aplicação de wetlands a uma região rural de minas gerais

8/16/2019 Aplicação de Wetlands a uma região rural de Minas Gerais

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PROJETO DESTINADO AO

TRATAMENTO DE EFLUENTES

DOMÉSTICOS DE UMA

POPULAÇÃO RURAL

WETLANDS PARA

TRATAMENTO DE

ESGOTOS Projeto aplicado ao vilarejo de

Trindade MG

Breno Rolindo Lara Moreira


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SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 1

1.1. Cenário Atual ......................................................................................................... 1

1.2. Água e esgotamento sanitário ................................................................................ 2

1.3. Problematização e concepção ................................................................................ 4

2. OBJETIVOS.............................................................................................................. 6

3. METODOLOGIA ..................................................................................................... 7

3.1. Histórico das wetlands ........................................................................................... 7

3.2. Classificações da wetlands .................................................................................... 7

3.3. Composição das wetlands ...................................................................................... 8

3.4. Modelagem dos parâmetros ................................................................................. 10

3.5. Modelagem da WSH ........................................................................................... 13

4. OPERAÇÃO DO PROJETO .................................................................................. 18

5. CRONOGRAMA .................................................................................................... 20

6. CONCLUSÃO ........................................................................................................ 21

7. BIBLIOGRAFIA ..................................................................................................... 22


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1. INTRODUÇÃO

1.1. Cenário atual

Segundo a Agência Nacional de Águas (ANA), em seu encarte especial, denominado

Crise Hídrica (2014), desde de 2012 constata-se uma gradativa e intensa redução nos

índices pluviométricos em determinadas regiões do Brasil, principalmente nas regiões

metropolitanas mais populosas e com maior demanda hídrica. Adicionalmente aos fatores

naturais, sendo eles resultados de uma ação antrópica ou não, pode se levantar outros

fatores diretamente relacionados à gestão pública dos recursos hídricos, como um

esperado descompasso entre a demanda e a garantia de oferta do serviço.

Somente na região sudeste, o ano de 2014 se destacou por uma seca extrema, com

probabilidades de ocorrência inferior a 1%1, conforme confirma o próprio relatório da

ANA (2014). Os períodos normalmente chuvosos - Janeiro, Fevereiro e Março -, desde

de 2012, vem apresentando uma maior criticidade em toda região. Apenas na região de

cabeceira da bacia do rio São Francisco, onde se destaca a área de contribuição da UHE

Três Marias verificou-se em 2014 que em todas as estações as chuvas estão bem abaixo

da média, sendo que em 8 de 27 estações com no mínimo 50 anos sem falha no histórico,

a chuva desse ano figurou entre as três piores secas já registradas. Esse comportamento é

ilustrado na Figura 01:

Figura 1 - Criticidade de chuvas na região sudeste entre os períodos de 2012 e 2014Fonte: ANA (2014), Crise Hídrica, Conjuntura dos Recursos Hídricos, página 10

Nesse contexto, dado ao péssimo cenário enfrentado pelo país e pela região sudeste em

especial, mais do que nunca é importante se fomentar e aprimorar técnicas de reuso da

água, redução do desperdício pelos diferentes setores usuários - irrigação, indústria,

1 A probabilidade de ocorrência é calculada avaliando-se uma série histórica de 100 anos, de forma que seespera que a cada 100 anos se verifique a nova aparição de um evento dessa magnitude.


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distribuição e consumo residencial -, além da implementação de ações de conservação de

mananciais. De forma complementar, a fim de garantir maior capacidade de reservação e

de acesso à água a população de forma geral, é imprescindível o investimento em estrutura

aliada a uma sólida legislação e fiscalização ambiental.

1.2. Água e esgotamento sanitário

Frente a crise que enfrentamos, o saneamento ambiental passa a ocupar lugar prioritário

nas preocupações que tangem a qualidade e oferta de água disponível para a população.

