deus … de sempre.
"A mente que se abre a uma nova
idéia jamais volta ao seu tamanho original."
Albert Einstein
BORGES, Cristiana Gonçalves, M. S. Análise de oportunidades de redução do
consumo de água em processos industriais (caso CST). João Pessoa:
Universidade Federal da Paraíba, 2008. 119f. Dissertação (Mestrado em Engenharia
de Produção) Universidade Federal da Paraíba – Centro de Tecnologia – PPGEP.
2008.
RESUMO
A atividade industrial foi estigmatizada, ao longo do tempo, devido à obtenção de
lucro à custa do comprometimento ambiental. Esta postura tem cedido lugar à
preocupação com a sustentabilidade ambiental, principalmente no que diz respeito à
conservação dos recursos naturais não renováveis, como a água. Este trabalho teve
o objetivo de identificar oportunidades de redução de consumo de água doce,
através do desenvolvimento de um modelo de programação matemática tendo por
finalidade a maximização do aproveitamento de água através de técnicas de
reutilização de efluentes em uma indústria siderúrgica, no caso a Companhia
Siderúrgica de Tubarão (CST) situada em Vitória, ES, Brasil. Para desenvolvimento
do modelo foram escolhidos três efluentes das plantas produtivas, hoje descartadas
no efluente final, a saber: (a) Efluente da Calcinação, responsável pela produção da
cal no processo da Aciaria, (b) Efluente da Torre de resfriamento do
Condicionamento de Placas que além de promover o resfriamento da água de
processo da planta, abastece as carretas de lavagem de rua (c) Efluente da Estação
de Tratamento Biológica responsável pela remoção de matéria orgânica proveniente
da Planta Carboquímica da Coqueria. Na definição das equações de restrição foram
levantados os parâmetros físico-químicos predominantes destes efluentes bem
como seus limites máximos, para garantia da qualidade da água resultante de
tratamento da mistura em uma ETA (estação de tratamento de água) convencional,
ainda considerando em um dos casos um pré-tratamento por osmose reversa.
Dentro da disponibilidade de água real para cada um dos efluentes supra-citados, o
resultado foi de possível aproveitamento de 68% dos efluentes, representando um
volume total de 137 m³/h (20 m³/h do efluente da calcinação, 80 m³/h do efluente da
ETB, e 37 m³/h do efluente da torre de resfriamento do condicionamento). Este
volume de água é capaz de abastecer 20.000 pessoas diariamente, o que mostra a
importância do estudo não só para o crescimento sustentável da CST, o caso deste
estudo, como também para a sociedade como um todo, disponibilizando recurso
hídrico ao meio-ambiente.
Palavras-chave: Gestão hídrica. Sustentabilidade Ambiental. Reuso. Modelagem
Matemática.
BORGES, Cristiana Gonçalves, M. S. Análise de oportunidades de redução do
consumo de água em processos industriais (caso CST). João Pessoa:
Universidade Federal da Paraíba, 2008. 119f. Dissertação (Mestrado em Engenharia
de Produção) Universidade Federal da Paraíba – Centro de Tecnologia – PPGEP.
2008.
ABSTRACT
The industrial activity was stigmatized along the time due to the attainment of profits
at the cost of damage to the environment. This attitude surrenders now to the
preoccupation with the environment sustainability, mainly in what concerns the
conservation of non-renewable natural resources, as the water. The objective of this
work was to identify opportunities of reduction of fresh water consumption through
the development of a mathematical programming model which goal is to maximize
the utilization of water through techniques of effluents re-use in a steel plant, in this
case the Companhia Siderúrgica de Tubarão (CST) located in Vitória, ES, Brazil. To
develop the model three effluents of the productive plants discarded in the final
effluent, have been chosen considering , as follows: (a) the effluent of the Lime Plant,
in charge of lime production for the Steel Mill, (b) the effluent of the Cooling Tower in
the Plate Shaping Plant that, besides promoting the process water cooling, feeds the
streets washing carts, and (c) the effluent of the Biological Treatment Station
responsible for the removal of organic matter proceeding from the Carbochemical
Plant of the Coking Mill. To establish the restriction equations, the predominant
physical-chemical parameters of these effluents have been raised along with their
maximum limits, to grant the water quality resulting of the mixture in a conventional
ETA (water treatment station), considering also a pre-treatment by reverse osmosis
in one of the cases. Considering the real water availability for each one of the above
mentioned effluents, the result was a possible utilization of 68% of the effluents,
representing a total volume of 137 cubic meters (being 20 cubic meters per hour of
the Lime Plant effluent, 80 cubic meter per hour of the Biological Treatment Station
effluent and 37 cubic meters of the Shaping Plant Cooling Tower). This water volume
is capable of feeding daily 20,000 people showing the importance of the study for the
CST sustainable growing, the case of this work, and for the society as a whole as
well, making available water resources to the environment.
Keywords: Hydric management. Environmental Sustainability. Re-use. Mathematical
Modeling.
LISTA DE ABREVIATURAS
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
ANA Agência Nacional das Águas
CESAN Companhia Espírito-Santense de Saneamento
CIVIT Companhia Industrial de Vitória
CNRH Conselho Nacional de Recursos Hídricos
CST Companhia Siderúrgica de Tubarão
CTEs Centrais Termo Elétricas
CVRD Companhia Vale do Rio Doce
DQO Demanda Química de Oxigênio
EIA-RIMA Estudos de Impacto Ambiental e Relatório de Impacto
Ambiental
EPIs Equipamentos de Proteção Individual
ETA Estação de Tratamento de Água
ETA-C Estação de Tratamento de Água
ETB Estação de Tratamento Biológica
ETE Estação de Tratamento de Esgoto
IGASA S/A Indústria e Comércio de Auto
LTQ Laminador de Tiras a Quente
LUMA Laboratório de Utilidades e Meio Ambiente
ONU Organização das Nações Unidas
P&D Pesquisa e Desenvolvimento,
PDCA do inglês "plan-do-check-act”
PO Pesquisa Operacional
SABESP Companhia de Saneamento Básico de São Paulo
SDT Sólidos Dissolúveis Totais
SGA Sistema de Gestão Ambiental
Sistema LIMS Sistema de Controle do Laboratório de Utilidades e Meio
Ambiente
SST Sólidos Suspensos Totais
TCF Totally Chlorine Free
UNT Unidade Nefelométrica de Turbidez
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Comportamento ambiental reativo ............................................................18
Figura 2 - Distribuição de áreas irrigadas por país....................................................26
Figura 3 – Modelo Proposto ......................................................................................56
Figura 4 - Melhorias no sistema de gestão ambiental da CST..................................59
Figura 5 – Vista Geral da CST ..................................................................................61
Figura 6 - Consumo específico de água....................................................................62
Figura 7 - Taxa de emissão específica de material particulado.................................63
Figura 8 - Gestão de resíduos e co-produtos............................................................63
Figura 9 - Política ambiental......................................................................................65
Figura 10 - Vista dos decantadores da ETA-Clarificada da CST...............................66
Figura 11 - Água doce - Índice de recirculação X consumo específico .....................69
Figura 12 - Conceito de modelo e as atividades básicas da pesquisa operacional...72
Figura 13 - Volume consumido e reuso de água doce na CST.................................81
Figura 14 - Vista geral da ETA-Reuso.......................................................................83
Figura 15 - Distribuição de água e tratamento de efluentes da CST.........................85
Figura 16 - Fluxograma de tratamento de água da ETA-R .......................................86
Figura 17 - Planilha de coleta de dados ....................................................................91
Figura 18 - Valores previstos pelo modelo X valores observados.............................94
Figura 19 - Resultado regressão múltipla simplificada (3D) ......................................95
LISTA DE QUADROS
Quadro 1 - Segmentação das águas e seus diversos usos ......................................25
Quadro 2 - Água retirada e água consumida por setor .............................................25
Quadro 3 - Categorias de água em função do seu grau de qualidade......................29
Quadro 4 - Classificação das águas doces, salobras e salinas do País ...................38
Quadro 5 - Procedimentos metodológicos ................................................................79
Quadro 6 - Percentual de recirculação de água doce na CST ..................................82
Quadro 7 - Características físico- químicas dos efluentes ........................................87
Quadro 8 - Resultados físico-químicos após tratamento em Osmose Reversa ........89
Quadro 9 - Resultados do modelo considerando pré-tratamento..............................97
Quadro 10 – Parâmetros restritivos resultantes do modelo ......................................97
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Disponibilidade de água no planeta .........................................................23
Tabela 2 - Disponibilidade hídrica potencial no Brasil...............................................24
Tabela 3 - Consumo médio de água no planeta........................................................26
Tabela 4 - Resultados do Modelo de Regressão Linear ...........................................92
Tabela 5 - Resultados do Modelo de Regressão Linear simplificado........................92
SUMÁRIO
CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO..................................................................................13
1.1 APRESENTAÇÃO DO TEMA....................................................................13
1.2 OBJETIVOS...............................................................................................15
1.2.1 Objetivo geral............................................................................................15
1.2.2 Objetivos específicos...............................................................................15
CAPÍTULO 2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ............................................................16
2.1 HISTÓRICO DO AMBIENTALISMO ..........................................................16
2.2 COMPORTAMENTO AMBIENTAL NAS ORGANIZAÇÕES .....................17
2.2.1 O Desenvolvimento Sustentável .............................................................19
2.2.2 A Gestão ambiental ..................................................................................20
2.2.3 Normas ISO 14000 ....................................................................................21
2.3 A ÁGUA E SUA SUSTENTABILIDADE ....................................................22
2.3.1 A Disponibilidade de água no mundo.....................................................22
2.3.2 A Disponibilidade de água no Brasil.......................................................23
2.3.3 A água e sua utilização ............................................................................24
2.3.3.1 Consumo de água na indústria siderúrgica...........................................32
2.3.4 Contaminação da água ............................................................................33
2.3.5 Legislação brasileira para os recursos hídricos ...................................34
2.3.5.1 A Gestão dos Recursos Hídricos e a Agenda 21 .......................................38
2.4 REUSO DE ÁGUA .....................................................................................39
2.4.1 Conceitos e tendências............................................................................39
2.4.2 Potencial de reuso no Brasil ...................................................................42
2.4.2.1 Reuso no setor urbano ...............................................................................42
2.4.2.2 Reuso do setor industrial............................................................................43
2.4.2.3 Setor agrícola .............................................................................................44
2.4.3 Aspectos econômicos dos sistemas de reuso ......................................45
2.5 GESTÃO HÍDRICA E O REUSO NAS EMPRESAS ..................................46
2.5.1 Estudo de casos de otimização do uso de recursos hídricos na
indústria ....................................................................................................47
2.5.2 Modelos de gerenciamento hídrico ........................................................54
2.6 A COMPANHIA SIDERÚRGICA DE TUBARÃO .......................................58
2.6.1 Sistema de gestão ambiental da CST .....................................................61
2.6.2 Impacto do consumo de água da CST na matriz estadual....................64
2.7 MODELAGEM MATEMÁTICA...................................................................70
CAPITULO 3 - PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS .........................................76
CAPITULO 4 - RESULTADOS .................................................................................80
4.1 Definição dos efluentes do modelo ........................................................83
4.2 TRATAMENTO DOS DADOS....................................................................87
4.3 CONSTRUÇÃO DO MODELO...................................................................89
4.4 O MODELO DESENVOLVIDO...................................................................95
4.4.1 Resultados do modelo .............................................................................97
CAPITULO 5 - CONSIDERAÇÕES FINAIS............................................................100
5.1 ATENDIMENTO AOS OBJETIVOS TRAÇADOS....................................101
5.2 SUGESTÕES PARA TRABALHOS PROFISSIONAIS NO ÂMBITO DA
CST ..........................................................................................................102
5.3 SUGESTÕES PARA FUTUROS TRABALHOS ACADÊMICOS .............102
REFERÊNCIAS.......................................................................................................103
APÊNDICES ...........................................................................................................114
APÊNDICE A - RESULTADOS LABORATORIAIS REFERENTES ÀS AMOSTRAS
COLETADAS EM CAMPO .......................................................................115
APÊNDICE B - ESTRUTURAÇÃO DO MODELO MATEMÁTICO NO MAT LAB E
RESULTADOS .........................................................................................117
CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO
1.1 APRESENTAÇÃO DO TEMA
A água é determinante para o desenvolvimento sustentável, indispensável
para a saúde e bem-estar humano e manutenção da vida em nosso planeta. É
também essencial para o desenvolvimento das diversas atividades criadas pelo
homem, e por isso apresenta valores econômicos, sociais e culturais. Pode ser
utilizada para geração de energia, irrigação, transporte, processos industriais, além
de saciar a sede dos homens e animais.
A água constitui fator de grande importância na constituição do mundo em
que vivemos. No clima, permite a manutenção de temperaturas amenas e
variações não muito acentuadas. É responsável pela formação da maior
parte das rochas sedimentares. Além disso, constitui componente
indispensável à existência da vida em todas as suas formas. (BRANCO,
2003, p. 9).
Há muito tempo ouve-se falar que a água é um bem finito. Muitos
classificam-na como o insumo de maior importância nos últimos tempos e afirmam,
ainda, que ela será causa de conflitos internacionais em razão de sua disputa.
Segundo Boranga (2003), quem detiver controle sobre a quantidade e qualidade
desse produto terá em suas mãos trunfos que permitirão obter vantagens
inimagináveis.
Muito embora três quartos da superfície do nosso planeta seja coberta por
água, apenas uma pequena parcela representa o volume de água doce própria para
o desenvolvimento das atividades mencionadas sem grandes investimentos
necessários para adequação às suas características físico-químicas. O volume total
de água no planeta é constante e as reservas somam aproximadamente 1.380
milhões de km
3
(JACOBI, 2005).
A distribuição de água no planeta não é uniforme, o que produz
alterações continentais, regionais e locais no uso dos recursos hídricos, com
profundas implicações econômicas. Apesar da água ser abundante na média global,
freqüentemente não é obtida facilmente no momento e local requerido, ou com a
qualidade desejada.
14
Em pesquisas realizadas sobre o assunto estima-se que grande parte da
população mundial futuramente não disporá de água potável para consumo. A
própria Organização das Nações Unidas (1995 apud FERNANDES, 2002) alerta
que, em 2025, cerca de 2,6 bilhões de pessoas em todo o mundo sofrerão a falta
d’água, fato que coloca a preservação da água como uma questão de sobrevivência.
Aliada à questão da disponibilidade hídrica, também se deve levar em consideração
os problemas relacionados ao aumento da população mundial o que acaba
exercendo uma grande pressão sobre o consumo de água, não apenas para
satisfazer as suas necessidades vitais, mas também para a produção de alimentos e
produtos industrializados (MIERZWA, 2002).
A conscientização da sociedade e a legislação ambiental têm induzido as
empresas a uma relação mais sustentável com o meio ambiente. A preocupação
com alcance de metas ambientais e demonstração de desempenho correta leva
essas organizações a adotarem um sistema de gestão cada vez mais estruturado e
integrado (ABNT, 2004).
A necessidade da busca de alternativas tecnológicas mais limpas e
matérias primas menos tóxicas retratam essa preocupação. A indústria tem sido
forçada a investir em modificações de processo, aperfeiçoamento de mão-de-obra,
substituição de insumos, redução de geração de resíduos e racionalização de
consumo de recursos naturais de forma que se minimizem os impactos negativos da
atividade produtiva refletindo diretamente em economia e na melhoria da
competitividade.
É nesse contexto que se insere a preocupação com o uso sustentável da
água, recurso de grande importância para sobrevivência humana e ao mesmo tempo
imprescindível no desenvolvimento econômico do país. A utilização descontrolada
do recurso, bem como a poluição das fontes existentes torna imprescindível a
existência de uma gestão estruturada de forma que se possa acomodar as
demandas econômicas, sociais e ambientais por água em níveis sustentáveis, e
assim permitir a convivência dos usos atuais e futuros sem que haja conflitos.
Especificamente sobre a esfera industrial, a indisponibilidade desse
recurso pode ser vital para a sustentabilidade dos sistemas produtivos. Sendo assim,
as organizações têm procurado racionalizar o recurso, visando à redução da
demanda através de seu uso eficiente e sustentável. As técnicas existentes de
reaproveitamento de água, tais como recirculações, reuso e reciclagem são soluções
15
eficazes que contribuem cada uma em sua escala, para solução efetiva do
problema.
Na siderurgia o consumo médio de água é elevadíssimo, em torno de 500
mil metros cúbicos por hora (para efeito comparativo corresponde ao consumo de 10
cidades do porte do Rio de Janeiro). Se não houvessem as tecnologias aplicadas de
recirculação (80% do volume em média), a carência pelo insumo chegaria em níveis
extremamente elevados, agravando a criticidade do assunto.
Neste cenário crítico a questão central desta pesquisa pode ser assim
formulada: como maximizar o aproveitamento de água através de técnicas de reuso
em uma indústria siderúrgica.
1.2 OBJETIVOS
1.2.1 Objetivo geral
Analisar as oportunidades de redução do consumo de água bruta em uma
planta siderúrgica através do reaproveitamento da água descartada de unidades
operacionais.
1.2.2 Objetivos específicos
• Identificar os efluentes disponíveis para reuso;
• Identificar os parâmetros físico-químicos e volumes disponíveis desses
efluentes;
• Elaborar modelo de otimização do recurso (modelagem).
CAPÍTULO 2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 HISTÓRICO DO AMBIENTALISMO
Segundo Valle (1995), assunto meio-ambiente não é muito antigo. Surgiu
na década de 50 quando a contaminação das águas e do ar nos países
industrializados chamou atenção de algumas pessoas e entidades. É nessa fase que
surgem os primeiros movimentos ambientalistas, e com eles o início da
conscientização de que resíduos incorretamente dispostos poderiam ocasionar
mortes ou sérias lesões se penetrados na cadeia alimentar.
Na mesma obra, o autor afirma que na década de 60, as nações
começaram a estruturar seus órgãos ambientais, caracterizando-se como a era das
regulamentações e legislações para controle ambiental. A partir daí, poluir passou a
ser crime em diversos países. A crise energética fez surgir uma nova preocupação
mundial. A necessidade de redução de consumo energético fez com que o mundo
passasse a valorizar o resíduo como fonte energética, criando o conceito de
“Desenvolvimento Sustentável”, conceito este que será explorado ainda nesse
capítulo.
Nos anos 70, o controle ambiental se torna mais rígido. Surgem empresas
especializadas em controle ambiental, responsáveis pela elaboração de Estudos de
Impacto Ambiental e Relatório de Impacto Ambiental (EIA-RIMA). Desta forma, o
quadro legal e a competência técnica possibilitaram o comprometimento das
indústrias, sendo as novas ou as mais antigas.
Na década de 90, a consciência sobre a importância do meio-ambiente já
estava tão ratificada que o custo de se preservar a natureza já era naturalmente
internalizado em todos os orçamentos. A preocupação com o uso parcimonioso das
matérias-primas escassas e não-renováveis, a racionalização do uso de energia, o
entusiasmo pela reciclagem, que combate o desperdício, convergem para uma
abordagem mais ampla e lógica do tema ambiental que pode ser resumida pela
expressão Qualidade Ambiental (VALLE, 1995).
Este autor ainda complementa que nessa década, após a Conferência
das Nações Unidas, ou o famoso encontro Rio 92, a questão ambiental passa a ser
tema em discussão em toda sociedade. Nessa mesma oportunidade foi aprovada a
17
Agenda 21, que contendo 40 capítulos e fundamentada na sinergia da
sustentabilidade ambiental, social e econômica foi construída com a contribuição de
governos e instituições da sociedade civil de 169 países. Marca o momento em que
a comunidade internacional passa a assumir compromissos com a mudança da
matriz de desenvolvimento, objetivando o planejamento do futuro dos países de
forma sustentável.
A Agenda 21 reúne o conjunto mais amplo de premissas e recomendações
sobre como as nações devem agir para alterar seu vetor de
desenvolvimento em favor de modelos sustentáveis e a iniciarem seus
programas de sustentabilidade (SILVA apud MMA, MINISTÉRIO DO MEIO
AMBIENTE, 2005.)
Ainda nesse contexto, foram criadas normas ambientais mundiais,
denominadas por série ISO14000, com intuito de orientar as empresas a garantir a
preservação do meio-ambiente com bases sustentáveis, também assunto que será
comentado posteriormente.
Nos dias de hoje, o componente ambiental é uma realidade. O dilema da
empresa moderna é adaptar-se a esse componente, otimizando seus resultados, ou
correr o risco de perder espaços arduamente conquistados. Diante desse fato a
aplicação efetiva dos princípios de gerenciamento ambiental, condizentes com o
desenvolvimento sustentável, torna-se prática de sobrevivência para todas as
empresas de valor (CLEMENTE, 1998).
2.2 COMPORTAMENTO AMBIENTAL NAS ORGANIZAÇÕES
Segundo Tomer, Baumol e Duclos (apud MAIMON, 1996) a
responsabilidade ambiental na empresa é assunto predominantemente
contemporâneo e é resultado da sua iteração com atores externos e internos à
organização. O governo e órgãos de controle regionais e nacionais, instituições
ambientalistas, de comércio e industrias além dos próprios consumidores podem ser
considerados principais atores externos. Como atores internos à organização,
destacam-se as áreas de segurança, meio-ambiente, qualidade, P&D Pesquisa e
Desenvolvimeto, produção, clientes e fornecedores.
18
Até a década de 70 as empresas se limitavam a evitar acidentes locais e
cumprir as normas de poluição definidas pelos órgãos reguladores. Nesta estratégia
reativa; “poluía-se para depois despoluir”, oneravam-se os custos já que significava
investimentos adicionais na compra de equipamentos de despoluição. Este
comportamento reativo das empresas foi ilustrado por Baumol e Oates em 1979
(apud MAIMON, 1996), conforme Figura 1.
Figura 1 - Comportamento ambiental reativo
Fonte: Baumol e Oates (apud MAIMON, 1996, p.21).
Os autores afirmam que a responsabilidade ambiental reativa está
inserida num contexto de maximização de lucros no curto prazo, respondendo à
sinalização do mercado de insumos e produtos / serviços e à regulamentação dos
órgãos de controle ambiental. A empresa vivencia uma contradição entre a
responsabilidade ambiental e o lucro.
Após os choques do Petróleo em 1973 e 1979, e a conseqüente crise
energética mundial, e por motivos estritamente econômicos, muitas empresas que
estavam sendo pressionadas para incorporar equipamentos de despoluição
aproveitaram a oportunidade para repensarem seus processos de produção. No final
da década de 80, com a nova realidade sócio ambiental, muitas empresas passaram
EMPRESA
MERCADOS
-Produtos / serviços
- Recursos
ORGÃOS DE
CONTROLE
Poluição
Controle de Poluição
Inovações, etc.
Maximização de lucros,
curto prazo
19
a ter uma postura ambientalmente responsável, descartando a possibilidade de
encarar o modelo reativo anteriormente apresentado.
Nesse novo contexto, Tomer (1992, apud MAIMON 1996) contrapõe a
esse modelo propondo um modelo ético ambiental para as organizações. A ética
ambiental faz parte da missão corporativa da organização no longo prazo, e está
associada a relação com a comunidade e com o movimento ambientalista.
2.2.1 O Desenvolvimento Sustentável
De acordo com Steinke (2005, p. 32), desenvolvimento sustentável se
define por "satisfazer as necessidades presentes, sem comprometer a capacidade
das gerações futuras de suprir suas próprias necessidades". É o desenvolvimento
econômico, social, científico e cultural das sociedades garantindo mais saúde,
conforto e conhecimento, sem exaurir os recursos naturais do planeta.
Da mesma forma, Valle (1995, p. 9) define como “atender às
necessidades da geração atual sem comprometer o direito das futuras gerações
atenderem suas próprias necessidades”.
Maimon (1996, p. 27) complementa colocando o desenvolvimento
sustentável como mais do que um novo conceito “é um processo de mudança, onde
a exploração de recursos, a orientação dos investimentos, os rumos do
desenvolvimento ecológico e a mudança institucional devem levar em conta as
necessidades das gerações futuras.”