Atualmente, conforme levantado pelo estudo Benefícios Econômicos da Expansão do

Saneamento (2014), realizado pela TrataBrasil em conjunto com o Conselho Empresarial

Brasileiro para Desenvolvimento Sustentável (CEBDS), o maior desafio perante a

qualidade de água dos nossos mananciais é o despejo de esgoto bruto – aquele sem

tratamento prévio algum – direto nos corpos d’água. O especialista e referência nacional

na área, o engenheiro sanitarista Marcos Von Sperling2 alerta que o não tratamento das

águas residuárias de forma geral acarreta diversas consequências inclusive para a saúde

da população: “Nos dejetos há diversos organismos patogênicos, como bactérias, vírus,

protozoários e vermes, que causam uma série de doenças”3.

É importante salientar que a deterioração da qualidade de água está diretamente atrelada

ao custo de tratamento da mesma. A menor disponibilização de recursos hídricos acaba por agravar o problema, pois tende a concentrar de forma mais aguda aqueles poluentes

lançados nos corpos d’água4. O resultado são estações de tratamento de água (ETAs)

atuando além da capacidade de operação e, consequentemente, não atingindo limites de

portabilidade regidos por lei5. As altas eficiências demandadas das estações nesse quadro

apenas são atingidas frente a grandes quantidades de investimento que, quando

realizados, tramitam por muitos anos desde a licitação e o início de operação do projeto.

2 Marcos Von Sperling é professor doutor titular da Universidade Federal de Minas Gerais peloDepartamento de Engenharia Sanitária e Ambiental e pesquisador do CNPQ, possuindo extensa bibliografiasobre a área, incluindo diversos livros, artigos e orientações de trabalhos. O Currículo Lattes do mesmo

pode ser consultado em http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4781014A03 A entrevista é parte de uma reportagem realizada pelo Portal Terra, “As principais ameaças à qualidadede água no Brasil”, publicada em 22 de Março de 2014, podendo ser encontrada em

http://noticias.terra.com.br/ciencia/as-principais-ameacas-a-qualidade-da-agua-no- brasil,178025e12f4e4410VgnCLD2000000dc6eb0aRCRD.html4 A própria sazonalidade de precipitações ao longo ano produz esse efeito na qualidade da água recebidanas estações de tratamento de água.

5 Os padrões de portabilidade da água para consumo humano são especificados pela Portaria do Ministérioda Saúde, número 2914, publicada em 12 de Dezembro de 2011. A portaria completa pode ser consultadaem http://www.comitepcj.sp.gov.br/download/Portaria_MS_2914-11.pdf.


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Nesse interim, a população passa a receber uma água de pouca qualidade enquanto os

mananciais se deterioram continuamente.

Nesse processo, a proteção do manancial - seja ele de abastecimento humano ou não - se

mostra financeiramente mais viável que o tratamento deste para oferta a população.

Conforme demonstra o trabalho de BASSI (2012), apenas por meio de práticas melhores

de manejo do solo, visando controlar a erosão próxima ao corpo de água que abastecia a

cidade de Chepecóó/SC, houve uma diminuição em 69% de sólidos suspensos nos rios e

economia mensal de US$ 2445 - redução de 50% no custo mensal de tratamento da água

- da cidade por menor uso de químicos visando processos de floculação e correção de

acidez da água bruta.

Sob essa luz, a TrataBrasil construiu o gráfico presente na Figura 02, demonstrando o

número de moradias no Brasil com e sem acesso a esgotamento sanitário. Embora haja

um crescimento do número de residências com coleta de esgoto, mais de 20 milhões de

brasileiros ainda permanecem sem esse atendimento. Cabe salientar inclusive que a

captação do esgoto doméstico não resulta necessariamente em seu tratamento.