Essas visões têm um ponto em comum. Consideram as condições de vida
das gerações futuras mediante as alterações provocadas pelas atuais (sociedade
atual).
A legislação ambiental atualmente, no intuito de contribuir e regulamentar
as práticas de desenvolvimento sustentável,começou a patrocinar as soluções
aplicadas em questões ambientais das empresas que assim se propunham, e
passou a punir aquelas que se beneficiavam de custo de produção por não
investirem na proteção do meio ambiente. As empresas dentro de sua “Atuação
Responsável”, passam a se antecipar às legislações, procurando com pró-atividade
investir em melhorias contínuas para solução dos problemas ambientais.
20
Sustentabilidade será, inegavelmente, parte fundamental do planejamento
das ações empresariais, certamente em conjunto com diretrizes de desenvolvimento
governamentais que consolidarão esforços tanto das esferas públicas como
privadas. Para tal é necessário rever valores institucionais, a fim de reverter o
quadro de devastações ambientais geradas pela atuação industrial e da deterioração
social, principalmente o preocupante quadro de desemprego.
O papel das empresas é trabalhar com um horizonte e metas de longo
prazo tendo por propósito atuar como redes de abrangência mundial, cuja motivação
de seus dirigentes é deixar sua marca no futuro, um legado de valor em termos de
melhoria da vida no planeta, considerando saúde humana, ambiental, paz, justiça
social e cidadania.
2.2.2 A Gestão ambiental
Segundo Valle (1995), a Gestão Ambiental consiste em um conjunto de
medidas que visam a redução e controle dos impactos que um empreendimento traz
quando introduzido ao meio-ambiente. Os fundamentos que levam esses
empreendimentos a adotar e praticar a gestão ambiental passam desde
procedimentos obrigatórios de atendimento da legislação ambiental até a fixação de
políticas ambientais que visem a conscientização de todo o pessoal da organização.
A busca de procedimentos gerenciais ambientalmente corretos pode ser justificada
por diversos fatores: (1) os recursos naturais são limitados e estão sendo fortemente
afetados pelos processos de utilização e degradação; (2) os bens naturais (água, ar)
já não são mais bens livres de taxação; (3) o crescimento exerce forte conseqüência
sobre o meio ambiente em geral e os recursos naturais em particular; (4) a
legislação ambiental exige cada vez mais respeito e cuidado com o meio ambiente,
exigência essa que conduz a uma maior preocupação ambiental; (5) Bancos,
financiadores e seguradoras dão privilégios a empresas ambientalmente sadias;
entre outros.
As finalidades básicas da gestão ambiental e empresarial são servir de
instrumentos de gestão com vistas a obter ou assegurar a economia e o uso racional
de matérias-primas e insumos, destacando-se a responsabilidade ambiental da
empresa:
21
Orientar consumidores quanto à compatibilidade ambiental dos
processos produtivos e dos seus produtos ou serviços
Subsidiar campanhas institucionais da empresa com destaque para a
conservação e a preservação da natureza
Servir de material informativo a acionistas, fornecedores e
consumidores para demonstrar o desempenho empresarial na área
ambiental
Orientar novos investimentos privilegiando setores com oportunidades
em áreas correlatas
Subsidiar procedimentos para a obtenção da certificação ambiental nos
moldes da série de normas ISO 14.000
Subsidiar a obtenção da rotulagem ambiental de produtos.
Os objetivos e as finalidades inerentes a um gerenciamento ambiental nas
empresas evidentemente devem estar em consonância com o conjunto das
atividades empresariais. Portanto, não podem e nem devem ser vistos como
elementos isolados, por mais importantes que possam parecer num primeiro
momento (AMBIENTE BRASIL, 2007).
Segundo Martini Jr. e Gusmão (2003), as falhas verificadas em acidentes
ambientais têm sido de caráter organizacional e não tecnológica, sendo assim,
grande parte da atuação da prevenção e controle deveria ter como base as ações de
caráter organizacional. Desta forma, as organizações buscam técnicas de gestão
ambiental que possibilitem o controle dos impactos ambientais de suas atividades,
produtos e serviços. Por outro lado, essas técnicas não garantem o atendimento aos
requisitos legais e internos da organização. A Norma ISO 14001(1996) especifica um
bem sucedido modelo de Sistema de Gestão Ambiental (SGA), capaz de orientar a
organização no aperfeiçoamento de suas práticas ambientais.
2.2.3 Normas ISO 14000
O objetivo geral das Normas ISO 14.000 (1996) é fornecer assistência
para as organizações na implantação ou no aprimoramento de um Sistema de
Gestão Ambiental (SGA) é a sigla correspondente, sendo consistentes com a meta
22
de “Desenvolvimento Sustentável” e compatível com diferentes estruturas culturais,
sociais e organizacionais.
O modelo de gestão ambiental com base na Norma ISO14001 utiliza o
ciclo PDCA do inglês plan-do-check-act (planejar, implementar, verificar e
analisar) com objetivo de introduzir a melhoria contínua, sendo composta por 5
partes principais:
• Política Ambiental Æ comprometida com o Sistema de Gestão Ambiental
da organização.
• Planejamento Æ implementar, cumprir e manter a Política.
• Implementação e Operação Æ desenvolver capacitação e mecanismos de
apoio para atender a política, objetivos e metas.
• Verificação e Ação Corretiva Æmedição das etapas anteriores e correção
dos desvios.
• Análise Crítica pela Administração Æ análise crítica das informações
obtidas na etapa anterior verificando se a etapa de Implementação e
Operação foi realizada conforme estabelecido na etapa de Planejamento
para implementar e manter a Política Ambiental.
Deve-se Implementar, manter e melhorar um sistema de gestão ambiental
continuamente para assegurar conformidade com a política ambiental e demonstrar
tal conformidade a terceiros.
2.3 A ÁGUA E SUA SUSTENTABILIDADE
2.3.1 A Disponibilidade de água no mundo
Segundo Branco (2003) nosso planeta possui um volume de 1 trilhão de
quilômetros cúbicos, mas apenas a milésima parte deste é constituída de água. Com
efeito, cerca de 1,4 bilhão de quilômetros cúbicos de água preenchem os espaços
vazios da crosta terrestre, além de cobrir três quartos da superfície e fazer parte da
atmosfera, na forma de vapor. Na Tabela 1 é apresentada a distribuição das
reservas de água em nosso planeta.
23
Tabela 1 - Disponibilidade de água no planeta
Km³
%
Calotas polares e geleiras 24,14 1,74
Solo e subsolo 10,83 0,76
Lagos e pântanos 0,1 0,008
Rios 0,002 0,0002
Total 35,1 2,53
ÁGUA
SALGADA
Oceanos, lagos e subterrânea
1.350,00 97,45
0,013 0,001
1358 100
VAPOR ATMOSFÉRICO
Distribuição
TOTAL DE ÁGUA NA TERRA
ÁGUA DOCE
A ÁGUA NO PLANETA TERRA
Fonte: adaptada de Branco (2003, p.11).
Dos 2,53% de água doce, a maior parte, ou seja, 35 mil trilhões de
toneladas, encontra-se retida no solo, subsolo e nas massas de gelo; cerca de 100
trilhões de toneladas constituem lagos e pântanos, e o restante acha-se distribuído
na atmosfera e nos rios.
Segundo a Organização das Nações Unidas (ONU, apud Branco, 2003) a
água será um bem tão valioso no futuro que os donos de reservas hídricas poderão
formar cartéis como ocorrido no caso do petróleo.
2.3.2 A Disponibilidade de água no Brasil
De modo geral, o Brasil é privilegiado no que diz respeito á
disponibilidade hídrica. Se os recursos disponíveis no território fossem
uniformemente distribuídos não existiria nenhum problema relacionado com
escassez de água. Porém essa idéia se torna utópica, considerando ainda o fato do
território nacional ser bastante extenso e com grandes variações climáticas, as quais
afetam diretamente as características hidrológicas de cada região (MIERZWA,
2002). A Tabela 2 indica a relação entre disponibilidade e demanda desse recurso
por região do Brasil.
24
Tabela 2 - Disponibilidade hídrica potencial no Brasil
Regiões
População
(habitantes)
Demanda Total
(m³/ano.Habitantes)
Disponibilidade
Específica de Água
(m³/ano.Habitantes)
Norte 12.623.084 204 513.102
Nordeste 46.464.103 302 4.009
Sudeste 68.400.270 436 4.868
Sul 23.688.758 716 15.907
Centro –
Oeste
10.890.945 355 69.477
Brasil 162.067.160 414 50.162
Fonte: Adaptada de Ramiro (1997, p.28)
Observa-se que existe uma grande variação na disponibilidade específica
de água entre as diversas regiões brasileiras, sendo as regiões mais críticas a
Nordeste seguida da Sudeste. Interessante salientar que o que leva estas duas
regiões a apresentarem a menor disponibilidade específica de água são causas
distintas. Na Região Nordeste o fator preponderante refere-se ao próprio potencial
hídrico, principalmente em função das condições climáticas, enquanto na região
Sudeste refere-se às grandes concentrações populacionais (RAMIRO, 1997).
2.3.3 A água e sua utilização
A água sempre foi utilizada pelos seres humanos como recurso, seja para
o próprio consumo ou para o preparo de alimentos. O estabelecimento de um grupo
de pessoas em um local era determinado em grande parte pela presença de água
nas proximidades. Com o passar do tempo o ser humano aprendeu a utilizar a força
das águas para fazer funcionar moinhos e máquinas. Há cerca de 250 anos atrás
foram criadas máquinas, locomotivas e alguns barcos movidos a vapor de água. Era
necessário ferver uma grande quantidade de água para que o vapor desse impulso
às máquinas. O avanço da tecnologia possibilitou a utilização da água, em grande
quantidade, para a produção de energia elétrica nas usinas hidrelétricas e irrigação
(GONDIN, 2005).
25
A água é então fundamental para a sobrevivência do homem e para o
equilíbrio de toda a natureza do planeta. Sua importância faz com que hoje ela seja
uma preocupação mundial diante das ameaças da poluição, do uso insustentável,
das mudanças climáticas, das mudanças no uso do solo e do risco de escassez.
Sendo um bem de domínio público onde todos têm direito ao uso, inúmeras são
suas aplicações. O Quadro 1 mostra as diversas utilizações desse recurso, por
segmento e o Quadro 2 por setor consumidor:
SEGMENTO UTILIZAÇÃO
Social e Ambiental
Doméstico
Público
Vida Animal Terrestre
Vida Aquática
Econômico
Industrial
Irrigação
Pesca
Usina Hidrelétrica
Receptor de Resíduos
Navegação
Recreação
Pesca Esportiva
Lazer
Esporte Aquático
Quadro 1 - Segmentação das águas e seus diversos usos
Fonte: Adaptado de Gondin (2005).
Setor Água retirada Água consumida
Agricultura
63% 93%
Indústria
21% 4%
Doméstico
10% 3%
Quadro 2 - Água retirada e água consumida por setor
Fonte: Adaptado de Gondin (2005).
Segundo Assis (2002), é classificada como consumo doméstico a
utilização da mesma para consumo humano, banho, lavagem de roupa, louças,
pisos, descargas sanitárias e irrigação de plantas. No contexto do consumo
doméstico, na maioria dos países a água é descartada após ser utilizada, já em
outros, a sua reutilização já vem sendo promovida.
26
De acordo com levantamento realizado pelo World Resource Institute em
1997, o consumo médio per capta de água no planeta está também relacionado com
a renda da população, como demonstrado na Tabela 3 a seguir:
Tabela 3 - Consumo médio de água no planeta
Consumo Anual (m³/capta)
Países
Uso Doméstico Outros Usos
Países com Baixa Renda 24,0 315,0
Países com Média Renda 67,5 529,0
Países com Alta Renda 136,0 499,0
Brasil 54,0 191,0
Média Mundial 74,0 468,0
Fonte: World Resource Institute (2005).
No segmento agrícola ocorre o maior consumo de água dentre todas as
formas de utilização desse recurso natural no planeta. A água é utilizada na
agricultura para suprimentos devido à existência de reservas de sais minerais em
sua composição.
Além de ser fonte de alimentação, a água promove o umedecimento do
solo, facilitando a penetração das raízes e o desenvolvimento de alguns tipos de
raízes subterrânea, destinadas para alimentação humana e de animais.
Segundo Saad (1993), em relação ao mundo, o Brasil tem hoje mais ou
menos 1% da área total irrigada, cuja distribuição pode ser observada na Figura 2 a
seguir.
0
20
40
60
80
100
120
140
160
China India EUA Russia Brasil Outros
(milhões Km²)
Figura 2 - Distribuição de áreas irrigadas por país
Fonte: Saad (1993, p.177).
27
No Brasil são cerca de dois milhões e setecentos mil hectares irrigados,
sendo que um milhão situa-se na região Sul. O restante, um milhão de hectares, é
distribuído na região centro-oeste e sudeste, tratando-se principalmente de irrigação
por aspersão mecanizada, e setecentos mil hectares no semi-árido de nordeste
(SAAD, 1993).
Segundo estudos desenvolvidos pela ONU (2001), o segmento industrial
é o segundo maior consumidor de água do mundo. Entre as diversas formas de
utilização da água no meio industrial, pode-se citar: lavagem de matérias primas,
umectação de pátios, lavagem de gases, resfriamento de produtos, geração de
energia elétrica e lavagem de ruas.
De um modo geral, segundo Nordell (1961) a quantidade e a qualidade de
água necessária ao desenvolvimento das atividades industriais dependem
basicamente do ramo de atividade da indústria e sua capacidade de produção,
sendo que em uma mesma indústria podem ser utilizados vários tipos de água, com
diferentes níveis de qualidade em termos de características físicas, químicas e
biológicas. Por outro lado, o porte da industria, que está relacionado com a sua
capacidade de produção, irá definir quais as quantidades requeridas para cada uso.
De uma maneira genérica, pode-se dizer que a água encontra as
seguintes aplicações na indústria:
• Matéria-prima Æ incorporada ao produto final (ex: indústria de cervejas e
refrigerantes).
• Fluido auxiliar Æ preparação de soluções químicas, reagentes (ex:
indústria farmacêutica).
• Geração de Energia Æ geração de energia cinética, térmica (ex:
hidroelétricas, termoelétricas…).
• Fluido para troca de calor Æ em forma de vapor para aquecimento ou em
forma líquida ou sólida para resfriamento.
• Transporte e assimilação de efluentes Æ lavagem de equipamentos,
incorporação de subprodutos gerados no processo industrial, instalações
sanitárias, etc.
28
Cada finalidade industrial demanda águas com qualidades distintas
exigindo-se, na maioria das situações,, tratamentos distintos. Os vários parâmetros
utilizados nas especificações de qualidade de água são aqui descritos, a partir de
Branco (2003).
Sólidos Dissolúveis Totais (SDT): os sólidos podem ser orgânicos e
inorgânicos e podem ser classificados de acordo com as suas características físicas
(tamanho e estado) ou características químicas. Podem resultar em problemas
estéticos, depósitos de lodo e proteção de patogênicos.
Demanda Química de Oxigênio (DQO): é a quantidade de oxigênio
necessária para oxidação da matéria orgânica através de um agente químico. O
aumento da concentração de DQO num corpo d'água se deve principalmente a
despejos de origem industrial, e por isso é um parâmetro indispensável nos estudos
de caracterização de esgotos sanitários e de efluentes industriais.
Sólidos Suspensos Totais (SST): sólidos nas águas correspondem a toda
matéria que permanece como resíduo, após evaporação, secagem ou calcinação da
amostra a uma temperatura pré-estabelecida durante um tempo fixado. Nos estudos
de controle de poluição das águas naturais e principalmente nos estudos de
caracterização de esgotos sanitários e de efluentes industriais, as determinações
dos níveis de concentração das diversas frações de sólidos resultam em um quadro
geral da distribuição das partículas com relação ao tamanho (sólidos em suspensão
e dissolvidos) e à natureza (fixos ou minerais e voláteis ou orgânicos). Para o
recurso hídrico, os sólidos podem causar danos à vida aquática já que podem se
sedimentar no leito dos rios destruindo organismos que fornecem alimentos, ou
também danificar os leitos de desova de peixes. Podem também reter bactérias e
resíduos orgânicos no fundo dos rios, promovendo decomposição anaeróbia. Altos
teores de sais minerais, particularmente sulfato e cloreto, estão associados à
tendência de corrosão em sistemas de distribuição, além de conferir sabor às águas.
A Dureza é definida como a dificuldade de uma água em dissolver (fazer
espuma) sabão pelo efeito do Ca, Mg e outros elementos como Fe, Mn, Cu e Ba. A
dureza pode ser expressa como dureza temporária (devida aos íons de cálcio e de
magnésio que sob aquecimento se combinam com íons bicarbonato e carbonatos,
podendo ser eliminada por fervura (em caldeiras e tubulações por onde passa água
quente os sais formados devido à dureza temporária se precipitam formando crostas
e criando uma série de problemas, como o entupimento); dureza permanente
29
(devida aos íons de cálcio e magnésio que se combinam com sulfato, cloretos,
nitratos e outros, dando origem a compostos solúveis que não podem ser retirados
pelo aquecimento) e dureza total (soma da dureza temporária com a permanente
medido em mg/L de CaCO3).
A água pode ser classificada em uma das quatro categorias com base no
Quadro 3.
Parâmetros
Grau de Qualidade
SDT
(mg/L)
a
DQO
(mg/L)
SST
(mg/L)
Dureza
(mg/L)
b
TIPO - I: Água Ultra Pura < 10 < 1 0 0
TIPO - II: Água de Processo de Alta
Qualidade
10 – 60 0 - 10 0 < 30
TIPO – III: Água Tratada 20 – 60 0 - 10 0 - 10 30 - 75
TIPO – IV: Água Bruta ou Reciclada 60 – 800 10 - 150 10 - 100 ---
Quadro 3 - Categorias de água em função do seu grau de qualidade
Fonte: Hespanhol, Mierzwa (2005, p.35).
a - valores baseados nos dados fornecidos pela ANEEL
b - valores baseados nos dados fornecidos pela ANEEL e pela classificação da água em função da dureza
A obtenção de água no grau de qualidade ideal só é possível com a
aplicação de técnicas de tratamento específicas que, por terem limitações, devem
ser combinadas entre si. Quando se quer desenvolver um sistema de tratamento que
atenda às necessidades de cada aplicação, é preciso conhecer as capacidades e
limitações de cada uma das técnicas (HESPANHOL; MIERZWA, 2005).
São apresentados abaixo, processos e operações unitárias, adequados
aos tipos de contaminantes que serão eliminados.
O Sistema convencional de tratamento: tem como objetivo adequar as
características físicas, químicas e biológicas da água a determinados padrões
higiênicos, estéticos e econômicos (AZEVEDO NETTO et al., 1987). As
características da água bruta influenciam as técnicas de tratamento empregadas,
diferindo para águas subterrâneas e superficiais. A qualidade das águas superficiais
é afetada pelas condições climáticas e geológicas e suas características variam ao
longo do ano. Para acomodar essas variações, o sistema de tratamento deve ser
composto pelas seguintes unidades de tratamento:
30
a) Aeração ou pré-cloração: esta unidade tem por objetivo remover
substâncias orgânicas voláteis causadoras de odor e sabor na água, bem
como promover a oxidação de compostos ferrosos e manganosos
dissolvidos que podem precipitar ou ser oxidados após o processo de
filtração da água. Na aeração esse processo se dá por meio de aerador
tipo bandeja, que consiste numa série de bandejas empilhadas de
profundidade entre 0,3 e 0,45 m cada, com o fundo perfurado e
preenchido por coque, calcário ou algum material plástico. A outra opção
para a oxidação do ferro e manganês é o processo de pré-cloração que
apresenta vantagens, porque sua taxa de oxidação é mais rápida e capaz
de oxidar o ferro ligado a compostos orgânicos, ao contrário do processo
de aeração (KAWAMURA, 1991).
b) Coagulação, floculação e sedimentação: consistem na remoção de
sólidos e precipitação de poluentes pela dosagem de produtos químicos,
seguida de uma mistura rápida para dispersá-los e mistura lenta para
promover a formação de flocos sedimentáveis em unidades de
decantação. Os produtos químicos podem ser aplicados em vários pontos
do processo de tratamento, para a remoção de matéria orgânica e
inorgânica na forma solúvel, ou em suspensão. O processo de
coagulação tem como objetivo principal neutralizar as cargas elétricas das
partículas em suspensão, por meio da adição de compostos químicos
com cargas positivas, como sais de ferro, sais de alumínio e polímeros. O
processo de floculação, após a coagulação, promove o contato ente às
partículas desestabilizadas, de modo a possibilitar umas agregações em
forma de flocos maiores e mais pesadas, que depois de sedimentados
são removidos. (MANCUSO; SANTOS, 2003).
c) Filtração: foi desenvolvida como um processo unitário para ser
empregado na potabilização de água, revelando-se bastante efetiva na
remoção de material em suspensão e outros constituintes que
normalmente tornam a água impalatável (MANCUSO; SANTOS, 2003).
Para o tratamento de água, os sistemas de filtração mais comum são os
que utilizam filtros de areia antracito ou de areia, antracito e granada ou
ilmenita (AZEVEDO NETO, 1987).
31
d) Desinfecção: após a remoção dos sólidos, a água deve passar por uma
desinfecção, uma vez que muitos dos organismos nela presentes podem
prejudicar os processos nos quais participará ou prejudicará a saúde dos
seres humanos, caso venha a ser ingerida. Para grandes vazões de água,
o processo pode ser economicamente realizado com produtos químicos e
de radiação ultravioleta, com destaque: compostos de cloro, ozônio e
radiação ultravioleta (HESPANHOL; MIERZWA, 2005).
e) Controle da corrosão: é a última etapa do sistema convencional de
tratamento de água para uso industrial. É o ajuste químico final, de modo
que a água não cause corrosão e nem seja incrustante. A tendência da
água é medida pelo índice de Langelier, determinado pela reação de
dureza do cálcio, alcalinidade total, concentração de sólidos totais e
temperatura da água. Com base nesse índice, efetua-se o ajuste químico
da água.
O sistema convencional descrito é o mais completo, mas alguns
processos podem ser abolidos dependendo das características da água a ser
empregada. Adiciona-se aos tratamentos previamente descritos, os listados abaixo,
que, de acordo com seus parâmetros físico-químicos são essenciais para garantia
de água tratada.
• Abrandamento: é utilizado para remoção dos sais catiônicos, de cálcio e
magnésio determinantes da dureza da água. A água dura passa por leito
de resina catiônica e os íons de cálcio e magnésio são permutados por
íons sódio. Existem três técnicas para o abrandamento da água: o
processo de abrandamento pela cal (carbonato de sódio), o processo por
troca iônica e o processo de separação por membranas, cada um
indicado para determinada faixa de dureza. A troca iônica e a separação
por membranas podem reduzir até 100% a dureza da água, enquanto que
o abrandamento pela cal é adequado para valores de dureza menor ou
igual a 80 mg/l
(HESPANHOL; MIERZWA, 2005).
• Troca iônica: é o processo de remoção de minerais dissolvidos em
soluções aquosas pelo emprego de compostos orgânicos ou inorgânicos
insolúveis especiais conhecidos como zeolitos (minerais naturais) ou
resinas de troca iônica (materiais orgânicos sintéticos). No processo de
32
troca iônica, qualquer substância a ser removida da solução (ou a sofrer
troca) deve ser ionizável. Substâncias não-ionizáveis tais como os
compostos orgânicos, estão, portanto, excluídas desse processo. A
capacidade da resina de troca iônica reter íons em sua estrutura é
chamada de capacidade de troca. Em função desta capacidade, que é
limitada, a resina acaba sendo saturada com os íons inicialmente
presentes na água em processo. Nessas condições, deve-se interromper
o tratamento para que seja realizada a regeneração das resinas com uma
solução contendo os íons que estavam inicialmente causando a
saturação. Existem resinas próprias para cada espécie de íon: catiônicas
e aniônicas que ainda subdividem-se em grupos, cada uma delas
adequada para a remoção de íons específicos e tem peculiaridades em
seus processos de regeneração (HESPANHOL; MIERZWA, 2005).
• Separação por membranas: este processo de separação lança mão de
membranas sintéticas, porosas ou semipermeáveis, para separar da água
partículas sólidas de pequenos diâmetros, moléculas e até mesmo
compostos iônicos dissolvidos. Para que o processo de separação ocorra,
utiliza-se um gradiente de pressão hidráulica ou um campo elétrico
(HESPANHOL; MIERZWA, 2005).
Segundo Wagner (2001), os processos de separação por membranas são
divididos em cinco categorias: microfiltração, ultrafiltração, nanofiltarção, osmose
reversa e eletrodiálise. O que difere cada uma das categorias é o diâmetro dos poros
das membranas e o tipo e intensidade da força motriz que promove a separação dos
contaminantes. As membranas de osmose reversa são as mais restritivas ao passo
que as de microfiltração são as menos restritivas.
2.3.3.1 Consumo de água na indústria siderúrgica
As grandes siderúrgicas brasileiras começaram a ser instaladas na
década de 40, numa época em que ainda eram bastante incipientes tanto as
tecnologias de menores impactos ambientais quanto à conscientização ambiental de
toda sociedade. A Siderurgia tem uma utilização muito grande de água em todos os
seus processos.
33
Segundo Heinisch (1993), o consumo médio de água nesse ramo é de
457 mil metros cúbicos por hora (para efeito comparativo corresponde ao consumo
de 10 cidades do porte do Rio de Janeiro), porém o índice de recirculação da
siderurgia como um todo está em torno de 80%. Hoje em dia já existem empresas,
com instalações mais modernas, nas quais esse índice já chega a 94%. Essas são
plantas siderúrgicas mais recentes.
Dada à complexidade dos processos, os sistemas de tratamento de
efluentes requerem tecnologias apropriadas, principalmente nas indústrias
siderúrgicas integradas a coque, que contêm as usinas de benzeno no tratamento
do efluente da coqueria. A laminação a quente é uma atividade que promove grande
quantidade de óleo nos efluentes, o que exige forte tratamento dos efluentes
líquidos. Os acabamentos são linhas que contém decapagens químicas, e da
mesma forma, exigem tratamento adequado.
A água do mar é utilizada como fluido refrigerante, sem contato direto com
produtos que são refrigerados. O uso de água salgada nas siderúrgicas é de
extrema importância para os sistemas de troca de calor, já que requer grandes
vazões devido à própria característica de elevadas temperaturas do processo
siderúrgico. Por esta razão a proximidade do mar passou a ser importante fator
localizacional para as instalações de novas plantas siderúrgicas, isto é aquelas que
se localizam à certa distância do mar se encontram em situação de desvantagem em
termos de custo daquelas que tem o mar próxima das plantas produtivas. Nestas, o
consumo de água doce é apenas 5% do consumo total.
2.3.4 Contaminação da água
Por muito tempo, a principal preocupação que se tinha com a qualidade
da água para abastecimento humano se restringia a aparência e a parâmetros
microbiológicos. Com o passar do tempo, principalmente depois da Segunda Guerra
Mundial, durante a qual foram sintetizadas inúmeras substâncias químicas até então
inexistentes, principalmente compostos orgânicos sintéticos como os pesticidas, os
problemas relacionados à poluição das águas ficaram mais complexos (SHREVE;
BRINK, 1980).
As águas também são o destino final de quase toda a poluição do meio
ambiente. Tudo o que é jogado em ralos de pias, em bueiros, vasos sanitários ou
34
mesmo nos quintais, acaba interferindo no ciclo natural da água. A maior parte dos
poluentes da atmosfera reage com o vapor de água na atmosfera e volta à superfície
sob a forma de chuvas. Nas cidades e nas regiões agrícolas, substâncias tóxicas
não-biodegradáveis são lançadas sem tratamento em córregos, lagos, rios e em
mares. Quando jogadas no solo ou enterradas no subsolo, atingem e contaminam os
lençóis subterrâneos. Os oceanos recebem boa parte dos poluentes dissolvidos nas
águas doces, além do lixo dos centros industriais e urbanos localizados no litoral. O
excesso de cargas orgânicas no mar leva à proliferação de microrganismos
consumidores de oxigênio. Em grande quantidade, esses microrganismos formam as
chamadas "marés vermelhas": as águas ficam escuras, matam peixes e os frutos do
mar tornam-se tóxicos para o consumo humano. Esse tipo de contaminação é
chamada de poluição orgânica (ROHDEN apud BRANCO, 2003).
Um outro tipo de poluição pode ser causado pela presença de nutrientes
como fosfatos e nitratos que contribuem para o crescimento descontrolado de
plantas aquáticas (microalgas), que, quando se decompõem, consomem grandes
quantidades de oxigênio.
De acordo com, Hespanhol e Mierswa (2005) a intensificação das
atividades industriais conduziu a um aumento vertiginoso no número de substâncias
químicas disponíveis comercialmente. Esse aumento leva a um acréscimo no
potencial de contaminação dos recursos hídricos, já que muitas dessas substâncias
acabam se incorporando aos esgotos domésticos e efluentes industriais. Esse fato é
compreensível, pois muitas dessas substâncias são amplamente utilizadas no nosso
dia-a-dia sob as mais variadas formas possíveis: defensivos agrícolas, produtos de
limpeza, conservantes de alimentos e medicamentos diversos.
2.3.5 Legislação brasileira para os recursos hídricos
Segundo Fink e Santos (2003) o tratamento jurídico da utilização e
consumo de água no Brasil, até a Constituição Federal de 1988, considerava a água
como bem inesgotável, passível de utilização abundante e farta. É nesse
pensamento que a utilização de recursos ambientais se baseavam até um pouco
mais da metade do século XX, afinal, os limites da Terra não eram considerados.
Assim é que o Código de Águas (decreto de julho de 1934), previa a propriedade
privada de corpos d’água, assegurava o uso gratuito de qualquer corrente ou
35
nascente e tratava os conflitos sobre o uso das águas como meras questões de
vizinhança. A consciência de que os recursos hídricos têm fim, e, portanto merecem
um tratamento jurídico mais atento, apareceu com a própria Constituição Federal de
1988. A partir deste ano o regime jurídico das águas muda radicalmente no Brasil.
Não há mais águas particulares, sendo a propriedade ou domínio dos cursos e
corpos d’água exclusivamente públicos. Vale dizer que as águas existentes em
território brasileiro são consideradas pela Constituição como bens públicos da União
ou dos Estados.
Dada a grande importância da água para o desenvolvimento das diversas
atividades humanas, tornou-se necessário o estabelecimento de normas que
disciplinassem a utilização dos recursos hídricos pelos diversos segmentos da
sociedade, principalmente pelas indústrias, com a finalidade de minimizar os
problemas de poluição, causados ao meio-ambiente, devido às emissões em corpos
receptores.
As normas existentes incorporam o conceito conhecido como comando e
controle, ou seja, órgãos federais e estaduais obedecem a padrões de qualidade
para os recursos hídricos, bem como padrões para emissão de efluentes, os quais
devem ser seguidos pelas indústrias e demais ramos de atividade. No Brasil existem
normas que estabelecem a classificação de recursos hídricos, de acordo com as
suas características físicas, químicas e biológicas e à destinação, bem como
estabelecem os padrões para o lançamento de efluentes tanto a nível Federal,
quanto Estadual.
A Política Nacional de Recursos Hídricos foi instituída em 1997 pela Lei nº
9.433, fixando fundamentos, objetivos e diretrizes e instrumentos capazes de indicar
claramente a posição e orientação pública no processo de gerenciamento dos
recursos hídricos. Ao iniciar pela enumeração dos fundamentos da política, a lei
indica os princípios e parâmetros que devem ser utilizados pelo cidadão para amplo
entendimento dos diversos dispositivos. Esses fundamentos são as bases da
referida Política:
• “A água é um bem de domínio público”, cumprindo os ditames
constitucionais de que não há mais água de domínio privado no Brasil.
• “A água é um recurso natural limitado, dotado de valor econômico”,
indicando dois princípios fundamentais para entender a forma de
tratamento da água como bem ambiental: recurso limitado e, ao
contrário do Código de Águas, dotado de valor econômico.
36
• “Em situações de escassez, o uso prioritário dos recursos hídricos é o
consumo humano e a dessedentação de animais”. Privilegiando a
espécie humana em condições adversas.
• “A gestão dos recursos hídricos deve sempre proporcionar o uso
múltiplo das águas”, privilegiando usos somente em situação de
escassez, conforme item anterior.
• “A bacia hidrográfica é a unidade territorial básica”, indicando a área de
atuação da política e do sistema gerenciador dos recursos hídricos.
• A gestão descentralizada e participativa do poder público, dos usuários
e das comunidades, em atendimento às recomendações da Declaração
de Paris (FINK ; SANTOS, 2003, p.264).
A Agência Nacional das Águas (ANA), instituída através da Lei Federal nº
9.984 de 17 de julho de 2000, nasceu com o objetivo de implementar a Política
Nacional de Recursos Hídricos e de coordenar o Sistema Nacional de
Gerenciamento de Recursos Hídricos no Brasil, para regular uso dos rios e lagos de
domínio da União, assegurando quantidade e qualidade para usos múltiplos. Para
tal, foram criadas leis e regras para atuação desta entidade, bem como a
estruturação administrativa e fontes de recursos, a fim de manter o processo em
atuação contínua.
A ANA deve obedecer aos fundamentos, objetivos, diretrizes e
instrumentos da Política Nacional de Recursos Hídricos, cabendo-lhe várias
atribuições, como as previstas no artigo 3º da Lei nº 9.984/2000:
I – supervisionar, controlar e avaliar as ações e atividades decorrentes do
cumprimento da legislação federal pertinentes aos recursos hídricos;
II – disciplinar, em caráter normativo, a implementação, a
operacionalização, o controle e a avaliação dos instrumentos da Política Nacional de
Recursos Hídricos;
IV – outorgar, por intermédio de autorização, o direito de uso de recursos
hídricos em corpos de água de domínio da União;
VI – elaborar estudos técnicos para subsidiar a definição, pelo Conselho
Nacional de Recursos Hídricos, dos valores a serem cobrados pelo recursos hídricos
de domínio da União;
VII – estimular e apoiar as iniciativas voltadas para a criação de Comitês
de Bacia Hidrográfica;
IX – arrecadar, distribuir e aplicar receitas auferidas por intermédio da
cobrança pelo uso de recursos hídricos de domínio da União;
XII – definir e fiscalizar as condições de operação de reservatórios por
agentes públicos e privados, visando garantir o uso múltiplo dos recursos hídricos,
37
conforme estabelecido nos planos de recursos hídricos das respectivas bacias
hidrográficas;
XV – estimular a pesquisa e a capacitação de recursos humanos para a
gestão de recursos hídricos;
XVII – propor ao Conselho Nacional de Recursos Hídricos o
estabelecimento de incentivos, inclusive financeiros, à conservação qualitativa e
quantitativa de recursos hídricos (ANA, 2002).
Outra norma de destaque é a Resolução CONAMA nº 357, de 17 de
março de 2005, que trata da classificação das águas doces, salobras e salinas do
País de acordo com as respectivas utilizações e padrões de qualidade. Segundo
essa norma, as águas podem se enquadrar em diferentes classes, conforme Quadro
4.
O Conselho Nacional de Recursos Hídrico (CNRH) aprovou em 8 de maio
de 2001 a Resolução nº 16, que trata da outorga do direito do uso de recursos
hídricos. Tanto no nível federal quanto no estadual, a obtenção da outorga por esse
direito é imprescindível nas seguintes condições:
• Implantação de qualquer empreendimento que possa demandar a
utilização de recursos hídricos, superficiais ou subterrâneos;
• Execução de obras ou serviços que possam alterar o regime, a
quantidade e a qualidade desses mesmos recursos;
• Execução de obras para extração de águas subterrâneas;
• Derivação de água do seu curso ou depósito, superficial ou subterrâneo;
• Lançamento de efluentes nos corpos d’água.
O uso da água para a geração de energia também exige a obtenção da
outorga do direito de uso, o que está bem explícito na Resolução nº 16/2001 do
CNRH.
38
CLASSES DE ÁGUA DOCES PRINCIPAIS USOS
Consumo humano, com desinfecção
Preservação do equilíbrio natural das comunidades aquáticas
Classe especial
Preservação dos ambientes aquáticos em unidades de conservação
de proteção integral
Consumo humano, após tratamento simplificado
Proteção das comunidades aquáticas
Recreação de contato primário (natação, esqui aquático e mergulho)
Irrigação de hortaliças consumidas cruas e de frutas que se
desenvolvem rentes ao solo, ingeridas cruas e sem remoção de
películas
Classe 1
Proteção de comunidades aquáticas em terras indígenas
Consumo humano, após tratamento convencional
Proteção das comunidades aquáticas
Recreação de contato primário
Irrigação de hortaliças, plantas frutíferas, parques, jardins e campos
de esporte e lazer, com os quais o público possa ter contato direto
Classe 2
Aguicultura e atividade de pesca
Consumo humano, após tratamento convencional ou avançado
Irrigação de culturas arbóreas, cerealíferas e forrageiras
Classe 3
Dessedentação de animais
Navegação
Classe 4
Harmonia paisagística
CLASSES DE ÁGUAS SALINAS PRINCIPAIS USOS
Preservação do equilíbrio natural das comunidades aquáticas
Classe especial
Preservação dos ambientes aquáticos em unidades de conservação
de proteção integral
Recreação de contato primário
Proteção das comunidades aquáticas
Classe 1
Aguicultura e atividade de pesca
Classe 2 Pesca amadora e Recreação de contato secundário
Classe 3 Navegação e Harmonia paisagística
CLASSES DE ÁGUAS SALOBRAS PRINCIPAIS USOS
Preservação do equilíbrio natural das comunidades aquáticas
Classe especial
Preservação dos ambientes aquáticos em unidades de conservação
de proteção integral
Recreação de contato primário
Proteção das comunidades aquáticas
Aguicultura e atividade de pesca
Consumo humano, após tratamento convencional ou avançado
Classe 1
Irrigação de hortaliças consumidas cruas e de frutas que se
desenvolvem rentes ao solo, ingeridas cruas e sem remoção de
películas; de parques, jardins e campos de esporte e lazer, com os
quais o público possa ter contato direto
Classe 2 Pesca amadora e Recreação de contato secundário
Classe 3 Navegação e Harmonia paisagística
Quadro 4 - Classificação das águas doces, salobras e salinas do País
Fonte: Mierswa e Hespanhol (2005, p.24).
2.3.5.1 A Gestão dos Recursos Hídricos e a Agenda 21
A Agenda 21, elaborada por várias nações do planeta durante a
Conferência das Nações Unidas sobre Meio Ambiente e Desenvolvimento, tem o
39
objetivo de integrar a proteção do meio-ambiente ao incremento da economia,
concomitante à melhoria da qualidade de vida dos seres humanos, de maneira a
reforçar o conceito de desenvolvimento sustentável, definido na seguinte frase:
Satisfazer às necessidades presentes sem, no entanto, comprometer a capacidade
das futuras gerações em satisfazerem às suas próprias necessidades.
O item de maior destaque da Agenda 21 trata da “Conservação e
gerenciamento de recursos para o desenvolvimento”, cujas bases para ação
referem-se à Proteção da qualidade, manejo e uso dos recursos hídricos (Cap. 18 da
Agenda 21). Este item adverte:
A escassez generalizada, a destruição gradual e o agravamento da poluição
dos recursos hídricos em muitas regiões do mundo, ao lado da implantação
progressiva de atividades incompatíveis, exigem o planejamento e manejo
integrados desses recursos. Essa integração deve cobrir todos os tipos de
massas interrelacionadas de água doce, incluindo tanto águas de superfície
como subterrâneas e levar devidamente em consideração os aspectos
quantitativos e qualitativos. Deve-se reconhecer o caráter multisetorial do
desenvolvimento dos recursos hídricos no desenvolvimento
socioeconômico, bem como interesses múltiplos na utilização desses
recursos para o abastecimento de água potável e saneamento, agricultura ,
indústria , desenvolvimento urbano, geração de energia hidroelétrica,
pesqueiros de águas interiores, transporte, recreação, manejo de terras
baixas e planícies e outras atividades. Os planos racionais de utilização da
água para o desenvolvimentos de fontes de suprimento de águas
subterrâneas ou de superfície e de outras fontes potenciais têm de contar
com o apoio de medidas concomitantes de conservação e minimização do
desperdício. No entanto, deve-se dar prioridade às medidas de prevenção e
controle de enchentes, bem como ao controle de sedimentação, onde
necessário.(MMA, 2005).
2.4 REUSO DE ÁGUA
2.4.1 Conceitos e tendências
A água é um recurso renovável através do ciclo hidrológico. Quando
reciclada por sistemas naturais, é limpa e segura, sendo deteriorada a níveis
diferentes de poluição por meio de atividades humanas. Porém, uma vez poluída, a
água pode ser recuperada e reusada para fins benéficos diversos. O objetivo de
reuso da água e a qualidade exigida para tal fim irão definir que tipo de tratamento é
recomendado, os critérios de segurança, os custos de investimento a manutenção e
as operações requeridas.
40
Na literatura existem algumas definições para reuso água. Segundo
Lavrador Filho (1987, apud BREGA FILHO; MANCUSO, 2003), reuso de água é o
processo pelo qual a água, tratada ou não, é reutilizada para o mesmo ou outro fim.
Essa reutilização pode ser direta ou indireta, decorrente de ações planejadas ou
não:
- Reuso indireto não planejado da água: ocorre quando a água, utilizada
em alguma atividade humana, é descarregada no meio ambiente e novamente
utilizada a jusante, de maneira não intencional e não controlada. Caminhando até o
ponto de captação para o novo usuário, a mesma está sujeita às ações naturais do
ciclo hidrológico (diluição, autodepuração, sedimentação,…).
- Reuso planejado da água: ocorre quando o reuso é resultado de uma
ação humana consciente, adiante do ponto de descarga do efluente a ser usado de
forma direta ou indireta. Pressupõe a existência de um sistema de tratamento de
efluentes que atenda aos padrões de qualidade requeridos pelo novo uso que se
deseja fazer.
- Reuso indireto planejado da água: ocorre quando os efluentes depois de
tratados são descarregados de forma planejada nos corpos de águas superficiais ou
subterrâneas, para serem utilizadas as jusantes, de maneira controlada, no
atendimento de algum uso benéfico. O reuso indireto planejado da água pressupõe
que exista também um controle sobre as eventuais novas descargas de efluentes no
caminho, garantindo assim que o efluente tratado estará sujeito apenas a misturas
com outros efluentes que também atendam aos requisitos de qualidade do reuso
objetivado.
- Reuso direto planejado das águas: ocorre quando os efluentes, depois
de tratados, são encaminhados diretamente de seu ponto de descarga até o local do
reuso, não sendo descarregados no meio ambiente. É o caso com maior ocorrência,
destinando-se a uso em indústria ou irrigação.
- Reciclagem de água: é o reuso interno da água, antes de sua descarga
em um sistema geral de tratamento ou outro local de disposição. Essas tendem,
assim, como fonte suplementar de abastecimento do uso original. Este é um caso
particular do reuso direto planejado.
Já Westerhoff (1984, apud BREGA FILHO; MANCUSO, 2003) classifica
reuso de água em duas grandes categorias: potável e não potável. Por sua
41
praticidade foi adotada pela Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e
Ambiental (ABES).
O Reuso Potável é classificado por uso direto e indireto:
- Reuso Potável Direto: ocorre quando o esgoto recuperado, por meio de
tratamento avançado, é diretamente reutilizado no sistema de água potável.
- Reuso Potável Indireto: ocorre quando o esgoto, após tratamento, é
disposto na natureza (águas superficiais ou subterrâneas) para diluição, purificação
natural e subseqüente captação, tratamento e finalmente usado como água potável.
O Reuso Não Potável é classificado por sua finalidade: pode ser para fins
agrícolas, industriais, recreacionais, domésticos, manutenção de vazões,
aqüicultura, recarga de aqüífero subterrâneo.
O conjunto das atividades humanas, cada vez mais diversificadas,
atrelado ao crescimento demográfico, exige uma atenção maior de todos no que diz
respeito ao insumo água. Em áreas de maior desenvolvimento urbano, industrial e
agrícola a necessidade em termos quantitativos e qualitativos da água se evidencia,
por outro lado não há como desconsiderar as regiões onde a escassez e a má
distribuição de água tornam-se fatores limitantes ao seu próprio desenvolvimento.
Em todas essas situações apontadas, a relação demanda / oferta deve
ser analisada e tratada através de políticas adequadas e por competentes sistemas
de gestão.
Diversos são os mecanismos de tratamento desta questão e o Reuso
aparece como importante e eficiente alternativa.
O termo água de Reuso passou a ser utilizado com mais freqüência na
década de 1980, quando as águas de abastecimento foram se tornando cada vez
mais caras, onerando o produto final quando utilizadas em processos de fabricação.
Como o preço do produto, ao lado de sua qualidade, é fator determinante para o
sucesso da empresa, a indústria passou a procurar, dentro de suas próprias plantas,
a solução para o problema, tentando reaproveitar seus próprios efluentes. Vários
processos foram desenvolvidos visando à redução de custos, e as empresas que
assim o fizeram tiveram melhores resultados.
O desenvolvimento de pesquisas na área vem sendo desde então
estimulado pelas Universidades, Órgãos Governamentais de forma a desenvolver
cada vez mais as técnicas direcionadas à redução do consumo de água.
42
2.4.2 Potencial de reuso no Brasil
Segundo Mancuso e Santos (2003) o uso de água para a agricultura no
Brasil, é de 70% do total consumido atualmente. Os 30% remanescentes destinam-
se a usos domésticos e industriais, em partes iguais. É muito provável que, antes do
término desta década, a agricultura apresente consumo de até 80%, aumentando os
conflitos de uso que hoje ocorrem na grande maioria das bacias hidrográficas
brasileiras, principalmente naquelas com desenvolvimento agrícola e urbano
significativo.
Nas áreas urbanas, a demanda em ritmo crescente vem sendo reprimida,
não só pela redução da disponibilidade específica (pressionada pelo crescimento
populacional e pela expansão industrial), como também pela degradação dos
mananciais, por usos mais restritos.
Torna-se evidente que a reversão desse cenário crítico, em termos de
suprimento de água, não poderá ser administrado meramente pela atenuação de
conflitos de uso, de estabelecimento de prioridades, ou de mecanismos de controle
de oferta, tais como os de outorga e cobrança. Outros mecanismos de gestão
deverão ser implantados, nacionalmente, para estabelecer equilíbrio entre oferta e
demanda de água.
Além da necessidade de se desenvolver uma cultura e uma política de
conservação de água em todos os setores da sociedade, o reuso consciente e
planejado constitui o mais moderno e eficaz instrumento de gestão para garantir a
sustentabilidade da gestão dos recursos hídricos (MANCUSO; SANTOS, 2003).
Embora existam muitas possibilidades de reuso de água no Brasil para
atendimento de grande variedade de usos benéficos, os mais significativos são as
formas de reuso na área urbana, o reuso industrial, o reuso agrícola e o associado à
recarga artificial de aqüíferos.
2.4.2.1 Reuso no setor urbano
No setor urbano, o potencial de reuso de efluentes é muito amplo e
diversificado. As aplicações que demandam água com qualidade elevada,
entretanto, requerem sistemas de tratamento e de controle avançados, podendo
levar a custos incompatíveis com os benefícios correspondentes.
43
A presença de organismos patogênicos, metais pesados e compostos
orgânicos na grande maioria dos efluentes disponíveis para reuso, principalmente
naqueles oriundos de estações de tratamento de esgotos de cidades com grandes
pólos industriais, coloca o reuso potável como uma alternativa associada a riscos
muitos elevados, tornando-o, praticamente, inaceitável. Além disso, os custos dos
sistemas de tratamento avançados são extremamente caros.