Figura 2 - Relação entre moradias com acesso e sem a coleta de esgoto em milhõesFonte: TrataBrasil (2014), Benefícios Econômicos da Expansão do Saneamento, pg 10

Segundo o relatório de 2014 do Diagnóstico dos Serviços de Água em Esgotos referente

a 2013 do Sistema Nacional de Informações Sobre Saneamento (SNIS), em Minas Gerais,

apenas 32,76% do esgoto gerado é tratado. A parcela restante, 67,24%, é emitido de forma

direta em rios, lagos, lagoas ou mesmo infiltrado no solo por meio das fossas negras. Os


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grandes centros urbanos se destacam pela estrutura quando comparado as zonas rurais do

estado - Tabela 01 -, já que o custo de implementação de coleta e tratamento pleno muitas

vezes não se justifica para pequenas populações rurais devido a inviabilidade de cobrança

de tarifa para tal. As próprias estações de tratamento de esgotos (ETEs), quando existentes

nessas regiões, possuem grande dificuldade para obtenção de mão de obra qualificada

para sua operação tanto quanto constantemente apresentam problemas de projetos e usos

de técnicas muitas vezes inviáveis ou contraindicadas para a realidade local.

Tabela 1- Relação de esgoto coletado pelo tipo de população em Minas Gerais

Tipo População Pop. Atendida por Esgoto Pop. Atendida por Esgoto

hab hab %

Total 20.185.874 14.999.938 74,31

Urbana 17.322.794 14.701.994 84,87

Rural 2.863.080 297.944 10,41

Fonte: Adaptado pelo autor dos dados disponibilizados pelo SNIS em Diagnóstico dos Serviços de Água e Esgoto de 2014

Os dados do SNIS (2014) evidenciam a diferença explícita entre a porcentagem de coleta

de esgoto na zona rural e urbana. A resolução dessa diferença e o atendimento total de

todos, demandaria um investimento total de cerca de 37 bilhões de reais em 2013 -

correspondente a 9,5% do PIB total do país no mesmo ano -, sem incluir o tratamento do

mesmo de acordo o estudo da TrataBrasil. Portanto, soluções que enfoquem no tratamento

de esgotos de pequenas comunidades rurais são de grande importância, dado o custo de

captação e tratamento desses locais.

1.3. Problematização e concepção

O quadro até agora construído no presente trabalho buscou apontar a importância e a

necessidade de soluções que visem a coleta e tratamento do esgoto proveniente de zonas

rurais. Pela dificuldade de obtenção de recursos, gestão precária das prefeituras e pouca

atratividade para modelos mistos de implementação de Companhias de Saneamento, agrande parcela da população rural despeja seus resíduos de forma direta nos corpos

d’água. Ao contrário das áreas urbanas, onde o espaço é escasso e muitas vezes de alto

custo devido à especulação imobiliária, o campo geralmente possui grandes áreas

disponíveis para a implementação de projetos de baixo custo, faltando muitas vezes

apenas vontade política e conhecimento técnico para a sua aplicação.

Nesse contexto, apesar do autor ter vivido toda sua vida em Belo Horizonte, este buscou

adotar uma solução para áreas mais precárias e com menor estrutura. Para tanto, escolheuo pequeno vilarejo de Trindade, cidade onde seu avô nasceu, pertencente ao pequeno


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deve também ser de baixo custo, dado o tamanho do vilarejo, como ser de fácil manejo,

concepção e manutenção de sua operação. Levando em conta esses fatores, optou-se pelo

uso de uma técnica conhecida como sistemas alagados construídos, ou mais comumente

conhecida como wetlands de escoamento horizontal subsuperficial com algumas

alterações visando ainda mais sua simplificação. Esse projeto foi pensado para ser

implementado de forma individual em cada residência, permitindo um tratamento local

do esgoto produzido por uma família média de cerca de 4 pessoas.

2. OBJETIVOS

Conforme previamente ilustrado, os objetivos do presente trabalho abrangem duas

divisões: atender a realidade local de Trindade, buscando respeitar parâmetros como custo

pequeno, baixa complexidade de operação, facilidade de manutenção e segurança do

usuário, e possuir relevância técnica do ponto de vista de permitir o tratamento de forma

simples do esgoto produzido diariamente. Cabe ressaltar que, nesse projeto, não se

buscará o atendimento da legislação específica de emissão de águas residuárias descrita

pela Resolução do Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA) 430 de 13 de Maio

de 20116, uma vez que, para tal, se demandaria um projeto de maior complexidade, custo

e uma concepção completa de projeto em si.

Dessa forma, os objetivos são:1. Atender a realidade local:

1.1. Possuir custo baixo

1.2. Visar pouca complexidade de implementação e operação

1.3. Permitir fácil manutenção

1.4. Garantir segurança do usuário

2. Relevância técnica:

2.1.

Reduzir da forma relevante a concentração orgânica do efluente (acima de60%)

Como objetivo do trabalho em si, de forma geral, almeja-se demonstrar que soluções de

critério técnico existem para a solução dos problemas da qualidade de água dos

mananciais brasileiros. Necessita-se apenas investimento e interesse por parte do Estado

e Prefeituras na realização destes.

6 A CONAMA 430/2011 dispõe sobre condições, parâmetros, padrões e diretrizes para gestão dolançamento de efluentes em corpos de água receptores. Pode ser consultada emhttp://www.mma.gov.br/port/conama/res/res11/propresol_lanceflue_30e31mar11.pdf.


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3. METODOLOGIA

3.1. Histórico das wetlands

A tecnologia de tratamento de águas residuárias denominadas wetlands surgiu na

Alemanha por Käthe Seidel do Instituto Max Planck em meados da década de 50 com

objetivo da remoção de fenóis e redução da carga orgânica de efluentes de uma indústria

de laticínio. Apenas em 1980 se deu início as primeiras pesquisas no uso desse sistema

para controle de poluição no Brasil, sendo conduzidas por pelos pesquisadores Salati e

Rodrigues (SALATI JR.; SALATI; SALATI, 1999). Conte et al. (1992) aplicaram a

tecnologia por eles definida como processo fitopedológico no tratamento de águas

residuárias no meio rural.

Contudo, as experiências brasileiras se intensificaram a partir do ano 2000, com

aplicações de sistemas wetlands construídos para o tratamento de diferentes águas

residuárias, distribuídas ao longo de todo o território nacional, sob diferentes formas e

arranjos, com diferentes materiais filtrantes e macrófitas empregadas. Em especial, a

Universidade Federal de Minas Gerais, por meio do Departamento de Engenharia

Sanitária e Ambiental, possui uma parceria com a COPASA para a condução do Centro

de Pesquisa e Treinamento em Saneamento (CePTS)7, onde possui dois leitos de wetlands

para condução de pesquisas.

3.2. Classificações da wetlands

As wetlands são classificadas em dois grandes grupos de acordo com o seu tipo de

escoamento (SEZERINO, et al, 2015):

1. Escoamento superficial

2. Escoamento subsuperficial

No escoamento superficial, o esgoto escoa de forma visível na unidade, podendo

ocasionar problemas com mosquitos, maus odores e possibilitar o contato direto do

operador ou usuário com o sistema. Evitando isso, no presente estudo iremos focar na

segunda classificação, escoamento subsuperficial, no qual a água residuária não se fica

7 O CePTS iniciou seu funcionamento em 2002, antes chamado ETE Experimental UFMG/COPASA, e seexpandiu com a captação de diversos recursos para pesquisa. Localizada junto a Estação de Tratamento deEsgotos do Ribeirão Arruda, hoje figura como um dos principais centros de pesquisas e treinamento da

América Latina, abrangendo diversas unidades experimentais de tratamento de esgotos, unidades de apoioe controle e mini redes de abastecimento de água, coleta de esgoto e drenagem pluvial. Mais sobre o Centro pode ser consultado em http://desa.ufmg.br/docs/livreto_CePTS.pdf .


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visível no sistema, visando atender a critérios de segurança e buscando aquela solução

que mais fácil atenda aos objetivos levantados nos capítulos anteriores.