Os usos urbanos não potáveis envolvem riscos menores e devem ser
considerados como a primeira opção de reuso na área urbana. Entretanto, cuidados
especiais devem ser tomados quando ocorre contato direto do público com
gramados de parques, jardins, hotéis, áreas turísticas e campos de esporte. Os
maiores potenciais de reuso são os que empregam esgotos tratados em irrigação de
parques e jardins públicos, campos de futebol, gramados, reserva de proteção
contra incêndios, fontes e chafarizes, descarga sanitária em banheiros públicos e em
edifícios comerciais e industriais, lavagem de trens e ônibus, controle de poeira em
obras de execução de aterros, terraplenagem e outras atividades da construção civil,
incluindo preparação e cura de concreto, entre outros.
Os problemas associados ao reuso urbano não potável são os custos
elevados decorrentes de sistemas duplos de distribuição e de dificuldades
operacionais.
2.4.2.2 Reuso do setor industrial
O reuso para fins industriais pode ser visualizado sob diversos aspectos,
conforme as possibilidades existentes no contexto interno ou externo às indústrias.
O Reuso macroexterno pode ser efetuado por companhias municipais ou estaduais
de saneamento que fornecem esgotos tratados como água de utilidade para um
conjunto de indústrias. Geralmente, a grande demanda industrial está associada à
água de reposição em torres de resfriamento, que corresponde a demandas
elevadas, facilitando a viabilização do empreendimento.
Segundo Hespanhol (2003) os usos industriais que apresentam
possibilidade de viabilização em áreas de concentração industrial significativa são:
torres de resfriamento, caldeiras, lavagem de peças e equipamentos, principalmente
nas indústrias mecânica e metalúrgica, irrigação de áreas verdes de instalações
industriais, lavagens de pisos e veículos, os próprios processos, entre outros.
44
Os custos elevados da água industrial no Brasil, particularmente nas
regiões metropolitanas, têm estimulado as indústrias nacionais a avaliar as
possibilidades internas de reuso. Essa tendência tende a se ampliar ante às novas
legislações associadas aos instrumentos de outorga e cobrança pela utilização dos
recursos hídricos, tanto na tomada de água como nos despejos de efluentes.
As indústrias vêm sendo induzidas a reduzir o consumo de água, por uma
sistemática de racionalização, reuso e abatimento das cargas poluidoras, por meio
de sistemas avançados de tratamento.
O reuso interno ocorre quando a reciclagem do efluente é feita no próprio
processo no qual é gerado, ou em outros processos que se desenvolvem em
seqüência que podem utilizar o recurso de qualidade compatível com o efluente em
consideração.
2.4.2.3 Setor agrícola
Durante as duas últimas décadas, o uso de esgotos para irrigação de
culturas aumentou significativamente, em razão da dificuldade crescente de
identificar fontes alternativas de águas para irrigação. Essa aplicação é uma forma
efetiva de controle da poluição e uma alternativa viável para aumentar a
disponibilidade hídrica em regiões áridas e semi-áridas. Os maiores benefícios
dessa forma de reuso são os associados aos aspectos econômicos, ambientais e de
saúde pública.
Os benefícios econômicos no uso agrícola são auferidos graças ao
aumento da área cultivada e da produtividade agrícola, os quais são mais
significativos em áreas onde se depende apenas de irrigação natural, proporcionada
pelas águas de chuva.
Já como benefícios ambientais e de saúde pública podemos citar:
• Minimização das descargas de esgotos em corpos de água;
• Preservação dos recursos subterrâneos;
• Permite a conservação do solo, pela acumulação de húmus, e aumenta
a resistência à erosão;
• Aumenta a concentração de matéria orgânica do solo, possibilitando
maior retenção ode água;
45
• Contribui, principalmente em áreas carentes, para o aumento da
produção de alimentos, elevando, assim, os níveis de saúde, qualidade
de vida e condições sociais de populações associadas aos esquemas
de reuso.
Por outro lado, projetos de sistemas inadequados e deficiências
operacionais podem provocar alguns efeitos negativos, contribuindo com aumento
da poluição.
2.4.3 Aspectos econômicos dos sistemas de reuso
Segundo Forero (1993, apud HESPANHOL, 2003) a avaliação econômica
de projetos de reuso deve confrontar todos os custos operacionais adicionados com
sua implantação e respectivos investimentos com os benefícios que o mesmo trará a
médio-longo prazo. Como forma de cálculo de viabilidade pode-se verificar se a
relação benefício / custo é superior a unidade, ou se taxa interna de retorno (TIR) do
projeto é competitiva, ou seja, com rendimento maior que o capital aplicado.
Para estimativa de custos de sistema de reuso devem ser considerados:
- custos de construção
- custos anuais de operação e manutenção
- custo do volume anual produzido, ou custo de vida útil.
Os custos da vida útil são úteis na comparação de alternativas
econômicas ao projeto de reuso, devendo ser feita em conjunto com a estimativa da
receita esperada durante um período específico de tempo (20 anos, por exemplo).
Os custos anuais de operação devem incluir salários, utilidades, produtos
químicos e manutenção referentes a reparos e substituição de peças
Os custos de investimento abrangem os de construção da estação de
tratamento, dos reservatórios e do sistema distribuidor, inclusive elevatórias.
46
2.5 GESTÃO HÍDRICA E O REUSO NAS EMPRESAS
O ambiente complexo que atualmente envolve as organizações, onde
mudanças ocorrem de forma dinâmica, imprevisível e em ritmo acelerado, amplia a
diversidade de fatores internos e externos que influem no desempenho
organizacional, assim como o grau de interdependência entre eles, impondo às
organizações uma necessidade permanente de mudanças, no sentido de
procurarem adaptar-se às condições impostas para o seu sucesso (OBADIA et al,
2007).
A Gestão de Recursos Hídricos é para Setti (1996) a forma pela qual se
pretende equacionar e resolver as questões de escassez relativa dos recursos
hídricos, bem como fazer uso adequado, visando a otimização dos recursos, e,
portanto, realiza-se mediante procedimentos integrados de planejamento e
administração.
Dito de outra forma, Benevides (1993) trata a Gestão de Recursos
Hídricos como um arranjo institucional que contempla a definição da política hídrica,
bem como os instrumentos necessários para executá-la de forma ordenada, onde os
papéis de cada ator envolvido são bem definidos durante todo o processo. Por outro
lado, tais autores argumentam que o Gerenciamento de Recursos Hídricos pode ser
considerado como um processo dinâmico e ambientalmente sustentável, baseado
numa adequada administração da oferta de águas que organiza e compatibiliza os
diversos usos setoriais dos recursos hídricos, objetivando uma operação harmônica
e integrada das estruturas decorrentes, de forma a se obter o máximo benefício das
mesmas. Os problemas quantitativos e qualitativos dos recursos hídricos, na visão
de Leal (1997), não são fatos isolados, pois se inserem nas questões mais amplas
de meio ambiente. Neste sentido, as políticas de gestão da água devem ser
articuladas ou integradas com as políticas ambientais, ou seja, os conceitos que
orientam a gestão ambiental, em geral, também são válidos para a gestão da água.
Segundo Cechin (2003) a água é o tópico que tem suscitado uma grande
preocupação dos planejadores como a base de sustentação da sociedade moderna.
O processo de institucionalização está sendo marcado no Brasil pela criação da
Secretaria de Recursos Hídricos, a Agência Nacional da Água e a regulamentação
da legislação que pressupõe a cobrança pelo uso da água e a penalização dos
poluidores através do comitê e agências de bacia hidrográfica. Este cenário se
47
mostra promissor à medida que existem regras e procedimentos que permita a
participação de todos os atores na definição do uso dos recursos hídricos e da sua
preservação dentro do desenvolvimento econômico e social.
Políticas públicas e um melhor gerenciamento dos recursos hídricos em
todos os países tornam-se hoje essenciais para a manutenção da qualidade de vida
dos povos, de acordo com Leitão (1998), especialista em recursos hídricos e
coordenador de projetos de reuso de água. Para o autor, a situação da água no
Brasil está longe de se tornar crítica. No entanto, se o problema de escassez já
existente em algumas regiões não for resolvido, ele se tornará um entrave à
continuidade do desenvolvimento do país, resultando em problemas sociais, de
saúde, entre outros. O aproveitamento dos recursos hídricos tem sido caracterizado,
historicamente, pela gestão da oferta, ou seja, quando o recurso se torna escasso,
busca-se aumentar a oferta através de novos investimentos na infraestrutura a fim
de garantir o suprimento. Nos dias atuais, contudo, já não é mais possível que se
recorra somente a medidas de aumento do suprimento de água exclusivamente pelo
aumento da oferta de água, ajustando-a à demanda. Assim, são necessários
instrumentos para o aumento da capacidade do sistema através do gerenciamento
da demanda, sobretudo quando os recursos financeiros e a água são ambos
escassos. Leal (1997) esclarece que, na questão da escassez, o problema se
relaciona fundamentalmente com a alocação da água, isto é, em distribuir melhor a
água disponível entre os usuários potenciais interessados. Isso inclui otimizar os
processos de utilização, de maneira a não apenas redistribuir a água, mas diminuir
seu consumo para possibilitar o acesso a novos usuários.
2.5.1 Estudo de casos de otimização do uso de recursos hídricos na indústria
a) A IGASA S/A Indústria e Comércio de Auto atua no ramo metalúrgico
na fabricação de tanques de combustíveis e caráter de óleo para veículos
automotivos. A metodologia de trabalho da empresa é Produção Mais Limpa, através
de algumas ações efetivadas que garantiram o processo de implantação da política
de qualidade ambiental, tais como:
• Reaproveitamento dos resíduos metálicos;
• Reaproveitamento da água do processo industrial;
48
• Conscientização sobre a qualidade da água para consumo humano;
• Disposição limpa e segura dos resíduos gerados;
• Conscientização ecológica junto a seus funcionários;
• Implantação da coleta do lixo que não é lixo.
• Implantação, investimentos, tecnologia de filtração, controle de
processo, qualidade de pessoal e política ambiental resultam no
aprimoramento da qualidade final do produto.
Entre os resultados imediatos obtidos após a implantação da política
ambiental, pode-se citar :
• Redução do uso da água de consumo industrial em aproximadamente
78,33%;
• Redução do uso da água de consumo humano em aproximadamente
37,60%;
• Com o novo objetivo empregado no processo água de consumo humano
em aproximadamente 37,60%.
Com o novo objetivo empregado no processo produtivo os pontos de
geração de resíduos que até então eram na sua maioria desviados à Estação de
Tratamento de Esgoto (ETE) para tratamento e em seguida para descarga, foram
alterados, possibilitando a reutilização destes resíduos em quase toda sua
totalidade, devolvendo - os ao sistema de produção, gerando divisas de recursos,
economia e praticidade, além de uma melhor relação da sensibilidade humana em
respeito a natureza e ao meio de trabalho (LIMA, 2000 ).
b) Motorola Brasil: a fábrica possui com uma Estação de Tratamento de
Efluentes à base de lodo ativado, dotada de duplo sistema de raios ultravioleta para
desinfecção bacteriológica final. Sua capacidade de tratamento foi planejada para
6.000 funcionários e o índice de remoção de DBO é de 94 a 98%. Ao final do
processo, a água é encaminhada para as torres de resfriamento e o lodo é utilizado
como fertilizante orgânico nas próprias dependências da fábrica, rodeada de
gramados e árvores. Não existe saída de esgoto e a empresa é dotada de uma
lagoa de contenção das águas de chuva que tem como função evitar a sobrecarga
dos rios da cidade (MELLO, 2000).
49
c) Fiat Betim: consome 200 milhões de litros de água/mês, o equivalente
ao consumo de uma cidade de 60 mil habitantes, reutilizando parte da água
necessária aos seus processos tratada em estações instaladas no complexo. Um
dos pontos importantes da Estação de tratamento é a reciclagem e posterior
utilização de grande parte da água usada nos processos industriais. A estação
recicla até 200 m
3
/h. Este processo, aliado aos outros sistemas de reciclagem
originais da fábrica, como o resfriamento, garante 92% de reciclagem da água
utilizada pela Fiat. A tecnologia utilizada na Estação de tratamento, garante que as
regras ambientais sejam seguidas (FREITAS, 1998).
d) Master Sistemas Automotivos: localizada em Caixas do Sul (RS),
possui um equipamento que reduz o consumo médio mensal de 780 para 46 metros
cúbicos do volume de água / mês. A partir dessa inovação, será economizado
aproximadamente US$ 6 mil por mês. Trata-se de um Reciclador de Água, provindo
da Itália, avaliado em US$ 52 mil, responsável por direcionar o insumo à Estação de
Tratamento de Efluentes. Confirmando a política ambiental adotada na empresa,
voltada ao meio ambiente e à sua preservação, destaca-se o método de impressão
utilizado na elaboração de seu informativo. O papel TCF (Totally Chlorine Free) é
tecnicamente aceito como tecnologia limpa, pois não utiliza substâncias nocivas ao
meio ambiente em seu processo de branqueamento da celulose (REVISTA
SANEAMENTO AMBIENTAL, 2000).
Segundo Ligiere, Batalha (2003) vários estudos de caso também estão
sendo executados em todo mundo visando a eficientização da água e energia. Os
casos mais importantes, em diferentes áreas geográficas, demonstraram resultados
coerentes com o novo perfil de desenvolvimento sustentável. Destaca-se 10 casos
incluindo um brasileiro, realizado em Fortaleza, CE:
a) Austin, EUA: o estudo teve como objetivos a medição e monitoramento
do uso da água, capacitação da equipe e racionalização da demanda industrial. Os
principais resultados alcançados promoveram a criação de um sistema de dados,
fornecimento de incentivos financeiros industriais e a instalação de um sistema de
reaproveitamento de água turva, que irá economizar uma estimada quantia de 150
milhões de litros por dia;
b) Estocolmo, Suécia (2000): o estudo teve como objetivos a capacitação
da equipe e redução residencial da demanda de água e o replanejamento urbano.
50
Os principais resultados acarretaram o desenvolvimento de um modelo de
gerenciamento de água, esgoto e energia, além do envolvimento de vários
empresários da cidade;
c) Sydney, Austrália (2000): o estudo teve como objetivos a capacitação
da equipe, controle de água, campanhas educacionais e racionalização da demanda
residencial. Os principais resultados acarretaram a eficientização do uso da água
tanto do lado da demanda quanto do lado do fornecimento;
4. Toronto, Canadá: o estudo teve como objetivos a capacitação da
equipe, medição e monitoramento da água e projetos experimentais de redução de
vazamentos. Os resultados acarretaram a instalação de 16.000 descargas sanitárias
ulrabaixas e busca a economia de 3.6 milhões de litros por dia, além de gerar
programas de melhores práticas de trabalho;
5. Medellín, Colômbia (1980): o estudo teve como objetivos campanhas
educacionais, racionalização da demanda residencial e industrial, melhoria dos
equipamentos de água e energia. Os resultados acarretaram a redução média de
água em 3% por ano, em um período de 10 anos, o desenvolvimento de sistema de
medição e monitoramento da água;
6. Johannesburgo, África do Sul: o estudo teve como objetivos
campanhas educacionais, programas de consumidores e a racionalização do uso
residencial. Os principais resultados foram a economia de 195 milhões de litros de
água e US$ 250.000 em 1 ano como resultado de um projeto de auditoria de 4
meses, desenvolvimento de uma tecnologia que economizou 25 milhões de litros de
água;
7. Cingapura (2000): o estudo teve como objetivos a medição e
monitoramento de água, programa de controle de vazamento, campanha de
educação, melhoramento nos equipamentos. Os resultados acarretaram o
desenvolvimento de um plano de conservação de água e fundação de uma unidade
de água, queda significativa em água não faturada, de 10.6 % para 6.2% em seis
anos;
8. Indore, Índia: o estudo teve como objetivos a captação de recursos
hídricos, atualização de equipamentos de energia e monitoramento e medição de
água e energia. Os resultados acarretaram um superfaturamento pela companhia de
energia através de um sistema de coleta de dados, identificação e implementação
de mais de US$ 35.000 com melhorias operacionais isentas de custo;
51
9. Fairfield, EUA (1986): o estudo teve como objetivos a capacitação de
equipe, taxa de preço de energia em tempo real e esquemas de payback advindo do
sistema de tratamento de esgoto. Os resultados acarretaram a geração de projetos
de financiamento de US$ 15.000 com menos de cinco anos de payback;
10. Fortaleza, Brasil (2001): o estudo teve como objetivos o
monitoramento e medição de energia, capacitação de equipes e campanhas
educacionais. Os resultados acarretaram a instituição de campanha educacional,
eventos culturais do consumo de água, alcance de 7.9% de redução de energia no
primeiro ano de programa, instalação de sistema de monitoramento e medição
automatizado.
A contribuição industrial, dentro deste contexto é fundamental para o
financiamento e aplicação de projetos que contemplem a reutilização de recursos
naturais e a manutenção do desenvolvimento no formato sustentável.
Temos que admitir que a responsabilidade empresarial, quanto ao meio
ambiente, deixou de ter apenas característica compulsória para
transformar-se em atitudes voluntária superando as próprias
expectativas da sociedade. A compreensão dessa mudança de
paradigma é importante para todos os setores produtivos brasileiros.
(A. Filho, 2003, p. 70).
A decisão de implantação de sistemas de reuso de água passa muitas
vezes pela necessidade de obtenção de recursos financeiros e avaliação de créditos
disponíveis no mercado. Dentro desse contexto, o governo federal vem incentivando
a prática de reuso de água através de mecanismos de financiamento disponíveis
para a indústria.
O reuso também faz parte do planejamento de empresas de saneamento.
A Companhia de Saneamento Básico de São Paulo (Sabesp) por exemplo informa
que a tecnologia de reuso é parte integrante da Estratégia Global para a
Administração da Qualidade das Águas, proposta pelo Programa das Nações Unidas
para o Meio Ambiente e pela Organização Mundial da Saúde. Segundo a Sabesp, o
programa coincide com seus objetivos, que são: proteção da saúde pública,
manutenção da integridade dos ecossistemas e uso sustentado da água, o que
indica que a reutilização da água vai além do atendimento de demandas
circunstanciais.
52
Na indústria têxtil também é possível observar a preocupação com a
gestão hídrica já que a água está sendo avaliada como um componente a mais nas
planilhas de custos das empresas e não somente como um veículo no processo de
tingimento de custo irrisório. Observa-se que essa indústria vem buscando e
investindo cada vez mais em maneiras de se reutilizar os banhos de descarte
diretamente ou indiretamente, procurando utilizar o mínimo de tratamento possível,
de forma a se viabilizar o reuso sem afetar a qualidade do produto final ou aumentar
excessivamente o custo do processo.
Twardokus (2004) investiga através de estudo de caso na empresa
Lancaster Beneficiamentos Têxteis Ltda, as alternativas de reuso de água no
processo de tingimento de fibras de algodão com corantes reativos, direcionado à
determinação dos efeitos do reuso de água do processo na qualidade do substrato
tingido. O estudo mostrou viabilidade técnica de reuso direto das correntes líquidas
de efluentes têxteis, oriundas do processo de tingimento e enxágüe, representando
uma redução de 20% no consumo total de água da empresa. Sua pesquisa teve
como base alguns experimentos realizados no mundo os quais apresentaram
resultados bastante expressivos. O autor afirma que na Dinamarca foi montada uma
pequena fábrica de acordo com o estudo de recuperação e reuso de água do
processo de tingimento de corantes reativos no tingimento de algodão, realizado por
Wenzel et al. (1995 apud Twardokus 2004). Neste trabalho são apresentadas as
experiências com recuperação de reuso no tingimento de algodão e apresentada
uma solução geral, baseado na tecnologia de membranas, para as águas de lavação
e adsorção com carvão ativado para o banho de tingimento. A solução inclui o reuso
da água quente em lavações, reuso da sobra da filtração das correntes efluentes em
digestores anaeróbios, e reuso da água do banho de tingimento e sais com
demonstração de grandes melhoramentos ambientais por meio da rota baseada em
recuperação e reutilização de água por filtração em membrana.
Melo (2004) apresenta um algoritmo computacional para a determinação
das possibilidades de reuso das correntes efluentes da etapa de lavagem no
processo têxtil. Em seu artigo, é apresentado um estudo de caso de lavanderia
contínua com três caixas, onde está presente uma corrente de reciclo. Segundo
Melo (2004), o programa computacional foi desenvolvido no ambiente Matlab
(Matricial Laboratory), possui uma interface amigável com o usuário, permitindo que
o mesmo seja assistido na entrada de dados, no acompanhamento do
53
processamento e na escolha dos relatórios de dados da etapa pós-processamento.
Os dados numéricos são transformados em gráficos para sua melhor compreensão,
sendo esta etapa de visualização dos dados uma parte importante na simulação,
pois facilita a rápida verificação da tendência dos dados pelo operador. Em sua
conclusão coloca que o programa computacional desenvolvido permite a simulação
das concentrações transientes das diferentes caixas do lavador contínuo,
constituindo-se em uma importante ferramenta para a definição de estratégias de
otimização para o reuso de água na Indústria têxtil.
A Coats Corrente, empresa multinacional do ramo têxtil com filiais no
Brasil situadas no Nordeste, Sul e Sudeste utiliza 100 m³ de água reciclada por hora
na lavagem e no tingimento de linhas. Esse pensamento ecológico possibilitou que a
empresa ganhasse, pela terceira vez consecutiva, o Certificado Oeko-Tex, padrão
100, emitido pela Associação internacional de Testes e Pesquisas Ecológicas para o
segmento.
Existem ainda empresas que não utilizam reuso, mas adotam outras
estratégias que resultam em economia e benefício ao meio ambiente. Um exemplo é
a Panamco Brasil, fabricante de produtos Coca-Cola. Sua fábrica de Jundiaí, no
interior de São Paulo, que responde por 90% da produção da empresa, gasta 1,7
litro de água para a fabricação de cada litro de refrigerante. Após a captação, a água
passa por um tratamento para tornar-se potável. O tratamento inclui a adição de
cloro, que tem de ser eliminado para se fazer o refrigerante. A substância é
eliminada por meio de filtros de areia e carvão. Como esses filtros retêm o cloro eles
passam por um processo de retrolavagem. São 10 filtros no total que gastam 80 m³
de água. Essa água, apesar de estar 90% limpa era enviada, até dezembro do ano
passado, para a Estação de Tratamento de Efluentes.
O órgão gerenciador de água da fábrica fez um estudo e comprovou que
com uma adaptação nos equipamentos esta água poderia voltar ao início do
processo, sendo novamente tratada e reaproveitada, inclusive na fabricação dos
refrigerantes. A Panamco investiu R$ 50 mil na adaptação do sistema e está
deixando de retirar da natureza 800 mil litros de água por dia (~30m³/h). A empresa
informa que esse volume é suficiente para abastecer uma pessoa por 14 anos e que
desde que iniciou o programa, há seis meses, já economizou 4,8 milhões de litros de
água.
54
As tecnologias de membranas e de troca iônica têm se destacado para
recuperação de águas. Mancuso e Santos (2003), apresentam um estudo de caso
de reuso de lavanderia de roupas hospitalares precedentes de várias instituições da
região metropolitana de São Paulo. Os ensaios de tratabilidade direcionaram
alterações nos processos nas operações unitárias empregadas pela empresa - o que
resultaram em reciclagens localizadas de água no processo industrial – e deram
condições para o desenvolvimento de um projeto de reuso dos efluentes industriais.
A otimização da reciclagem utilizando-se a filtração por membranas (osmose
reversa) reduziram a demanda de água “nova” de 1068 m³/dia para 297m³/dia.
Os principais processos industriais que permitem o uso de água reciclada
são os de produtos de carvão, petróleo, produção primária de metal, curtumes,
indústrias têxteis, químicas e de papel e celulose.