Adicionalmente, existe uma outra classificação relevante das wetlands quanto à direção

do fluxo do esgoto afluente:

1. Escoamento horizontal

2. Escoamento vertical

3. Escoamento misto

Priorizando a eficiência do sistema, optou-se pelo projeto de escoamento horizontal. A

Figura 04 apresenta um resumo de todas as classificações comuns encontradas na

literatura:

Figura 4 - Classificação de wetlands Fonte: SEZERINO, et al, Experiências brasileiras com wetlands construídos aplicados ao tratamento de águas residuárias:

parâmetros de projetos para sistemas horizontais (2015)

3.3. Composição das wetlands

A ideia da wetland subsuperficial horizontal (WSH) é algo bem simples. A composição

da unidade é a de um leito impermeabilizado de profundidade fixa preenchido por um

material suporte - também conhecido como material drenante, podendo ser brita, areia,

solo ou algum tipo de resíduo apto para tal -, onde de um lado entra esgoto bruto - ou

previamente tratado - e do outro lado este sai após o processo. Sobre o material suporte,

pode ser plantado diversas espécies de plantas - em geral macrófitas8 - para auxiliar no

tratamento, ou mesmo servir como função paisagística, a exemplo do papiro e copo de

leite. A profundidade então do leito irá depender da altura das raízes da cultura desejada,

tanto quanto da vazão de esgoto a ser tratada, de modo que o material suporte sempre

8 As macrófitas aquáticas são plantas aquáticas que vivem em brejos até ambientes verdadeiramenteaquáticos (incluindo os corpos de água doce, salobra e salgada). São utilizadas devido a sua adaptabilidadeao ambiente, uma vez que as wetlands são “brejos” artificiais.


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cubra a lâmina de efluente, tornando o esgoto não visível. A Figura 05 mostra um corte

lateral em uma unidade WSH:

Figura 5 - Corte lateral em um WSHFonte: ARM GROUP LTD, disponível em www.armgroupltd.couk

Conforme descrito, o afluente é inserido por meio de uma canaleta de distribuição -

visando uma melhor distribuição do esgoto na unidade - ao longo da largura do sistema e

este encontra primeiramente uma material de granulometria9 maior, geralmente cascalho,

- em cinza no desenho - para, em fluxo horizontal, adentrar o meio suporte ou drenante -

ilustrado em marrom. Após o esgoto percorre todo o comprimento do sistema, este é

captado por uma canaleta semelhante à de início e guiado para fora da unidade.

Basicamente, durante o processo, o esgoto sofre metabolização dos microrganismos

aeróbios presentes no meio e tem parte da sua matéria orgânica consumida no processo.

É importante ressaltar também que a altura da lâmina de água residuária não pode

ultrapassar a altura do meio suporte, conforme ilustra a Figura 06 do CePTS, no qual não

se vê o esgoto:

9 Proveniente da geologia, granulometria é um conceito que exprime a especificação dos diâmetros domaterial que compõe o solo ou os depósitos sedimentares.


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Figura 6 - Uma WSH plantada e outra WSH não plantada em operação no CePTSFonte: Cartilha de apresentação do CePTS

3.4. Modelagem dos parâmetros

Antes de se iniciar a modelagem matemática do cálculo de projeto é importante abranger

algumas informações relevantes que irão elucidar a forma como o problema irá ser

conduzida no decorrer do capítulo.

3.4.1. Água Residuária

O esgoto doméstico contém aproximadamente 99,9% de água. A fração restante inclui

sólidos orgânicos e inorgânicos, suspensos e dissolvidos, bem como microrganismos.