Na siderurgia o emprego de sistemas de recirculação é bastante utilizado.
A Companhia Siderúrgica Nacional (CSN) não possui uma unidade de tratamento e
reuso central conforme a CST, porém os sistemas de resfriamento indireto, possuem
casas de bombas de recirculação (CBR's) que evitam e/ou reduzem a captação de
água do Rio Paraíba do Sul. Os sistemas que possuem de contato direto da água
com a produção, recirculam após tratamento físico-químico e resfriamento. Como
exemplo, a Estação de Tratamento dos Efluentes do Laminador de Tiras à Quente nº
2 (ETE/LTQ-2) que evita a captação de 14.000 m
3
/h e a Estação de Tratamento dos
Efluentes do Lingotamento Contínuo 2 e 3, que trata aproximadamente 11.000 m
3
/h.
A CSN também investiu numa estação de tratamento de efluentes que trata 90 mil
litros de efluentes líquidos por hora da Coqueria e Carboquímicos, que depois de
passarem por cinco estágios, conforme a legislação vigente e exigências do órgão
ambiental, são reaproveitados como água na cadeia produtiva, finalizando o despejo
de benzo-a-pireno no Rio Paraíba do Sul (REVISTA SANEAMENTO AMBIENTAL,
2000).
2.5.2 Modelos de gerenciamento hídrico
O tema modelo de gestão de recursos hídricos vem despertando grande
interesse de pesquisa tanto na academia, quanto pelas próprias indústrias pelo
momento histórico em que o mundo está vivendo, no sentido de absorção de
55
conceitos ecológicos em todas as áreas do conhecimento. A ênfase da redução de
consumo de água industrial não geração de efluentes, pode significar bons ganhos
financeiros à organização. As organizações precisam de suporte teórico que lhes
ampare na busca da economia de água e conseqüente redução de custos, que será
conseguida com uma nova visão do combate à não geração dos desperdícios. Desta
forma, se as organizações tiverem melhores referências de como executar a
produção de modo limpo, é de se esperar uma redução de riscos potenciais, tanto
materiais (indenizações) quanto pessoal (processo civil aos executivos, diretores,
etc.). Fornecendo, enfim, um melhor ferramental teórico de gerenciamento produtivo
com vistas a um controle ambiental adequado. Este fato é reforçado por Epstein
(1996 apud Cechin 2003), onde após discussões com diversos líderes de empresas,
ele conclui: “eles querem agir responsavelmente no momento em que são
sensibilizados pelas necessidades de várias partes interessadas - empregados,
clientes, fornecedores, acionistas e a comunidade". Como inicialmente, a criação de
um modelo de gestão de recursos hídricos, é um passo fundamental para a
preservação da qualidade das águas superficiais é essencial a manutenção do seu
uso, seja para abastecimento, geração de energia e lazer.
Cechin (2003) contribuiu com a proposição de um modelo gestão de
sistemática simples e facilidade de implantação, devido ao baixo custo de
equipamentos, instalações civis e produtos químicos utilizados para o tratamento. O
modelo mostra que o “trade-off” não é necessariamente negativo, ou seja, cuidar do
ambiente pode não significar aumento de custos. Os conceitos utilizados para a
construção do modelo foram baseados na metodologia de gerenciamento de
processos com aperfeiçoamento dos processos e busca da melhoria contínua. A
autora afirma que a base do gerenciamento de processo pode ser definida em três
etapas : Conhecer; Identificar e Agir. A partir deste conceito, a mesma apresenta o
modelo conforme Figura 3:
56
Figura 3 – Modelo Proposto
Fonte: Cechin (2003).
O modelo tem por objetivo identificar oportunidades de redução de
consumo de água no processo produtivo e é dividido em etapas e fases conforme
descrição resumida abaixo:
Etapa1) Conhecer: nesta fase procura-se através de coleta de dados
caracterizar a empresa quanto à estrutura, processos e produtos que disponibiliza,
de forma orientar análises e conclusões nas próximas etapas. Os resultados desta
fase devem refletir um conhecimento prévio da empresa.
Etapa 2) Identificar insumos e perdas no processos: esta etapa tem como
objetivo identificar todos os insumos utilizados em relação aos processos detalhados
e respectivas perdas no processo, além de detectar onde estão as perdas críticas e
passíveis de ação. Para isso a autora formula com base na literatura, segregações
de tipos de perdas para contra medidas.
Etapa 3) Agir: nesta fase são definidas as oportunidades de melhoria,
elaborado o Plano de Ação com definição de metas e objetivos, prazo e medição de
resultados. Para validação do modelo foi realizado Estudo de Caso na empresa de
acessórios para vestuário Diamantina Fossanese S/A, localizada em Curitiba -
57
Paraná. O Plano de Ação resultante da aplicação do modelo sugeriu a aplicação da
tecnologia de Reuso em um dos subprocessos da empresa obtendo como resultado
uma redução expressiva de 97% do consumo de água e por conseqüência no custo
mensal deste insumo para a organização.
Um outro exemplo de gerenciamento hídrico para solução inteligente e
ambientalmente correta foi o realizado pelo grupo de funcionários da planta da
Baxter no Brasil. A Baxter, empresa global e diversificada da área da saúde, é a
maior compradora de água da Sabesp na zona sul de São Paulo, onde a fábrica
está instalada. De 1998, - quando foram implantados os primeiros programas de
conservação de recursos naturais e de energia, até o ano passado, - a empresa
reduziu em 79% o seu consumo de água. Apenas em 2006, os programas geraram
uma economia de aproximadamente R$ 450 mil, equivalentes a 77,5 mil m3 de
água.
Esses resultados foram obtidos por meio do aumento do volume de água
reutilizada no processo de produção, redução do volume de água descartada e
campanhas internas de conscientização de funcionários. De 1998 a 2006, o volume
de água reutilizada na produção aumentou 85%. No mesmo período, o volume de
água descartada sofreu redução de 63%.
Para alcançar essas metas, foram implantados 17 projetos de
conservação e reuso de água. A empresa promoveu uma série de mudanças de
procedimentos no processo produtivo e construiu instalações específicas para
propiciar a reutilização de água. Além disso, implantou o “Balanço de Água”, uma
metodologia específica para mapear o consumo de água em todas as fases da
produção e avaliar a qualidade da água em cada setor. Esse indicador é usado pela
empresa para decidir também as águas que são próprias para reuso ou as que
precisam ser descartadas.
Segundo Curral et al (2007) os projetos de redução de consumo e reuso
de água na Baxter Hospitalar tem criticidade alta inerente ao âmbito da Saúde,
portanto o contínuo acompanhamento de resultados de qualidade de água e da
análise do impacto de contaminação microbiológica tem sido de grande valia para a
perenidade dos programas de redução de consumo de recursos naturais.
O balanço de água desenvolvido na empresa é um dos recursos
utilizados pelo corpo de funcionários para acompanhamento dos resultados, e nada
mais é do que o mapeamento da rede desde a sua captação até a saída de produto
58
acabado embalado, com medições em pontos definidos de forma a medir a
eficiência da utilização do recurso. O autor afirma que através de medição contínua
com instalação de hidrômetros nos pontos de grande oscilação observados, foi
possível identificar oportunidades claras de redução de consumo no sistema
analisado. Após a análise foi criado um fluxograma preliminar o qual demonstrava o
potencial de reutilização de água nos processos e a partir de então iniciou-se a
análise de viabilidade para implementação dos projetos. Aliado ao processo de
analise técnica, foi desenvolvido um programa de treinamento junto aos funcionários
de operação, manutenção e administrativo com intuito de divulgar os conceitos de
redução de consumo de recursos e ainda das ferramentas de qualidade e
produtividade.
Numa analise generalista percebe-se que tanto o modelo proposto por
Cechin, quanto o descrito por Corral et al. se assemelham, na medida em que,
utiliza-se de procedimentos aplicados em metodologias de qualidade e desempenho
conhecidas( 6Sigma, PDCA- plan-do-check-act, BSC- balanced scored card, entre
outros) como mapeamento, medição, identificação, proposição, implementação,
adoção de indicador e acompanhamento.
Em Faria (2004, apud Twardokus 2004), apresenta uma sugestão de
reuso das correntes de efluentes aquosos em refinarias de petróleo, onde segundo
Faria (2004), a relação de volume de água bruta por volume de petróleo processado
é elevada. Em seu trabalho Faria (2204) apresenta oito modelos matemáticos
objetivando o consumo mínimo de água e o mínimo custo envolvido, considerando
diversas opções características do reuso de efluentes aquosos, criando desde redes
simples até redes mais complexas. Faria (2004) realizou um estudo de caso de uma
refinaria de petróleo constituída de seis operações que usam água e três processos
regenerativos, estando presentes quatro grupos de contaminantes. Neste estudo
Faria (2004) obteve a redução de 76,82% no consumo de água e 64,68% no custo
operacional.
2.6 A COMPANHIA SIDERÚRGICA DE TUBARÃO
Inaugurada em 1983 e privatizada em 1992, a CST está estrategicamente
localizada no planalto de Carapina, município de Serra, aproximadamente a 15 Km
59
de Vitória, capital do Estado do Espírito Santo, ocupando uma área de 13,5 milhões
de m
2
, sendo servida por uma completa infra-estrutura de transporte e logística,
formada por malha rodo-ferroviária e complexo portuário.
Sua estrutura conta com quatro centrais termelétricas que garantem auto-
suficiência em energia. Até o primeiro semestre de 2005, foram realizados
investimentos da ordem de US$ 2,2 bilhões voltados para a atualização tecnológica,
aumento da produção e melhoria do mix de produtos. A Figura 4 indica os
investimentos em Melhorias no Meio Ambiente.
Figura 4 - Melhorias no sistema de gestão ambiental da CST
Fonte: CST – Relatório Anual de Desempenho (2004).
As despesas incluem dispêndios com o programa de Educação, Auditorias
Externas; Modelagem SIGA (Sistema de Gestão Ambiental); levantamento
das Expectativas das Partes Interessadas; Estudo sobre a Sustentabilidade
do Cinturão Verde (controle natural de emissão de particulados),
Consultorias e Capacitação.
Maior produtora mundial de placas de aço, com 20% de participação no
mercado, a CST está em plena fase de crescimento. Em 2002, a inauguração do
Laminador de Tiras a Quente (LTQ) colocou a empresa frente a uma nova
perspectiva de atuação no mercado nacional, com um produto de maior valor
agregado.
Em 2003 iniciou um novo ciclo de investimentos para ampliar sua
capacidade de produção de 5 milhões de toneladas/ano atuais para 7,5 milhões de
toneladas/ano até 2006. Este projeto de expansão prevê a construção de novas
60
unidades produtivas, como um terceiro alto-forno, um terceiro convertedor e uma
terceira máquina de lingotamento contínuo.
Dentre as melhorias ambientais que serão introduzidas com o novo
projeto de expansão destaca-se a implantação de um sistema de recirculação de
efluentes no canal principal, que permitirá a recuperação de aproximadamente 650
m
3
/h de água provenientes de esgotos já tratados e outros sistemas, de forma que o
valor contratado pela CST da Companhia Espírito-Santense de Saneamento
(CESAN) seja mantido, e que se tenha um acréscimo de no máximo 250 m
3
/h de
água doce em relação ao consumo atual.
Visão estratégica, qualidade, confiabilidade e custo competitivo são
características que marcam os 20 anos de atuação da empresa e, agora,
formam a base de crescimento que permitirá à CST ampliar sua liderança
mundial, enquanto conquista o mercado brasileiro, mantendo sua missão de
contribuir para aumentar a competitividade de seus clientes, em harmonia
com os interesses de acionistas, empregados, financiadores e a
comunidade. A CST engloba em seu planejamento metas ambientais e
sociais, buscando atingir índices de eco-eficiência equiparados aos
estabelecidos pela Comunidade Européia, desenvolve e apóia projetos de
caráter sócio-transformador com ênfase na educação para o público interno
e a comunidade. (CST – RELATÓRIO ANUAL DE DESEMPENHO, 2004
).
Para chegar ao resultado do estudo que fundamentou a possibilidade de reuso da
água industrial descartada, foi necessário identificar as vazões e características dos
efluentes em diversos pontos da planta. A Figura 5 ilustra o mapeamento das linhas
estudadas (em verde claro) e os pontos de coleta para levantamento de dados (em
vermelho). A área delimitada em verde escuro não foi avaliada no estudo, já que há
mistura de água do mar com os efluentes industriais, o que inviabilizaria o projeto
por questões financeiras. O resultado do estudo indicou um potencial de reutilização
de 600 a 800 m³/h. Sendo assim a empresa optou por investir na ETA-Reuso
(indicado na figura abaixo) com capacidade nominal de 720m³/h.
61
Figura 5 – Vista Geral da CST
2.6.1 Sistema de gestão ambiental da CST
A Companhia Siderúrgica de Tubarão (CST) tem entre suas prioridades
empresariais o desenvolvimento sustentável da sociedade e o respeito ao meio
ambiente. Assim, considera prioridade em sua política empresarial a existência de
um Sistema de Gestão Ambiental, de forma que, levando em conta o
desenvolvimento tecnológico e as expectativas das partes interessadas, sejam
alcançadas, continuamente, melhorias que diminuam os impactos adversos e
resultem em benefícios para a sociedade. Nesse sentido, todo o corpo diretivo,
gerencial e de empregados assume diversos compromissos onde podemos destacar
o desenvolvimento de ações de gestão ambiental que assegurem o cumprimento da
legislação, de normas ambientais e outros requisitos subscritos pela Companhia.
O Sistema de Gestão Ambiental (SGA) da CST concretiza este
compromisso da empresa com o desenvolvimento sustentável norteando todas as
ações, desde o planejamento de novos investimentos, educação ambiental dos
empregados e a avaliação de fornecedores até a logística de distribuição dos
produtos. Mais do que um conjunto de normas, o SGA é ferramenta fundamental
para a busca da melhoria contínua no desempenho ambiental da Companhia, e vem
Impróprios para
reuso (salinidade)
ou elev. custo
Potencial de
600 a 800m³/h
ETA Reuso - Baixo
Investimento
(Reserv./ Bombeam.)
ETA
Clarificada
existente
62
sendo continuamente aperfeiçoado, pelos investimentos em novos equipamentos e
melhorias no controle ambiental, bem como pelo aprimoramento das normas e
ações empresariais apoiadas no meio ambiente.
O ano de 2003 foi marcado, ainda, pela consolidação da transparência no
relacionamento da empresa com as partes interessadas no seu desempenho
ambiental, decorrente de um diálogo aberto e transparente com seus públicos.
(CST– Relatório Anual de Desempenho, 2006).
Para ilustrar as informações acima as Figuras 4 a 5 mostram alguns
indicadores de performance ambiental da CST.
Figura 6 - Consumo específico de água
Fonte: CST – Relatório Anual de Desempenho (2006).
Observa-se na Figura 6, uma redução específica de água, ao longo do
tempo, considerando que a produção de aço até 2006 sofreu aumento de 5% na
produção.
O mesmo se pode concluir na Figura 7, a qual ilustra o decréscimo da
taxa de emissão de particulados ao longo do tempo, mesmo com o aumento de
produção de aço no mesmo período.
63
Figura 7 - Taxa de emissão específica de material particulado
Fonte: CST – Relatório Anual de Desempenho (2006).
Já a Figura 8 ilustra a preocupação da empresa com o aspecto de
segurança, preservando a integridade do corpo de funcionários e garantindo
resultados operacionais excepcionais, servindo de benchmarking para o setor.
Figura 8 - Gestão de resíduos e co-produtos
Fonte: CST – Relatório Anual de Desempenho (2006).
64
2.6.2 Impacto do consumo de água da CST na matriz estadual
A CST opera desde 1983 com água bruta fornecida pela CESAN, através
do Sistema de Abastecimento de Água do Planalto de Carapina. A implantação da
Estação de Tratamento de Água de Carapina ocorreu concomitantemente com a
instalação da Companhia Siderúrgica de Tubarão, no período de 1982. Dentre os
consumidores atendidos pelo Sistema de Abastecimento de Água potável de
Carapina incluem-se as indústrias situadas ao longo da BR 101 Norte, a Companhia
Industrial de Vitória – CIVIT, a região urbana do planalto, a região dos balneários
abrangendo as localidades de Jacaraípe, Manguinhos, Nova Almeida e Praia
Grande e a Companhia Vale do Rio Doce – CVRD (usinas de pelotização e demais
instalações do complexo da CVRD). Do volume total contratado da CESAN pela
CST (aproximadamente 2.566.000 m
3
/mês) cerca de 144.000 m
3
/mês (6%) são
tratados e destinados ao consumo humano, o restante atende a demanda de água
dos processos industriais da Companhia. Com a implantação do Alto Forno II, a CST
buscou manter a condição de consumo de água comprada da CESAN na época
(1998), tendo em vista as dificuldades para aumento dos níveis de suprimento de
água proveniente do Rio Santa Maria. Este desafio se manteve para novos
empreendimentos, como foi o caso da implantação do Laminador de Tiras a Quente
no qual a Companhia estabeleceu como objetivo manter o consumo de água em, no
máximo 2.000 m
3
/h, e a auto-suficiência em termos de energia, mesmo com a
entrada em operação do novo equipamento. A Figura 9 salienta os compromissos
assumidos pelo corpo Diretivo, Gerencial e de Empregados da CST, perante a
empresa e sociedade:
65
• Desenvolver ações que assegurem o cumprimento da legislação e de outros compromissos subscritos pela
Companhia.
• Buscar a melhoria contínua e a prevenção de poluição.
• Manter aberto diálogo com todas as partes interessadas, em antecipação e na resposta às respectivas
manifestações quanto aos aspectos ambientais.
• Promover iniciativas educacionais que valorizem a conscientização ambiental da comunidade.
• Desenvolver ações de educação ambiental, estimulando seus empregados e de empresas parceiras a
executarem as suas atividades disciplinadamente, com responsabilidade ambiental, e de forma a prevenir
os possíveis impactos.
• Adotar práticas gerenciais apropriadas para utilizar de forma eficiente os recursos naturais e a energia;
reduzir emissões atmosféricas, efluentes hídricos e geração de resíduos; e promover a reciclagem e a
comercialização de co-produtos.
• Avaliar previamente os aspectos e impactos ambientais decorrentes de suas atividades, produtos e
serviços, bem como de novos empreendimentos ou modificações.
• Identificar, relatar e tratar as anomalias que possam causar impacto ambiental.
• Difundir entre fornecedores, prestadores de serviços, unidades de terceiros na Companhia e clientes de co-
produtos os princípios, procedimentos e requisitos pertinentes ao SGA, a serem atendidos.
• Estabelecer os objetivos e metas ambientais associados aos aspectos ambientais significativos.
Serra-ES, outubro de 2005
José Armando de Figueiredo Campos
Diretor Presidente
Figura 9 - Política ambiental
Fonte: Relatório de Sustentabilidade da CST (2005).
Para que sejam alcançadas suas metas ambientais, investe
significativamente em tecnologias que se mostrem capazes de contribuir não só com
o aumento de produtividade como também à preservação do meio-ambiente,
incluindo o recurso água, insumo de vital importância para a sustentabilidade
operacional na siderurgia.
O abastecimento de água da CST advém de duas fontes distintas: água
do Rio Santa Maria da Vitória (água doce), fornecida pela Companhia Espírito
Santense de Saneamento CESAN, e água do mar (Oceano Atlântico).
A água do mar é utilizada como fluido refrigerante, sem contato direto com
os produtos a serem resfriados. A vazão de aproximadamente 45.000 m³/h de água
do mar é captada por meio de estação de bombeamento própria, retornando ao mar
através de um canal de longo percurso, permitindo assim a troca de calor com o ar
66
atmosférico, reduzindo o gradiente de temperatura a fim de não ultrapassar os
limites legais de lançamento que é de 40ºC (Resolução 357 do CONAMA).
A água doce utilizada na usina tem a função principal de repor as perdas
ocorridas na linha de produção, além da produção de vapor e do suprimento do
consumo humano. O volume médio de água doce bruta adquirido é de 2000 m³/h
com índice de recirculação alçando um percentual de aproximadamente 97%, maior
índice registrado pela indústria siderúrgica brasileira. Os principais Produtos
Químicos utilizados na ETA Clarificada (ETA-C) são o sulfato de alumínio líquido (ou
granulado em caso de necessidade) que tem a finalidade de reagir com a
alcalinidade da água, tendo como resultado da reação a produção de coágulos de
hidróxidos de alumínio. O hidróxido de alumínio tem alto poder de absorção das
partículas finamente dissolvidas na água. Na medida em que os coágulos absorvem
o material dissolvido na água, ocorre a formação de flóculos com elevação de peso e
a decantação dos mesmos na área do decantador, estabelecendo-se com este
tratamento a clarificação da água bruta. Após a clarificação da água, efetua-se a
dosagem de cal para correção do pH, possibilitando a sua distribuição e consumo
dentro dos parâmetros de controle de qualidade, atenuando os riscos de corrosão ou
incrustação dos equipamentos.
Figura 10 - Vista dos decantadores da ETA-Clarificada da CST
O Controle de Qualidade de água é realizado no laboratório do Centro de
Utilidades, onde são realizadas as análises da água bruta, clarificada e potável para
67
os seguintes parâmetros de controle: pH, turbidez, cor, condutividade, cloretos,
dureza, alcalinidade e ferro total, cujas definições estão a seguir:
- pH: Mede a concentração de íons H+ e ou de OH- presentes em uma
solução. O balanço dos íons hidrogênio e hidróxido (OH-) determina quão ácida ou
básica ela é. Na água quimicamente pura os íons H+ estão em equilíbrio com os
íons OH- e seu pH é neutro, ou seja, igual a 7. Os principais fatores que determinam
o pH da água são o gás carbônico dissolvido e a alcalinidade.
- turbidez: É a medida da dificuldade de um feixe de luz atravessar uma
certa quantidade de água. A turbidez é causada por matérias sólidas em suspensão
(silte, argila, colóides, matéria orgânica, etc.). A turbidez é medida através do
turbidímetro, comparando-se o espalhamento de um feixe de luz ao passar pela
amostra com o espalhamento de um feixe de igual intensidade ao passar por uma
suspensão padrão. Quanto maior o espalhamento maior será a turbidez.
- cor: A cor de uma água é conseqüência de substâncias dissolvidas. A
medida da cor de uma água é feita pela comparação com soluções conhecidas de
platina-cobalto ou com discos de vidro corados calibrados com a solução de platina-
cobalto. Uma unidade de cor corresponde àquela produzida por 1mg/L de platina, na
forma de íon cloroplatinado.
- condutividade elétrica: Os sais dissolvidos e ionizados presentes na
água transformam-na num eletrólito capaz de conduzir a corrente elétrica. Como há
uma relação de proporcionalidade entre o teor de sais dissolvidos e a condutividade
elétrica, pode-se estimar o teor de sais pela medida de condutividade de uma água.
- cloretos - Os cloretos são extremamente solúveis, mesmo em altas
temperaturas. Por esta razão nunca se observa precipitação de sais de cloretos,
mas em excesso os cloretos podem causar aumento da corrosividade da água.
- dureza - mede a quantidade de íons polivalentes contidos na água, com
especial ênfase aos íons de cálcio e magnésio, cuja solubilidade é inversamente
proporcional ao aumento de temperatura, podendo causar incrustações.
- alcalinidade - é a medida total das substâncias presentes numa água,
capazes de neutralizarem ácidos. Em outras palavras, é a quantidade de
substâncias presentes numa água e que atuam como tampão. Se numa água
quimicamente pura (pH=7) for adicionada pequena quantidade de um ácido fraco
seu pH mudará instantaneamente. Numa água com certa alcalinidade a adição de
68
uma pequena quantidade de ácido fraco não provocará a elevação de seu pH,
porque os íons presentes irão neutralizar o ácido.
- ferro - É proveniente da água de reposição ou produto da corrosão de
tubulações. Pode se depositar ao longo do sistema e propiciar condições para a
ocorrência de corrosão sob depósitos.
- sólidos em suspensão – partículas suspensas na água como areia,
sílica, sais solúveis, e sólidos suspensos diversos.
Como parte da política de gestão de recursos hídricos, a Companhia vem
aprimorando seus processos produtivos de forma a intensificar a recirculação de
água doce e o tratamento final conquistando uma posição de vanguarda em gestão
de águas no setor siderúrgico mundial.
Para acompanhar a expansão da empresa, representada, principalmente,
pela entrada em operação de novos empreendimentos como o segundo alto forno,
inaugurado em 1998, e o LTQ, implantado em 2002, a CST colocou como meta não
aumentar o consumo de água bruta, fornecida pela concessionária Estadual e,
ainda, reduzir o consumo de água doce de 4,5 m³/t aço por tonelada de aço
produzido, registrado em 1998, para os atuais 3,6 m³/t de aço , a CST investiu em
diversos projetos, entre os quais destacam-se:
• Estação de Tratamento e Recirculação de água do LTQ – maior e mais
moderna estação de tratamento de água siderúrgica do mundo, com
capacidade para 29.260 m³/h, com índice de recirculação de 98,2%. Permitiu
a entrada em operação do Laminador de Tiras a Quente sem aumentar a
captação de água doce;
• Sistema de Recirculação de Água da Carboquímica – um investimento da
ordem de US$ 1,2 milhão possibilitou o tratamento e reutilização da água
proveniente da refrigeração das colunas de destilação de amônia, resultando
em uma redução de 250 m³/h na água captada do Rio Santa Maria da Vitória;
• Estação de Tratamento de Lama – permite reutilizar a água da lavagem dos
gases de alto forno e aciaria, separando o material sólido da lama gerada
neste processo. Esta água é reutilizada no resfriamento do alto forno e na
aspersão do pátio de escória. Este investimento possibilitou a economia de 60
m³/h.
69
• Estação de Tratamento de Água da Aciaria – Implantação deste projeto de
melhoria na planta permitiu a redução de perdas de água na ordem de 90
m
3
/h, promovendo sua recirculação no próprio processo.
A Figura 11 ilustra o Índice de Recirculação e o Consumo Específico
(consumo de água por tonelagem de placa) ao longo dos anos.
Figura 11 - Água doce - Índice de recirculação X consumo específico
Fonte: CST – Relatório Anual de Desempenho (2004).
Um ponto de destaque dentro do sistema de gestão ambiental da CST,
relativamente ao controle de efluentes hídricos, é a qualidade dos efluentes gerados.
O atendimento ao que está estabelecido em sua política ambiental e a
adoção de práticas essenciais apropriadas para utilização de forma eficiente dos
recursos naturais faz com que a CST seja uma empresa proativa e busque
continuamente a redução nas perdas de águas através, principalmente, do reuso
direto planejado, elevando continuamente a recirculação das águas nos processos
operacionais.
94,1
95,5
96,6
96,8
97,4
3,6
3,7
3,6
3,6
3,5
0
50
100
150
2000 2001 2002 2003 2004
0
1
2
3
4
Índice de Recirculação (%)
Consumo Específico (m³/t. aço)
melhor
melhor
94,1
95,5
96,6
96,8
97,4
3,6
3,7
3,6
3,6
3,5
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50
100
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2000 2001 2002 2003 2004
0
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3
4
Índice de Recirculação (%)
Consumo Específico (m³/t. aço)
melhor
melhor
melhor
70
2.7 MODELAGEM MATEMÁTICA
As técnicas de otimização de processos vêm ganhando espaço nas
organizações atuais. Entende-se por otimização o atendimento às necessidades da
organização com menor gasto em tempo, custo, recursos, entre outros, de forma a
satisfazer todos os requisitos que convém àquela instituição, tais como qualidade,
atendimento ao cliente, segurança, retorno aos acionistas, entre outros, isto é a solução
ótima (PRADO, 1999).
Para se obter a solução ótima de um problema é necessário:
• Identificar todas as alternativas;
• Avaliar cada uma delas detalhadamente;
• Compará-las com isenção, e
• Definir qual a melhor alternativa.
Segundo Akbay (1996), essa seqüência de ações, que inicialmente pode
parecer simples, torna-se especialmente complexa à medida que tentamos executar
cada uma das tarefas. O autor explicita essa complexidade através dos
questionamentos: É possível identificar todas as alternativas existentes? Ou ainda,
dispomos de ferramentas que possam avaliar cada uma delas com os detalhes
exigidos? Sabemos realmente como comparar cada alternativa? Sabemos definir
claramente qual o nosso objetivo?
Uma das formas de abordagem de um determinado problema é a sua
experimentação prática, que usa o sistema real para concluir sobre algumas poucas
alternativas pré-estabelecidas. Evidentemente, essa forma de abordagem de um
problema é bastante limitada quanto à capacidade de análise, uma vez que as
alternativas podem ser muito caras, ou envolver um tempo incompatível com a
realidade, ou mesmo ser impossível de se implementar como teste, seja por limite de
equipamentos ou de uso de recursos humanos excedentes ou não disponíveis.
Provavelmente ninguém promoverá demissões ou contratações, ou ainda comprará um
equipamento sofisticado para testar alternativas de funcionamento do seu sistema.
Desse modo, o uso de algum artifício que represente de forma aderente um sistema é
fundamental para que se possa testar adequadamente as mais variadas alternativas
sem que para isto seja necessário alterar o seu funcionamento real. Depois de se
conseguir uma representação adequada do sistema em estudo, ou seja uma caixa preta
71
que transforma “inputs” em “outputs”, deve-se analisar qual a combinação de “inputs”
que produz a melhor combinação de “outputs”. Ainda desta vez, pode-se usar o
processo de se selecionar algumas alternativas (grupo de “inputs”) e através da
experimentação determinar qual das alternativas gerou a resposta de melhor resultado
segundo critérios pré-definidos de avaliação.
Como se pode prever, o processo de escolha aleatória de alternativas não é
satisfatório e, portanto inúmeros algoritmos matemáticos foram desenvolvidos para
otimizar a chamada função objetiva ou os “outputs”. O maior avanço da “programação
matemática” se deu durante a Segunda Guerra Mundial (CAMPONOGARA, 1995) onde
pesquisadores e cientistas necessitavam analisar táticas de combate, escolha de rotas
de comboios, estratégias de bombardeios, dentre outras operações bélicas. Após a
guerra, as ferramentas desenvolvidas foram sendo adaptadas para uso nos setores
industriais, procurando programar ou planejar melhor a alocação de recursos a
atividades competitivas e sujeitas a restrições inerentes à natureza do problema. Essas
restrições podem ser de vários tipos, como por exemplo, financeiras, tecnológicas e
organizacionais no caso de uma empresa.
O conceito de modelo é essencial nos estudo de pesquisa operacional.
Em tal contexto, modelo é uma idealização, ou visão simplificada da realidade. A
partir dessa idealização, o modelo emprega símbolos matemáticos para representar
as variáveis de decisão do sistema real, que estão relacionadas por funções
matemáticas que expressas o funcionamento do sistema. A solução consiste em
encontrar valores adequados das variáveis de decisão que otimizem o desempenho
do sistema, segundo o critério desejado.
Para Fritzsche (1978), um modelo é uma representação simplificada de
um fenômeno. Segundo o mesmo autor, o formato não depende apenas do nosso
conhecimento a respeito do fenômeno, mas também do uso pretendido. Portanto,
um modelo representa uma realidade distorcida para o propósito de atingir um
objetivo particular, e isto obviamente restringe sua generalidade. Ao se construir um
modelo, deseja-se que este se aproxime o máximo possível da situação que
representa e que seja de fácil resolução. No entanto, nem sempre isto é possível. A
razão disto são as imprecisões que em geral se observam nos dados que são
utilizados para a construção destes modelos, como medidas de peso, de tempo, de
velocidade, etc.; simplificações e aproximações feitas para que a modelagem seja
72
possível; desconhecimento das relações exatas entre as variáveis que o compõem;
complexidade destas relações, etc.
Geralmente, quanto maior for a complexidade da situação a ser
modelada, maior será a tendência do modelo não representá-la satisfatoriamente.
Dependendo do problema tratado, um modelo matemático que o represente pode
resultar em equações, sistemas de equações, equações diferenciais, integrais, entre
outros.
Dado um sistema real, a percepção de que há nele alguns aspectos que
exigem modificações em seu gerenciamento leva à definição do problema. Por meio
de hipóteses simplificadoras, nas quais são estabelecidas as variáveis de decisão e
as relações relevantes do sistema, chega-se ao modelo matemático. Obtida a
solução do modelo, esta deve ser avaliada e criticada e validada para posterior
implementação.
As linhas pontilhadas na Figura 12 representam formas de resolução de
problemas de forma tradicional, isto é a partir de experiência e não de metodologia,
que dependendo do grau de complexidade do problema fica praticamente inviável a
obtenção de um resultado ótimo.
Figura 12 - Conceito de modelo e as atividades básicas da pesquisa operacional
Fonte: Puccini e Pizzolato (1987, p.47).
A Pesquisa Operacional (PO) é uma ciência que objetiva fornecer
ferramentas quantitativas ao processo de tomada de decisões. É constituída por um
conjunto de disciplinas isoladas, tais como Programação Linear, Teoria das Filas,
Simulação, Programação Dinâmica, Teoria dos Jogos, entre outras. O termo
Pesquisa Operacional (em inglês: Operational Research) foi empregado pela
primeira vez em 1939 como uma tentativa de englobar, sob uma única denominação,
SISTEMA
REAL
DEFINIÇÃO DO
PROBLEMA
MODELO
SOLUÇÃO DO
MODELO
IMPLEMENTAÇÃO
MÉTODOS
TRADICIONAIS
revisão
dedução
solução
validada
SISTEMA
REAL
DEFINIÇÃO DO
PROBLEMA
MODELO
SOLUÇÃO DO
MODELO
IMPLEMENTAÇÃO
MÉTODOS
TRADICIONAIS
revisão
dedução
solução
validada
73
todas as técnicas existentes ou que viriam a ser desenvolvidas e que tinham o
mesmo objetivo citado. De uma maneira geral, todas as disciplinas que constituem a
PO se apóiam em quatro ciências fundamentais: Economia, Matemática, Estatística
e Informática (PUCCINI; PIZZOLATO, 1987).
Um modelo de programação matemática possui subclasses, que dependem
do grau de suas equações (lineares ou não lineares) e do tipo de suas variáveis que
podem ser contínuas, discretas ou mistas. A otimização de um modelo é a busca da
solução que atenda às restrições impostas e tenha a melhor avaliação segundo os
critérios adotados.
Um caminho para resumir as fases usuais do estudo de Pesquisa
Operacional, segundo Hillier e Lieberman (2003), começa da definição do problema
de interesse e no levantamento de dados relevantes. Na Pesquisa Operacional as
equipes gastam muito tempo recolhendo dados relevantes sobre o problema.
Quando os dados são retirados de fontes confiáveis os mesmos fornecem a entrada
precisa para o modelo matemático. Porém freqüentemente os dados não estão
disponíveis ou não são confiáveis. Neste caso a equipe necessitará de auxílio de
colegas na organização para recolher os dados necessários, coletá-los em campo
ou até mesmo para gerar estimativas.
Após a definição do problema, deve-se formular um modelo matemático
que represente o problema e suas restrições. Os modelos matemáticos são
representações também idealizadas, mas são expressos dentro de termos de
símbolos e de expressões matemáticas. O modelo matemático de um problema é
formado pelo sistema das equações e de expressões matemáticas relacionadas que
descrevem a essência do problema. Assim, se houver n decisões quantificáveis
relacionadas a serem feitas, são representados como variáveis da decisão (x1, x2,
xn) os quais os respectivos valores devem ser determinados. A medida apropriada
do desempenho (por exemplo, lucro) é expressa então como uma função
matemática destas variáveis de decisão. Todas as limitações nos valores que podem
ser atribuídos a estas variáveis de decisão são expressas também
matematicamente, tipicamente por meio de desigualdades. Tais expressões
matemáticas para as limitações são chamadas restrições. As constantes (a saber, os
coeficientes), as restrições e a função objetiva são chamadas parâmetros do
modelo. Pelo modelo matemático pode se dizer que o problema está na escolha dos
74
valores das variáveis de decisão que maximizam ou minimizam a função objetivo,
respeitando-se as restrições especificadas.
Com o modelo matemático formulado desenvolvem-se procedimentos
(geralmente um procedimento por computador) para derivar soluções ao problema.
O algoritmo pode ser aplicado em softwares prontamente disponíveis. Para
experientes praticantes de Pesquisa Operacional, encontrar uma solução é o
momento do divertimento, visto que o trabalho real vem nas etapas anteriores e
posteriores, incluindo a análise final.
A avaliação do resultado envolve a análise da sensibilidade para
determinar que parâmetros do modelo são os mais críticos (os parâmetros
sensíveis) na determinação da solução. Os parâmetros sensíveis são aqueles cujos
valores não podem ser mudados sem mudar a solução ótima. Identificar os
parâmetros sensíveis é muito importante, já que pequenas variações podem
distorcer, significativamente, os resultados (saída) do modelo.
A fase de teste e refinamento do modelo é de extrema significância para
validação do mesmo, isto porque a primeira versão de um modelo matemático
contém inevitavelmente muitas falhas. Alguns fatores ou inter-relações relevantes
podem não ter sido inseridos no modelo, e alguns parâmetros podem não ter sido
estimados corretamente. Isto é inevitável dado à dificuldade de compreender todos
os aspectos de um problema operacional complexo e pela dificuldade da coleta de
dados confiáveis. Conseqüentemente, antes de usar o modelo, ele deve ser testado
completamente para tentar identificar e corrigir todas as falhas possíveis. Este
processo de testar e de melhorar um modelo é geralmente conhecido como
validação do modelo.
Tendo em mãos o sistema computacional para aplicar o modelo, faz-se a
execução do mesmo de acordo com o que foi prescrito pela gerência. Esta fase é
crítica porque é aqui, e somente aqui, que os benefícios do estudo surgem.
Conseqüentemente, é importante que a equipe participe desta fase, para se
certificar de que as soluções do modelo são traduzidas exatamente e, para que
possam, quando for o caso, retificar todas as falhas nas interpretações das soluções
obtidas. A fase da execução envolve diversas etapas. Primeiramente, a equipe de
Pesquisa Operacional dá uma explanação cuidadosa do sistema novo a ser adotado
e como se relacionam as realidades operacionais do sistema. Em seguida, tanto a
75
equipe de execução quanto a de PO compartilham da responsabilidade para
desenvolver os procedimentos requeridos para pôr este sistema na operação.
Alguns trabalhos científicos vêm sendo desenvolvidos na área de
modelagem matemática tendo a água como variável. Albano (2004) propõe
integração de dois programas computacionais capazes de dar subsídios de decisão
e auxiliar na gestão hídrica de uma represa em Jaguari -SP. Em sua dissertação
afirma que todas as decisões gerenciais que envolvam problemas de qualidade de
água devem ser embasadas em dados reais, cuja precisão seja razoável, praticável
e confiável e que um sistema de gerenciamento não pode ser desenvolvido sem
conhecimento das taxas de fluxo, da variação temporal do fluxo, da demanda por
água, dos poluentes ou contaminantes da água, dos custos de operação e
tratamento dentre outros fatores e parâmetros. Sendo assim afirma que o
desenvolvimento de modelos matemáticos para subsidiar a gestão nas organizações
permite representar alternativas propostas e simular condições reais que possam
ocorrer dentro de uma faixa de incertezas, inerentes ao conhecimento técnico e
cientifico.
Toledo (2005) propôs um modelo em programação linear para minimizar o
consumo de energia elétrica necessário para o funcionamento de bombas
hidráulicas, que levam água de poços artesianos ou estações de tratamento para
reservatórios distribuídos pelos bairros da cidade,
Melo (2005) desenvolveu um algoritmo computacional para a
determinação das possibilidades de reuso das correntes efluentes da etapa de
lavagem contínua de um processo têxtil, sendo este processo escolhido em função
do elevado consumo de água, 30 m
3
/h por máquina. A plataforma escolhida para o
desenvolvimento do software foi o Matlab (Matricial Laboratory), cuja interface com o
usuário é bem amigável.
CAPITULO 3 - PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS
Para analisar as oportunidades de redução do consumo de água bruta em
uma planta siderúrgica, no caso a CST, foi desenvolvido um modelo matemático que
tem como objetivo a maximização do volume de água resultante da mistura de três
efluentes selecionados através de critérios descritos a seguir, sujeito a restrições
definidas pelos limites de concentração dos parâmetros físico-químicos, permitidos
pelas normas internas e externas à empresa, de forma que essa mistura, hoje
descartada, possa ser tratada em uma Estação de Tratamento equivalente à
Estação de Reuso existente (ETA-Reuso). Para isso cumpriram-se as seguintes
etapas:
Etapa 1 – Identificação dos efluentes: nesta primeira etapa foi necessário
realizar uma pesquisa nos documentos técnicos e sistemas computacionais da
empresa, junto às áreas responsáveis pela informação (Departamento de Meio
Ambiente e Utilidades), para obtenção do mapeamento do fluxo de água na usina,
com informações referentes a volume, características físico-químicas e pontos de
descarte de todos os efluentes industriais.
As informações sobre as características físico-químicas foram extraídas
do Sistema de Controle do Laboratório de Utilidades e Meio Ambientes (LIMS),
desenvolvido por empresa especializada em desenvolvimento de software com
orientação da equipe de automação da CST. Neste sistema são registrados
diariamente os resultados das análises dos efluentes da usina e gerados relatórios
gerenciais dos quais foi possível extrair as características físico-químicas com
horizontes de até 1 ano.
Os efluentes foram então selecionados respeitando-se critérios definidos,
são eles:
- ponto de descarte: extrema importância para o estudo de caso, já que
o efluente a ser escolhido não poderia fazer parte do grupo de efluentes hoje já
tratado na estação de reuso existente. Sendo assim, foram realizadas visitas em
campo para validar as informações documentais.
77
- volume disponível: atendendo ao objetivo do estudo de redução do
consumo de água, nada mais certo que selecionar aqueles efluentes com maior
disponibilidade em termos de volume.
- parâmetros físico-químicos: foram escolhidos efluentes com
parâmetros conhecidos pelo corpo técnico do laboratório para que a análise
comparativa fosse realizada nas instalações da empresa. O Quadro 7 no capítulo 4 –
Resultados, apresenta os parâmetros dos efluentes selecionados.
Para extração dos dados não constantes no Sistema de Controle do
Laboratório de Utilidades e Meio Ambiente ou nos demais relatórios disponíveis, foi
realizada pesquisa de campo com medições realizadas dentro das especificações
exigidas pelos padrões da empresa, após devido treinamento, utilizando-se os
materiais e EPI’s (equipamentos de proteção individual) apropriados.
Etapa 2 – Identificação dos parâmetros restritivos: para identificação dos
parâmetros restritivos à mistura foi realizada pesquisa junto ao fornecedor da
Estação de Reuso exitente e ao corpo técnico de engenharia da CST, que
acompanhou toda implantação da Estação. Esses parâmetros limitantes se referem
tanto às características físico-químicos da mistura quanto ao volume final.
Etapa 3 – Construção do modelo: a etapa de construção do modelo
contou com um pré-tratamento dos dados coletados, para adaptação às condições
de contorno definidas pelas restrições do problema. Para isso foi feita pesquisa
bibliográfica e consulta aos especialistas de forma a se conseguir uma solução para
o referido problema utilizando-se de soluções técnicas conhecidas para resolver os
impasses detectados.
O modelo foi construído relacionando-se os Volume e Concentração de
cada parâmetro definido, em equações de balanço de massa. O parâmetro Turbidez
da mistura não pode ser determinada diretamente através de balanço de massa. Ela
é causada por matérias sólidas em suspensão (silte, argila, colóides, matéria
orgânica) e é medida através do turbidímetro com valores expressos em Unidade
Nefelométrica de Turbidez (UNT). Visando contornar tal situação, elaborou-se um
modelo de regressão linear múltipla, método estatístico de associação de uma
78
variável dependente a várias variáveis independentes, para prever o valor da
Turbidez (variável dependente) da mistura em função do produto Volume X Turbidez
de cada efluente (variáveis independentes). Para tanto, foram coletadas 20
amostras, de cada um dos efluentes, onde a soma total de cada uma destas
correspondeu a 1 litro.
O modelo de programação não-linear foi desenvolvido no ambiente
Matlab (Matricial Laboratory) que possui uma interface amigável com o usuário. A
não linearidade do modelo está nas equações de restrição por balanço de massa,
que relacionam as concentrações de cada parâmetro nas diferentes fontes com o
limite permitido para aquele parâmetro na mistura. A maioria das não-linearidades
englobadas em um modelo de programação está dentro de 2 principais categorias:
as relações observadas empiricamente, tais como variações não-proporcionais em
custos, resultados de processos e características de qualidade (o caso estudado); e
nas relações deduzidas estruturalmente, que englobam fenômenos físicos,
deduzidos matematicamente e regras administrativas.
Ao final do estudo, foram feitas análises críticas para melhoria das
condições de contorno, objetivando melhores resultados do modelo, bem como
sugestões para a academia e para a Companhia no aprimoramento e aplicação da
técnica proposta.
O detalhamento de todas as etapas definidas na metodologia está
descrito no Capítulo 4 – Resultados.
O Quadro 5 resume as informações indicando como se deu o processo
metodológico para atendimento aos objetivos específicos:
79
Objetivos específicos Variáveis Instrumentos de Pesquisa Tratamento
Identificar os efluentes
disponíveis para reuso
Efluentes
Pesquisa Documental para identificar os
efluentes ainda não contemplados na
Estação de reuso existente, localizada no
Canal de Efluente Final, e estudá-los para
inserção no modelo
Tabulação dos efluentes
disponíveis e seleção
daqueles de melhor
qualidade e maior vazão
Identificar parâmetros
físico-químicos dos
efluentes
Parâmetros
Através de Pesquisa de Campo e
Documental foi possível identificar os
parâmetros físico-químicos de cada um
dos efluentes considerados e gerar as
equações de restrição no modelo, de
forma que a mistura gerada pudesse ser
tratada em uma estação de tratamento de
água convencional.
Tabulação dos parâmetros
em Planilhas de Excel,
Execução de Regressão
Linear com software
STATISTICA para
construção da equação de
restrição do parâmetro
Turbidez
Elaborar modelo de
otimização do recurso
(modelagem).
Modelo
Com base na pesquisa bibliográfica, e
considerando as restrições do sistema,
elaborou-seum modelo matemático que
maximize a quantidade de mistura dos
efluentes supracitados para
posteriormente ser tratada numa estação
de tratamento de água convencional e
reaproveitada no próprio sistema de
produção.
Ambiente Matlab para
execução do modelo de
programação não-linear.
Quadro 5 - Procedimentos metodológicos
A pesquisa realizada enquadra-se em estudo de caso de natureza
exploratória e descritiva:
(a) estudo de caso por se tratar de uma modelagem dentro das condições
de operação em uma usina siderúrgica integrada (CST), utilizando-se de recursos e
informações nela disponíveis;
(b) exploratória por buscar na literatura os conceitos conhecidos da
modelagem matemática, documentado neste trabalho no capítulo 2.7 da Revisão
Bibliográfica, um meio para alcançar o objetivo principal de maximização de
utilização de água.
(c) descritiva, pois se fez uso de observação, registro e análise dos
fenômenos propostos sem interferências externas.
CAPITULO 4 - RESULTADOS
Como introdução ao capítulo e melhor entendimento da análise realizada
é necessário detalhar o processo de recebimento e distribuição de água doce na
CST. Trata-se de uma única fonte de captação – a água bruta proveniente do Rio
Santa Maria. O Rio Santa Maria da Vitória nasce na localidade de Alto Santa Maria,
no município de Santa Maria de Jetibá, e deságua na baía de Vitória, percorrendo
cerca de 122 km. A Bacia Hidrográfica do Rio Santa Maria apresenta uma área de
drenagem de aproximadamente 1.844 km
2
, que envolve, além do município de
Santa Maria de Jetibá, parte dos municípios de Santa Leopoldina, Cariacica, Serra e
Vitória.
A CST paga pelo consumo dessa água à Concessionária de Água do
Estado do Espírito Santo (CESAN), porém é a responsável pelo tratamento dentro
de seus limites na Estação de Tratamento de Água Clarificada (ETA-C) e pela
distribuição na Rede Geral para as diversas unidades operacionais.
Parte da água clarificada passa por processo de potabilização (150 m³/h),
sendo destinada em seguida para o consumo humano. Outra parte é destinada para
a unidade de desmineralização, onde são removidos os sais minerais (140 m³/h),
para posteriormente ser utilizada nas caldeiras das Centrais Termo Elétricas (CTEs)
com finalidade de produção de vapor, para geração de energia elétrica.
A Figura 13 ilustra o comportamento da distribuição de água clarificada
para as principais unidades produtivas como descrito anteriormente. Após utilização
da mesma em diferentes formas, dependendo do fluxo produtivo ao qual foi
destinado, cada efluente é descartado para o canal de efluente final. Em um ponto
desse canal (antes da mistura com a água do mar de refrigeração)
aproximadamente 600m³ desta água é captada, retratada e redirecionada à rede
principal de distribuição de água (linha pontilhada em verde). Observam-se também
na mesma Figura os volumes de make up e de recirculação em cada uma das
unidades, nas quais as principais utilizações de água clarificada são:
1) Coqueria Æ Umectação de pilhas de carvão, apagamento de coque a
úmido e diluição na Estação de Tratamento Biológico.
81
2) Sinterização Æ Lavagem de ruas, sistema lava rodas na saída dos
pátios, umectação das pilhas de minérios depositados no pátio.
3) Alto Forno Æ Lavagem de gases, sistema de remoção de pós dos
filtros de mangas, sistema de produção de escória e resfriamento do corpo do forno.
4) Aciaria Æ Lavagem de gases gerados no processo de produção do
aço, lavagem de calcário na Calcinação e resfriamento de lança de oxigênio.
5) Lingotamento Contínuo Æ Especificamente na refrigeração de
equipamentos de produção.
6) Laminador de Tiras a Quente – LTQ Æ Especificamente na
refrigeração de equipamentos e placas laminadas.
7) Condicionamento de Placas Æ Especificamente no resfriamento de
placas.
8) Outros Usos Æ Sistemas de aspersão de pátios, lavagem de ruas e
avenidas, irrigação de gramas, Fábricas de Oxigênio, e outros.
Figura 13 - Volume consumido e reuso de água doce na CST
Fonte: Adaptado de Abreu et al (2004).
Legenda:
1) Coqueria
2) Sinterização
3) Alto Forno
4) Aciaria
5) Lingotamento
Contínuo
6) Laminador de Tiras a
Quente
7) Condicionamento de
Placas
8) Outros usos
229
44
379
166
112,3
210
44
462
Make up
m³ /h
500
666
12.460
5.085
10.325
13.000
11.800
1.150
ETA-C
ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA - CLARIFICADA
Recirculação
m³ /h
EFLUENTE FINAL
1
2
3
4
5
6
7
8
ETA – R
ESTAÇÃO DE
TRATAMENTO DE
ÁGU A (REUSO)
600m³/h
Legenda:
1) Coqueria
2) Sinterização
3) Alto Forno
4) Aciaria
5) Lingotamento
Contínuo
6) Laminador de Tiras a
Quente
7) Condicionamento de
Placas
8) Outros usos
229
44
379
166
112,3
210
44
462
Make up
m³ /h
500
666
12.460
5.085
10.325
13.000
11.800
1.150
ETA-C
ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA - CLARIFICADA
Recirculação
m³ /h
EFLUENTE FINAL
1
2
3
4
5
6
7
8
ETA – R
ESTAÇÃO DE
TRATAMENTO DE
ÁGU A (REUSO)
600m³/h
82
No Quadro 6, é possível observar o índice de circulação de cada uma
dessas unidades operacionais. Nota-se que, com exceção da Coqueria e “Outros”,
todas elas tem o índice de recirculação acima de 93%, contribuindo para o alto
índice da Usina como um todo em 97%. A unidade da Coqueria que contempla em
seu balanço a água da Estação de Tratamento Biológica, possui o menor índice de
recirculação, assim como “Outros Usos”, cuja água de aspersão de ruas proveniente
da Torre de Recirculação de Água do Condicionamento, também se enquadra.
Unidades Produtivas Consumo (m³/h)
Recirculação
(m³/h)
Recirculação (%)
Coqueria 229 500 68,59%
Sinterização 44 666 93,80%
Altos Fornos 379 12.460 97,05%
Aciaria 166 5.085 96,84%
Lingotamento Contínuo 112 10.325 98,92%
LTQ 210 13.000 98,41%
Condicionamento de
Placas
44 11.800 99,63%
Outros 462 1.150 71,34%
TOTAL 1.646 54.986 97,09%
Quadro 6 - Percentual de recirculação de água doce na CST
Fonte: Adaptado de Abreu et al (2004).
Mesmo com aumento de produção ao longo dos anos, a empresa vem
mantendo o volume no que concerne à aquisição de água da concessionária
estadual não impactando a matriz que abastece a região da grande Vitória.
Com a adoção de práticas apropriadas, evolução do conhecimento
ambiental de seus empregados e a busca de melhorias em seus processos, a
Companhia vem alcançando custos operacionais mais reduzidos, tornando-se
altamente competitiva perante os mercados nacional e internacional, com condições
no mínimo iguais aos fornecedores mais competitivos existentes no planeta.
Com a expansão da produção de aço da Usina em 2007 para 7,5 Mt/a
(50% de acréscimo) o consumo de água também sofreu aumento. Dentre as
melhorias ambientais que foram introduzidas com o novo projeto de expansão
destaca-se a implantação de um sistema de recirculação de efluentes no canal
83
principal, que permite a recuperação de aproximadamente 650 m
3
/h de água
proveniente de esgotos já tratados e outros sistemas, de forma que o valor
contratado pela CST da Companhia Espírito-Santense de Saneamento (CESAN)
seja mantido, e que se tenha um acréscimo de no máximo 250 m
3
/h de água doce
em relação ao atual.
Figura 14 - Vista geral da ETA-Reuso
Tendo como exemplo este caso, e considerando que a CST continuará
expandindo cada vez mais sua produção, há de se considerar o futuro crescimento
da demanda de água doce. Sendo assim, o objetivo deste trabalho é construir um
modelo matemático que auxilie na identificação de oportunidades de redução de
consumo de água através da reutilização de águas descartadas ainda não
absorvidas pela Estação de Reuso.
4.1 Definição dos efluentes do modelo
Pela complexidade do assunto, já que envolve o recurso água e, portanto
fenômenos físico-quimicos na mistura de diferentes efluentes, foi necessário
delimitar o estudo partindo-se para a pré-definição do grupo de água a ser
analisado. Os efluentes foram então selecionados respeitando-se critérios definidos,
são eles:
84
1) volume disponível: atendendo ao objetivo do estudo de redução do
consumo de água, foram selecionados os efluentes com maior disponibilidade em
termos de volume. Remetendo ao Quadro 6, pode-se observar que os grupos de
menor índice de recirculação são os representados por “Outros” com 71% de
recirculação e “Coqueria” com 69% de recirculação, e que portanto tendem a
apresentar maiores volumes oportunizados para reuso e contribuir para a
perpetuação do índice de benchmarking em termos de recirculação de água doce da
CST
2) parâmetros físico-químicos: foram escolhidos efluentes com
parâmetros conhecidos pelo corpo técnico do laboratório para que a análise
comparativa fosse realizada nas instalações da empresa.
3) ponto de descarte: o efluente a ser escolhido não pode fazer parte do
volume hoje já tratado na estação de reuso existente. Na Figura 15, adaptada da
Figura 13, é possível observar que alguns dos efluentes (representados pelas
unidades A, B e C) não são captados pela Estação de Reuso existente. As demais
unidades têm seus efluentes captados no efluente final e tratados na Estação,
retornando essa vazão para a rede principal de distribuição de água da usina.
Com os critérios estabelecidos, foram definidos para a análise no modelo
os seguintes efluentes:
(a) Efluente da Calcinação, responsável pela produção da cal, utilizada no
processo da Aciaria (volume pertence ao Grupo “Outros Usos”), (b) Efluente da
Torre de resfriamento do Condicionamento de Placas que além de promover o
resfriamento da água de processo da planta, abastece as carretas de lavagem de
rua (volume pertence ao Grupo “Outros Usos”), e (c) Efluente da Estação de
Tratamento Biológico (ETB) responsável pela remoção de matéria orgânica
proveniente da Planta Carboquímica da Coqueria (volume pertence ao grupo
“Coqueria”).
85
Figura 15 - Distribuição de água e tratamento de efluentes da CST
Fonte: Pesquisa de Campo.
Para que se possa construir o modelo que maximize a utilização da
mistura dessas águas, foi necessário obter os limites máximos de cada parâmetro da
mistura para tratá-la em uma ETA com características de capacidade e restrições
equivalentes a existente (ETA-Reuso). Esta é fruto de um projeto ambientalmente
qualificado para atendimento à demanda adicional de água para a operação do
Plano de Expansão da usina. Trata-se de uma planta de 650 m³/h de capacidade de
tratamento de água que contém um sistema de captação de água com estação
elevatória para bombeamento até seu nível e estação para tratamento de águas
servidas composta de pré-tratamento, mistura, floculação, sedimentação, filtração e
desinfecção. A Figura 16 ilustra o fluxo percorrido pelo efluente para devido
tratamento na ETA-Reuso:
Legenda:
A) Efluente da Calcinação
B) Efluente da Torre de resfriamento do Condicionamento de Placas
C) Efluente da Estação de Tratamento Biológico
ETA-C
ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA
EFLUENTE FINAL
ETA – R
ESTAÇÃO DE
TRATAMENTO DE
ÁGUA (REUSO)
A
B
C
20m³/h
100m³/h
80m³/h
Legenda:
A) Efluente da Calcinação
B) Efluente da Torre de resfriamento do Condicionamento de Placas
C) Efluente da Estação de Tratamento Biológico
ETA-C
ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA
EFLUENTE FINAL
ETA – R
ESTAÇÃO DE
TRATAMENTO DE
ÁGUA (REUSO)
A
B
C
20m³/h
100m³/h
80m³/h
86
Figura 16 - Fluxograma de tratamento de água da ETA-R
Fonte: Documento técnico da Companhia Siderúrgica de Tubarão, (2006).
A estação compacta foi projetada para tratar água do canal de descarga
da CST, provenientes de resfriamento de equipamentos da torre de resfriamento,
efluente da estação de tratamento de esgoto, limpezas de pisos e ruas e
contribuições de águas pluviais, denominada águas servidas. A captação é feita a
partir de um represamento com parede e comporta, para controle de nível de
montante, construído no canal de drenagem geral da Planta. O bombeio com
capacidade de 720 m
3
/h, é executado por duas bombas submersíveis, tendo uma
terceira com reserva externa, alimentando uma adutora de 14”, enterrada que vai até
a canal de entrada da estação de tratamento. As restrições quanto a qualidade
físico-química dos efluentes a serem tratados nesta estação foram levantadas
através dos manuais de operação, das especificações técnicas além das entrevistas
com especialistas da área responsável pelas análises. O Quadro 7 a seguir mostra
as características físico-químicas de cada um dos efluentes selecionados para
análise no modelo, bem como as respectivos limites na ETA-Reuso:
POLIMERO
SODA
HIPOCLORITO
SEPARAÇÃO
FÍSICA E
PRÉ-TRAT.
FLOCULAÇÃO E
SEDIMENTAÇÃO
FILTRAÇÃO
CONDICIONAMENTO
E ENTREGA
LIMPEZA DOS
FILTROS
TRATAMENTO
DE LODO
FLOTAÇÃO
HIPOCLORITO
CAPTAÇÃO
CANAL DE EFLUENTES
SODA
USINA
POLIMERO
SULFATO POLIMERO
SODA
HIPOCLORITO
SEPARAÇÃO
FÍSICA E
PRÉ-TRAT.
FLOCULAÇÃO E
SEDIMENTAÇÃO
FILTRAÇÃO
CONDICIONAMENTO
E ENTREGA
LIMPEZA DOS
FILTROS
TRATAMENTO
DE LODO
FLOTAÇÃO
HIPOCLORITO
CAPTAÇÃO
CANAL DE EFLUENTES
SODA
USINA
POLIMERO
SULFATO
87
Calcinação
Torre de
Recirculação do
Condicionamento
Estação de
Tratamento
Biológico
pH
8,6 8,1 7,5 sem restrição
Alcalinidade Total
ppm CaCO
3
20,7 92,2 30,0 sem restrição
Dureza Total
ppm 24,0 65,0 30,0 < 30
Óleos e Graxas
mg/l <5,00 <5,00 0,0 < 5,0
Sólidos em Suspensão Totais
mg/l 124,0 40,5 18,3 < 300
Cloretos
mg/l 4,9 117,0 540,0 < 50
Fosfato Total
mg/l <0,5 10,3 3,0 < 12
Sílica
mg/l 6,7 21,6 10,0 < 10
Demanda Química de Oxigênio
mg/l 0,0 44,8 81,0 < 30
Amônia
mg/l 0,0 0,0 5,0 < 1
Turbidez
NTU 3,87 83,5 7,05 < 400
Condutividade
92 1110 3900 sem restrição
Volumes disponíveis
m3/h 20 100 80
PARÂMETROS ANALISADOS
Efluentes
UnidadeParâmetros
Limites
restritivos da
ETA-Reuso
Quadro 7 - Características físico- químicas dos efluentes
Fonte: Pesquisa Documental e de Campo.
4.2 TRATAMENTO DOS DADOS
Ao serem analisados os parâmetros coletados dos três efluentes em
questão constatou-se que alguns deles estavam próximos ou superiores aos limites
de tratamento da planta e que portanto, quaisquer que fossem os valores para os
demais parâmetros, o modelo sempre tenderia a zero para o respectivo efluente.
Para melhor entendimento, pode-se observar no Quadro 7 que a concentração de
cloretos no efluente da ETB (540 mg/l) inviabilizaria qualquer aproveitamento deste
efluente na mistura, já que o limite restritivo é de apenas de 50mg/l.
Para solucionar este impasse, foi necessário buscar na literatura medidas
de tratamento específicas para o problema, de forma que fosse possível permanecer
com o efluente da ETB como entrante no modelo. Isto se deve ao objetivo principal
que é o de maximizar o volume a ser retratado.
A literatura indica como o tratamento adequado a solucionar a
problemática da concentração de cloretos, a utilização de técnica de Separação por
Membrana. Segundo Mierswa e Hespanhol (2005), este processo é utilizado para
separar da água partículas sólidas de pequenos diâmetros, moléculas e até mesmo
88
compostos iônicos dissolvidos, através de um gradiente de pressão hidráulica ou um
campo magnético. Basicamente, os processos de separação por membranas são
divididos em cinco categorias: microfiltração, ultrafiltração, nanofiltração, osmose
reversa e eletrodiálise. Elas se diferem pelo diâmetro dos poros das membranas,
sendo a da osmose reversa mais restritiva. Este processo é o mais utilizado
atualmente nas empresas (85% dentre as demais tecnologias de membrana).
Baseia-se no fenômeno natural da osmose que consiste na passagem de água pura
através de uma membrana semipermeável de uma solução salina diluída para uma
mais concentrada, até que se atinja o equilíbrio. O resultado é a elevação do nível
de líquido da solução mais concentrada, e essa diferença de nível entre as duas
soluções é conhecida como pressão osmótica de equilíbrio. Se uma pressão
hidráulica superior à pressão osmótica de equilíbrio, fôr aplicada do lado da solução
mais concentrada, a água passa a fluir através da membrana, da solução
concentrada para a diluída. Este fenômeno é conhecido como osmose reversa.
O processo de osmose reversa é adequado para tratar águas cuja
concentração de sais dissolvidos varia entre 5 mg/l até 34.000 mg/l com uma
recuperação superior a 90% em relação ao volume alimentado ao sistema.
Remetendo ao Capítulo de Revisão Bibliográfica (item 2.5.1), as
tecnologias de membranas e de troca iônica têm se destacado para recuperação de
águas, inclusive com aplicações em diferentes ramos industriais e na própria
sociedade. O exemplo citado apresenta resultados da otimização da reciclagem
utilizando-se a filtração por membranas (osmose reversa) reduzindo a demanda de
água “nova” de 1068 m³/dia para 297m³/dia.
O Quadro 8 indica os resultados de um pré-tratamento deste tipo no
efluente da ETB:
89
Calcinação
Torre de
Recirculação do
Condicionamento
Estação de
Tratamento
Biológico
Dureza Total
ppm 24,0 65,0
10,0
< 30
Óleos e Graxas
mg/l <5,00 <5,00
0,0
< 5,0
Sólidos em Suspensão Totais
mg/l 124,0 40,5
5,0
< 300
Cloretos
mg/l 4,9 117,0
30,0
< 50
Fosfato Total
mg/l <0,5 10,3
0,0
< 12
Sílica
mg/l 6,7 21,6
0,0
< 10
Demanda Química de Oxigênio
mg/l 0,0 44,8
81,0
< 30
Amônia
mg/l 0,0 0,0
0,0
< 1
Turbidez
NTU 3,87 83,5
7,05
< 400
Volumes disponíveis
m3/h 20 100 80
Parâmetros Unidade
Efluentes
Limites
restritivos da
ETA-Reuso
Quadro 8 - Resultados físico-químicos após tratamento em Osmose Reversa
Fonte: Pesquisa documental e de campo
Está em avaliação na empresa a possibilidade de implantação de um
sistema de tratamento mais sofisticado, com tecnologia de osmose reversa com o
intuito de reaproveitamento de efluentes e ainda de água do mar. Pesquisas com
fornecedores indicam que o investimento necessário para viabilizar o projeto de
tratamento para uma vazão de aproximadamente 100 m³/h é de R$6.000.000,00.
Sendo assim, neste trabalho, serão utilizados os parâmetros resultantes
do pré-tratamento com a tecnologia de osmose reversa no efluente da ETB, como
entrada no modelo.
4.3 CONSTRUÇÃO DO MODELO
Com exceção da turbidez, os parâmetros de qualidade da água resultante
da mistura dos efluentes podem ser determinados por balanço de massa. Assim
sendo, pode-se definir:
V = volume,
C
= concentração;
e os índices:
a Æ relativo ao efluente A
b Æ relativo ao efluente B
90
c Æ relativo ao efluente C
m Æ relativo à mistura dos efluentes,
para cada parâmetro analisado (i ) tem-se:
Balanço de massa:
immiccibbiaa
CVCVCVCV ....
=
++ (1)
mi
m
iccibbiaa
C
V
CVCVCV
=
+
+
...
(2)
sendo que
mcba
VVVV
=
++ (3)
As restrições para os parâmetros que são medidos através de
concentrações por volume foram todas formuladas segundo a expressão não linear
(2).
Para os demais parâmetros, mais especificamente a turbidez que é
restrição real na planta de tratamento, foi necessário experimento laboratorial para
obter resultados reais da concentração em função do volume de cada efluente.
Para coletar os dados necessários foi elaborada uma planilha em Excel,
contendo grades de amostragem diárias, conforme a Figura 17, nas quais são
cruzadas as informações dos parâmetros turbidez, pH, alcalinidade e condutividade,
com os efluentes da ETB, Calcinação e Torre do Condicionamento e a Mistura dos
três efluentes. Os volumes variaram aleatoriamente de 0 a 1000 de forma que a
soma dos três efluentes, isto é, a mistura final, totalizasse 1000 litros. Vale salientar
que apesar de coletados os dados equivalentes aos parâmetros de pH e alcalinidade
e condutividade, os mesmos não entraram no modelo por não representarem
aspectos restritivos à Estação de Tratamento, isto é, são perfeitamente ajustáveis
independente dos respectivos resultados na mistura.
91
ETB Condicionamento Calcinação Mistura
Volume (ml) 600 300 100 1000
Alcalinidade
pH
Turbidez
Condutividade
____ / ____
Figura 17 - Planilha de coleta de dados
A amostragem foi realizada com auxilio dos técnicos do Laboratório de
Utilidades e Meio Ambiente (LUMA). O LUMA é certificado pela ISO 9001:2000,
acreditado pelo INMETRO e seus procedimentos atendem às exigências da ABNT –
NBR 9898 – Preservação e Técnicas de Amostragem de Efluentes/ Líquidos e
Corpos Receptores.
Os procedimentos de amostragem englobam desde definições dos
equipamentos adequados até as técnicas de preparação e posicionamento, sendo
necessário treinamento às pessoas que irão efetivamente realizar o evento.
Qualquer descumprimento de padrão, implica no descarte da amostra em
referência. A variável tempo também é determinante para qualidade da amostra.
Sendo assim todas as amostras coletadas foram analisadas no mesmo dia de sua
coleta. Os resultados das coletas se encontram no Apêndice.
A Turbidez da mistura não pode ser determinada diretamente através de
balanço de massa. Ela é causada por matérias sólidas em suspensão (silte, argila,
colóides, matéria orgânica) e é medida através do turbidímetro com valores
expressos em Unidade Nefelométrica de Turbidez (UNT).
Visando contornar tal situação, elaborou-se um modelo de regressão
linear múltipla para prever o valor da Turbidez da mistura em função do produto
Volume X Turbidez de cada efluente. Para tanto, foram coletadas 20 amostras de
cada um dos efluentes, onde a soma total de cada uma destas correspondeu a 1
litro. Como os volumes reais a serem tratados estão em m3, o modelo foi construído
levando-se em conta os valores nesta unidade, guardada as devidas proporções.
Segundo os especialistas do laboratório da CST, isto é perfeitamente possível, já
que para se medir a turbidez dos efluentes existentes, é coletada uma amostra, e o
92
valor medido nesta amostra representa exatamente a turbidez do efluente, segundo
os padrões certificados.
Inicialmente, consideraram-se os três efluentes para a elaboração do
modelo. A Tabela 4 ilustra os resultados obtidos, onde é possível verificar, através
do teste t, que efluente ETB praticamente não apresenta significância (p-valor =
0,985) e, por conseguinte, foi descartado do mesmo.
Tabela 4 - Resultados do Modelo de Regressão Linear
R R
2
R
2
(ajustado)
Erro padrão da
Estimativa
F(3,16) p-valor
0,97782941 0,95615036 0,94792855 2,892987404 116,294 0,000000
β
Erro Padrão
de β
B
Erro
Padrão de
B
t(16) p-valor
Intercepto
3,272203 2,853605 1,14669 0,268369
ETB
0,001324 0,070218 0,000000 0,000003 0,01886 0,985187
Cond
1,007448 0,065824 0,000009 0,000001 15,30526 0,000000
Cal
0,141212 0,067791 0,000034 0,000017 2,08305 0,053647
Fonte: Modelo rodado no software Statistica
Assim sendo, construiu-se outro modelo levando-se em conta apenas as
variáveis relativas ao Condicionamento e Calcinação. Os resultados encontram-se
dispostos na Tabela 5.
Tabela 5 - Resultados do Modelo de Regressão Linear simplificado
R R
2
R
2
(ajustado)
Erro padrão da
Estimativa
F(2,17) p-valor
0,97782891 0,95614938 0,95099048 2,806641227 185,3399 0, 000000
β
Erro
Padrão de
β
B
Erro
Padrão
de B
t(17) p-valor
Intercepto
3,316459 1,575176 2,10545 0,050425
Cond
1,006749 0,052789 0,000009 0,000000 19,07114 0,000000
Cal
0,140449 0,052789 0,000034 0,000013 2,66057 0,016475
Fonte: Modelo rodado no software Statística
93
A equação (5) a seguir representa a função linear resultante da
Regressão Linear múltipla:
)*(*000009.0)*(*000034.0316459.3
bbtaatmt
VCVCC
+
+= (5)
onde:
V = volume,
C
= concentração;
e os índices:
a
Æ
relativo ao efluente calcinação
b
Æ
relativo ao efluente condicionamento
t
Æ
relativo ao parâmetro turbidez
m
Æ
relativo à mistura dos efluentes
Através dos resultados expostos na Tabela 5, percebe-se que o modelo
está relativamente bem explicado pelo conjunto de variáveis independentes, pois R2
(ajustado) = 0,951, valor próximo de 1,00. O teste F comprova que o modelo é
significativo a nível de 5%, enquanto o teste t mostra (a nível de 5%) que cada uma
das variáveis independentes apresenta significância em relação a variável
dependente.
A Figura 18 ilustra a representação gráfica da relação entre os valores
previstos pelo modelo (resultantes da equação de regressão (5)) em relação aos
valores observados em campo.
94
Valores Previstos vs. Observados
Variável Dependente: Turbidez
0 102030405060
Valores Previstos
0
10
20
30
40
50
60
Valores Observados
95% confiança
Figura 18 - Valores previstos pelo modelo X valores observados
Fonte: Gráfico gerado no software Statistica.
Observa-se na Figura 18 que a combinação entre ordenadas (valores
observados em campo) e abscissas (valores previstos pela equação de regressão)
formam pontos que se aproximam da reta gerada pela equação f(x)=x, com 95% de
confiança, indicando alto grau de correlação.
A Figura 19 mostra o gráfico relativo à superfície linear gerada a partir da
análise de regressão múltipla.
95
Figura 19 - Resultado regressão múltipla simplificada (3D)
Fonte: Gráfico gerado no software Statistica.
Para execução do modelo de programação não-linear foi utilizado o
ambiente de programação Matlab, próprio para realizar cálculos científicos.
4.4 O MODELO DESENVOLVIDO
Notação
Conjuntos
A
Conjunto de efluentes para reuso
R
Conjunto dos parâmetros restritivos em que é possível utilizar o balanço
de massa
T
Conjunto dos parâmetros restritivos em que se utilizou regressão linear
96
Dados do sistema:
i
L
Limite superior de cada parâmetro TRi ∪
∈
ij
c
Concentração do parâmetro TRi ∪
∈
no efluente Aj
∈
ij
b
Coeficientes de regressão linear relativos ao parâmetro
Ti ∈
Variável
j
V
Variável de decisão que representa o volume por hora a ser utilizado
do efluente Aj ∈
Modelo
∑
∈Aj
j
VMax (1)
Sujeito a:
RiL
V
Vc
i
Aj
j
Aj
jij
∈≤
∑
∑
∈
∈
,
(2)
(
)
∑
∈
∈≤+
Aj
iijjiji
TiLcVbb ,
0
(3)
0≥
j
V (4)
A equação (1) representa a função objetivo do sistema que maximiza o
volume por hora a ser utilizado de cada efluente na mistura. Representa a soma das
variáveis do modelo que são exatamente os volumes máximos de cada efluente
limitado às restrições do sistema. As inequações (2), (3) e (4) representam
matematicamente as restrições às quais o sistema está sujeito. A primeira delas (2)
se trata de uma inequação não-linear e se refere aos parâmetros pertencentes ao
conjunto R, em que é possível utilizar balanço de massa, a saber, Cloreto, Sólidos
em Suspensão, Demanda Química de Oxigênio, Óleos e Graxas, Sílica, Dureza,
Fosfato e Amônia. A segunda (3) se trata da inequação linear resultante da
regressão linear múltipla no software Statistica, para analisar o parâmetro Turbidez,
pertencente ao conjunto T. Finalmente a última inequação (4) limita o resultado das
variáveis a valores positivos.
97
A Estruturação do Modelo Matemático no Mat Lab está ilustrado no
Apêndice.
4.4.1 Resultados do modelo
O Quadro 9 abaixo relaciona os resultados das variáveis, V
1
, V
2
e V
3
,
considerando o pré-tratamento do efluente da ETB (Estação de Tratamento
Biológica) com osmose reversa.
Volume
disponível
(m³/h)
Volume para
reuso (m³/h)
V1 Calcinação 20 20
V2 Torre do Condicionamento 100 37
V3 Estação de Tratamento Biológico 80 80
Total 200 137
Efluente
Quadro 9 - Resultados do modelo considerando pré-tratamento
Para estes volumes, os parâmetros restritivos da mistura são mostrados
no Quadro 10.
Parâmetros Unidade
Limites
restritivos
da ETA-
Reuso
Resultado
modelo
Dureza Total ppm < 30
28,3
Óleos e Graxas mg/l < 5,0
2,4
Sólidos em Suspensão
Totais
mg/l < 300
37,4
Cloretos mg/l < 50
49,2
Fosfato Total mg/l < 12
3,4
Sílica mg/l < 10
8,0
Demanda Química de
Oxigênio
mg/l < 30
14,3
Amônia mg/l < 1
0,0
Turbidez NTU < 400
34,0
Volume m³/h
130,0??
Quadro 10 – Parâmetros restritivos resultantes do modelo
98
Observa-se que os volumes disponíveis tanto para Calcinação quanto
para Estação de Tratamento Biológica foram aproveitados em 100%, isto é, são
possíveis de serem tratados em uma ETA tipo a ETA-Reuso da CST, sem
comprometer a qualidade da água resultante a ser redistribuída na malha para
abastecimento das unidades produtivas.
Nota-se também no Quadro 9, que o maior volume disponível é do
efluente da torre do condicionamento, e no entanto é também a mais restritiva, de
onde apenas 37% pode ser aproveitado para a mistura. Sendo assim é factível
analisar quais pré-tratamentos seriam necessários para reduzir valores dos
parâmetros de maior restrição deste efluente, para que se possa rodar novamente o
modelo e avaliar se há variação do resultado da função objetivo.
Remetendo-se ao Quadro 7, pode-se observar que o parâmetro Dureza
está com valor muito elevado sendo restritivo para utilização deste efluente na
mistura. Através de pesquisa na área técnica da CST foi informado que o tratamento
adequado é adição de Carbonato de Cálcio à mistura para que esse índice caia.
Com o valor reduzido da Dureza foi rodada nova simulação, prevendo-se
o pré-tratamento adequado para isso, porém o resultado da função objetivo
continuou o mesmo, indicando que os efluentes responsáveis pela diluição deste
parâmetro na mistura são o da ETB (Estação de Tratamento Biológica) e da
Calcinação e, por haver limite de vazão, o efluente do Condicionamento também fica
limitado. Sendo assim, o modelo mostra que não vale a pena investir em pré-
tratamento do parâmetro Dureza no efluente da Torre do Condicionamento já que o
volume resultante da mistura não se altera.
O modelo desenvolvido não se propõe a avaliar alternativas de
investimento baseada em menor custo, e sim servir como ferramenta para que
sejam feitos os investimentos necessários para Maximizar o volume final de
efluentes a serem tratados na estação e reutilizados no processo.
Dentro da disponibilidade de água real para cada um dos efluentes
supracitados, o resultado da função objetivo é de 137m³. Volume capaz de
abastecer 20.000 pessoas diariamente, o que mostra a importância do estudo não
só para a melhoria da performance ambiental da CST, o caso deste estudo, como
também para a sociedade como um todo, já que se implementada a proposta,
disponibiliza-se mais recurso hídrico ao meio-ambiente.
99
Seguindo os preceitos da Política Ambiental da empresa (Figura 9),
conclui-se que o trabalho desenvolvido está em consonância com as práticas
adotadas servindo de modelo de aplicação efetiva para a Gestão Ambiental da
Empresa.
CAPITULO 5 - CONSIDERAÇÕES FINAIS
O problema estudado neste trabalho focaliza a economia de água doce
bruta, insumo estritamente necessário para a operacionalização das plantas
siderúrgicas, seja para utilização direta nos processos produtivos, para resfriamento
na troca de calor, na potabilização para consumo humano ou para a produção de
energia elétrica.
Como insumo estratégico para âmbito industrial, principalmente no ramo
siderúrgico, o modelo proposto no trabalho teve o objetivo básico de subsidiar a
aplicação do gerenciamento de processos em relação ao suporte no direcionamento
dos recursos hídricos. O reuso de água é um modelo que suporta a aplicação do
conceito de produção mais limpa e emissão zero, em relação à resíduos líquidos, e
ainda cumpre papel importante no desenvolvimento das organizações de forma
sustentável.
Para desenvolvimento do trabalho foi utilizado como ferramenta um
modelo de programação não linear para representar as características do problema,
cujo objetivo é racionalizar o uso de água através do reuso dos efluentes industriais,
aqui limitados a três: efluente da torre de resfriamento do Condicionamento de
Placas, efluente da Calcinação e efluente da Estação de Tratamento Biológica da
Companhia Siderúrgica de Tubarão. O modelo matemático foi construído
considerando fluxo contínuo, sem contaminação externa e todas as restrições
inerentes às características físico-químicas desses efluentes que possam impedir o
tratamento da mistura em uma Estação de Tratamento Convencional ou através de
tecnologias avançadas como a de Osmose Reversa.
A variável custo não foi considerada como restrição do problema já que
esse estudo não se propôs a identificar tecnologias mais baratas ou viáveis
economicamente, e sim maximizar a reutilização de efluentes reduzindo assim a
captação de água bruta do Rio Santa Maria. Vale ressaltar que no contrato da CST
com a concessionária do estado CESAN já está previsto custo com água não
consumida inclusive.
Dentro da disponibilidade de água real para cada um dos efluentes
supracitados, o resultado da função objetivo é de 137m³. Volume capaz de
abastecer 20.000 pessoas diariamente, o que mostra a importância do estudo não
101
só para o crescimento contínuo da CST, o caso deste estudo, como também para a
sociedade como um todo, já que se implementada a proposta, disponibiliza-se mais
recurso hídrico ao meio-ambiente.
5.1 ATENDIMENTO AOS OBJETIVOS TRAÇADOS
Os objetivos alcançados com esse trabalho serão de bastante valia não
só para a academia como também à CST que tem como princípio e valor a
Sustentabilidade e Respeito ao Meio ambiente, por isso dá aos seus funcionários
subsídios técnicos e educacionais para que possam ser desenvolvidas ferramentas
factíveis para dar forma a esses valores e princípios.
A etapa de identificação dos efluentes disponíveis para reuso foi de
extrema importância para a empresa, já que essa informação não estava clara na
organização. A evidência traçada de que ainda há água passível de tratamento para
reuso abre campo para novas pesquisas e direciona a empresa para contínuo
crescimento de forma sustentável. A escolha dos efluentes para este estudo contou
com avaliação de quantidade e qualidade disponível, bem como o grau de facilidade
para conseguir informações existentes e coletar as não existentes.
Para identificar os parâmetros dos efluentes aqui relacionados, foi
necessária pesquisa documental e de campo. A pesquisa documental foi facilitada
pela existência de um software da empresa que permite a inserção de dados diários
das análises dos parâmetros dos efluentes. A exigência de pesquisa de campo
decorreu do comportamento do parâmetro turbidez da mistura já que não pôde ser
determinado diretamente através de balanço de massa.
Na modelagem de otimização do recurso, foi utilizado o software Matlab
como ferramenta de otimização. O modelo não-linear desenvolvido considerou as
restrições do problema (limites máximos dos parâmetros na mistura formada), com
objetivo de maximização do volume a ser tratado.
Sendo assim, o objetivo geral deste estudo de analisar as oportunidades
de redução do consumo de água bruta em uma planta siderúrgica através do
reaproveitamento da água descartada de unidades operacionais foi alcançado.
102
5.2 SUGESTÕES PARA TRABALHOS PROFISSIONAIS NO ÂMBITO DA CST
No decorrer da fase de levantamento alguns dados sobre a distribuição
de água na usina como um todo não estavam disponíveis. Sendo essa uma
informação de cunho estratégico, sugere-se desenvolver trabalhos mais
aprofundados no mapeamento desta distribuição facilitando desta forma a
identificação de mais oportunidades de reuso ou de outras otimizações. Como
exemplo, pode-se citar a construção de toda malha de distribuição de água
industrial, com informações de qualidade e quantidade de água em cada trecho de
tubulação, bem como os efluentes gerados em todos os nós da distribuição.
Sugere-se também a identificação de técnicas de engenharia de
saneamento disponíveis no mercado para viabilizar o pré-tratamento de outros
efluentes que não foram considerados e que enriquecerão o modelo trazendo
melhores resultados para a empresa.
5.3 SUGESTÕES PARA FUTUROS TRABALHOS ACADÊMICOS
À academia fica aqui registrado o início de uma análise que pode ser
desdobrada de diversas formas, seja na adaptação do modelo para outros ramos
industriais, ou pela inserção de outros aspectos restritivos como os econômicos,
para que empresas que ainda não tenham Reuso já como prática de gestão hídrica
possam ter resultados de viabilidade de implantação.
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<http://www.wri.org>. Acesso em: 12 mar 2005.
ZOOPOU C., REED M. Water distribution Network Design Optimization: Simulated
Annealing Approach – Discussion. Journal of Water Resources Planning and
Management-ASCE, v. 127, n. 1, p. 69-70, 2001.
APÊNDICES
A - Resultados laboratoriais referentes às
amostras coletadas em campo
B - Estruturação do Modelo Matemático no Mat
Lab e Resultados
115
APÊNDICE A - RESULTADOS LABORATORIAIS REFERENTES ÀS
AMOSTRAS COLETADAS EM CAMPO
ETB Condicion. Calcinação Mistura ETB Condicion. Calcinação Mistura
Volume (mL) 600 300 100 1000 Volume (mL) 600 200 200 1000
Alcalinidade 133 57.9 19.1 91.9 Alcalinidade 190 54.3 20.4 127
pH 7.31 8.01 8.6 7.56 pH 7.38 7.92 9.02 7.65
Turbidez 13.8 35.1 1.56 9.20 Turbidez 6.81 42.6 4.03 15.1
Condutividade 3530 714 69.5 2220 Condutividade 3311 696 72.6 2460
ETB Condicion. Calcinação Mistura ETB Condicion. Calcinação Mistura
Volume (mL) 400 300 300 1000 Volume (mL) 100 600 300 1000
Alcalinidade 115 65.6 19.9 69.7 Alcalinidade 101 71.8 18.9 58.9
pH 7.19 8.08 8.68 7.56 pH 7.22 8.08 8.59 7.93
Turbidez 7.57 66.8 3.10 22.8 Turbidez 6.49 65.5 1.95 41.9
Condutividade 4044 774 78.8 1931 Condutividade 3223 955 68.8 1096
ETB Condicion. Calcinação Mistura ETB Condicion. Calcinação Mistura
Volume (mL) 300 300 400 1000 Volume (mL) 500 300 200 1000
Alcalinidade 124 74.0 17.7 68.0 Alcalinidade 121 85.1 26.6 90.0
pH 7.29 8.1 8.9 7.8 pH 7.41 8.14 8.9 7.65
Turbidez 2.48 78.3 1.8 25.0 Turbidez 8.54 104 1.86 34.7
Condutividade 4011 1010 84.7 1744 Condutividade 4057 1118 89.5 2319
ETB Condicion. Calcinação Mistura ETB Condicion. Calcinação Mistura
Volume (mL) 500 300 200 1000 Volume (mL) 600 200 200 1000
Alcalinidade 135 85.8 19.8 98.2 Alcalinidade 111 81.9 17.7 68
pH 7.3 8.06 8.61 7.61 pH 7.24 8.01 8.85 7.8
Turbidez 7.99 105 2.92 35.0 Turbidez 3.24 97.5 1.84 25.0
Condutividade 3955 1067 69.6 2368 Condutividade 3397 1119 84.7 1744
ETB Condicion. Calcinação Mistura ETB Condicion. Calcinação Mistura
Volume (mL) 700 200 100 1000 Volume (mL) 700 100 200 1000
Alcalinidade 132 83.1 18.0 110 Alcalinidade 108 80.2 27.2 83.4
pH 7.29 7.89 8.51 8.18 pH 7.32 8.00 8.72 7.39
Turbidez 11.8 104 1.81 24.0 Turbidez 1.95 101 1.37 12.6
Condutividade 3887 1114 73.3 2940 Condutividade 3902 1093 70.0 2708
29/jun
21/jun
22/jun 25/jun
26/jun 27/jun
28/jun
15/jun 18/jun
20/jun
116
ETB Condicion. Calcinação Mistura ETB Condicion. Calcinação Mistura
Volume (mL) 700 100 200 1000 Volume (mL) 600 * 400 1000
Alcalinidade 108 74.9 18.1 83.6 Alcalinidade 129 * 20.5 84.9
pH 7.26 7.94 8.42 7.52 pH 7.46 * 8.61 7.65
Turbidez 6.48 126 1.48 14.7 Turbidez 12.8 * 1.8 7.06
Condutividade 3435 921 76.5 2532 Condutividade 3253 * 72.4 2159
ETB Condicion. Calcinação Mistura ETB Condicion. Calcinação Mistura
Volume (mL) 400 100 500 1000 Volume (mL) 200 100 700 1000
Alcalinidade 103 73.6 20.1 61.9 Alcalinidade 128 72.1 20.4 47.6
pH 7.28 7.97 8.55 7.61 pH 7.43 7.96 8.64 7.97
Turbidez 4.49 140 1.65 15.9 Turbidez 2.25 1.36 3.36 15.8
Condutividade 3081 908 70.6 1500 Condutividade 3248 978 76.8 871
ETB Condicion. Calcinação Mistura ETB Condicion. Calcinação Mistura
Volume (mL) 400 400 200 1000 Volume (mL) 300 300 400 1000
Alcalinidade 111 71.2 18.9 74.5 Alcalinidade 122 65.4 20.0 62.7
pH 7.23 8.00 8.57 7.63 pH 7.28 7.89 8.66 7.67
Turbidez 3.84 140 1.71 54.8 Turbidez 5.29 137 1.82 45.0
Condutividade 3167 900 67.4 1913 Condutividade 3274 902 74.2 1329
ETB Condicion. Calcinação Mistura ETB Condicion. Calcinação Mistura
Volume (mL) 500 100 400 1000 Volume (mL) 700 200 100 1000
Alcalinidade 120 66.7 20.0 63.1 Alcalinidade 145 66.1 18.7 113
pH 7.26 7.92 8.62 7.47 pH 7.48 8.11 8.52 7.71
Turbidez 8.88 137 1.56 18.7 Turbidez 3.25 125 1.71 29.9
Condutividade 2491 810 75.6 1991 Condutividade 3048 898 73.8 2272
ETB Condicion. Calcinação Mistura ETB Condicion. Calcinação Mistura
Volume (mL) 700 100 200 1000 Volume (mL) 100 200 700 1000
Alcalinidade 134 48.6 17.6 96.8 Alcalinidade 109 56.5 18.4 36.2
pH 7.30 8.02 7.21 7.34 pH 7.26 8.03 8.52 7.80
Turbidez 17.5 102 1.60 13.7 Turbidez 5.6 115 2.17 22.6
Condutividade 3081 656 67.2 2278 Condutividade 3030 784 71.1 533
* Cond. (03/07): Ponto de coleta paralizado
05/jul
10/jul
13/jul
06/jul
11/jul
02/jul 03/jul
04/jul
09/jul
12/jul
117
APÊNDICE B - ESTRUTURAÇÃO DO MODELO MATEMÁTICO NO
MAT LAB E RESULTADOS
FUNÇÃO OBJETIVO
function f = funcaoObjetivo(V)
f = -(V(1) + V(2) + V(3));
RESTRIÇÕES
function [c, ceq] = restricoes(V)
% Nonlinear inequality constraints
% A - Calcinaçao
% B - Condicionamento
% C - ETB
% Taxa de Cloreto
CA1 = 4.88; % Concentraçao de Cloreto na Calcinaçao
CB1 = 117; % Concentraçao de Cloreto no Condicionamento
CC1 = 30; % Concentraçao de Cloreto na ETB
LI1 = 0; % Limite inferior
LS1 = 50; % Liimte superior
% Taxa de solidos em suspensao
CA2 = 124;
CB2 = 40.5;
CC2 = 5;
LI2 = 0;
LS2 = 300;
% Demanda quimica de oxigenio
CA3 = 0;
CB3 = 44.8;
CC3 = 0;
LI3 = 0;
LS3 = 30;
% Taxa de óleos e graxas
CA4 = 5;
CB4 = 5;
CC4 = 0;
LI4 = 0;
LS4 = 5;
118
% Taxa de sílica
CA5 = 6.69;
CB5 = 21.6;
CC5 = 0;
LI5 = 0;
LS5 = 10;
% Dureza
CA6 = 24;
CB6 = 0;
CC6 = 10;
LI6 = 0;
LS6 = 30;
% Taxa de fosfato
CA7 = 0.5;
CB7 = 10.3;
CC7 = 0;
LI7 = 0;
LS7 = 12;
% Taxa de amonia
CA8 = 0;
CB8 = 0;
CC8 = 0;
LI8 = 0;
LS8 = 1;
% Turbidez
CA9 = 3.87;
CB9 = 83.5;
CC9 = 7.05;
LI9 = 0;
LS9 = 400;
% Limites (litros/h)
LVA = 20*1000;
LVB = 100*1000;
LVC = 80*1000;
c = [-((CA1*V(1) + CB1*V(2) + CC1*V(3))/(V(1) + V(2) + V(3))) + LI1; ((CA1*V(1) +
CB1*V(2) + CC1*V(3))/(V(1) + V(2) + V(3))) - LS1;...
-((CA2*V(1) + CB2*V(2) + CC2*V(3))/(V(1) + V(2) + V(3))) + LI2; ((CA2*V(1) +
CB2*V(2) + CC2*V(3))/(V(1) + V(2) + V(3))) - LS2;...
119
-((CA3*V(1) + CB3*V(2) + CC3*V(3))/(V(1) + V(2) + V(3))) + LI3; ((CA3*V(1) +
CB3*V(2) + CC3*V(3))/(V(1) + V(2) + V(3))) - LS3;...
-((CA4*V(1) + CB4*V(2) + CC4*V(3))/(V(1) + V(2) + V(3))) + LI4; ((CA4*V(1) +
CB4*V(2) + CC4*V(3))/(V(1) + V(2) + V(3))) - LS4;...
-((CA5*V(1) + CB5*V(2) + CC5*V(3))/(V(1) + V(2) + V(3))) + LI5; ((CA5*V(1) +
CB5*V(2) + CC5*V(3))/(V(1) + V(2) + V(3))) - LS5;...
-((CA6*V(1) + CB6*V(2) + CC6*V(3))/(V(1) + V(2) + V(3))) + LI6; ((CA6*V(1) +
CB6*V(2) + CC6*V(3))/(V(1) + V(2) + V(3))) - LS6;...
-((CA7*V(1) + CB7*V(2) + CC7*V(3))/(V(1) + V(2) + V(3))) + LI7; ((CA7*V(1) +
CB7*V(2) + CC7*V(3))/(V(1) + V(2) + V(3))) - LS7;...
-((CA8*V(1) + CB8*V(2) + CC8*V(3))/(V(1) + V(2) + V(3))) + LI8; ((CA8*V(1) +
CB8*V(2) + CC8*V(3))/(V(1) + V(2) + V(3))) - LS8;...
-((CA9*V(1) + CB9*V(2) + CC9*V(3))/(V(1) + V(2) + V(3))) + LI9; ((CA9*V(1) +
CB9*V(2) + CC9*V(3))/(V(1) + V(2) + V(3))) - LS9;...
V(1) - LVA; V(2) - LVB; V(3) - LVC;
-V(1); -V(2); -V(3);
3.316459 + 0.000034*(CA9*V(1)) + 0.000009*(CB9*V(2)) - 400;];
% Nonlinear equality constraints
ceq = [];
RESULTADO DO MODELO
V(1) = 2.0000
V(2) = 3.7349
V(3) = 8.0000
V = 1.0e+004 * ( 2.0000 + 3.7349 + 8.0000 )
fval = -1.3735e+005
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