Portanto, é devido a essa fração de 0,1% que há a necessidade de se tratar os esgotos (M,

Von Sperling. 1996). O despejo bruto deste em corpos d’água pode acarretar diversos

problemas ao corpo receptor, como a eutrofização10 do mesmo - um grande exemplo é a

Lagoa da Pampulha - responsável pela grande carga de matéria orgânica e nutrientes,

como P e N. Entretanto, a maior preocupação se dá através do uso da água do corpo

receptor por outras populações, devido a possibilidade da existência de patógenos dos

10 Eutrofização é o processo no qual o excesso de nutrientes como Fósforo e Nitrato induzem umcrescimento descontrolado de algas em um corpo d’água, cobrindo grande parte do espelho d’água domesmo. Com isso, a baixa luminosidade que adentra nas camadas inferiores impede a ocorrência de

fotossíntese abaixo da lâmina de água, ocasionando queda significativa de oxigênio dissolvido e amortandade de peixes e outros seres. Com o passar do tempo, apenas reações anaeróbicas passam a vigorarno ambiente, tornando aquele corpo d’água inutilizável para diversos usos.


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mais diferentes tipos. Diversas doenças possuem veiculação hídrica, como Amebíase,

Giardíase, Criptosporidíase, Cólera, Hepatite Infecciosa, Verminoses e outras tantas.

A caracterização das águas residuárias abrangem diversos parâmetros, entretanto, dado o

alcance do projeto, irá se focar nas duas propostas apresentadas no capítulo acerca do

objetivo: redução de matéria orgânica e sólidos suspensos no efluente.

A Figura 07 esclarece as classificações dos parâmetros Sólidos Totais e Matéria Orgânica

das águas residuárias:

Figura 7 - Descrição dos parâmetros Sólidos Totais e Matéria Orgânica em águas residuáriasFonte: M, Von Sperling, Introdução a qualidade das águas e ao tratamento de esgotos, pg 86

3.4.2. Matéria Orgânica

A matéria orgânica (MO) presente nos esgotos é uma característica de suma importância,

pois é o principal problema para os corpos d’água. O oxigênio consumido pelos processos

metabólicos para uso e estabilização da matéria orgânica resultam no decaimento

acentuado de oxigênio dissolvido no corpo receptor. A ausência de oxigênio leva o

ambiente a uma condição anaeróbica, dando lugar a proliferação de bactérias que, em seu

processo de metabolismo, podem liberar enxofre, afetando a qualidade já precária da

água.

Dado a difícil medição da MO, devido as inúmeras formas em que a matéria orgânica

pode se apresentar, utiliza-se uma medida indireta da sua concentração, a DBO5,


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comumente referida como DBO apenas. A ideia é medir o potencial poluidor de um

efluente por meio do consumo de oxigênio em um determinado tempo fixo - no caso,

cinco dias - que este ocasionaria em um corpo receptor.

No caso da matéria orgânica em específico, o seu decaimento ao longo do tempo é

modelado pela equação cinética de primeira ordem para reatores de fluxo do tipo pistão

(RFP)11 - modelo utilizado neste projeto - e seu comportamento pode ser avaliado na

Figura 08, no qual com o passar do tempo a concentração de MO presente na mistura

diminui.

Figura 8 - Comportamento do consumo de matéria orgânica pelo tempoFonte: Adaptado pelo autor

Pode se verificar que quão maior for a concentração, maior é a taxa de decaimento de MO

ao passar do tempo, sendo que, próximo ao fim da curva, quase não há remoção de matéria

orgânica. Dessa forma, quão maior for a concentração inicial, maior será seu decaimento,

favorecendo sistemas no qual a injeção de esgoto é bastante concentrada ao longo da sua

entrada. Esse comportamento é a lógica por trás da escolha de uma largura menor que o

comprimento da wetland , conforme demonstram a Figura 05 e 06.

3.4.3. Carga Per Capita

O conceito de carga per capita é importante para a modelagem do projeto, de modo que

este será definido como a contribuição de cada indivíduo (expresso em termos de massa

de poluente) por unidade de tempo. Assim, dizer que a contribuição per capita de DBO é

de 54 g/hab.d, equivale a dizer que cada indivíduo contribui em média por dia com 54

11 O modelo de reatores de fluxo do tipo pistão descreve o desenvolvimento de reações químicas ao longo

do reator, de modo que características como diâmetro e vazão permanecem constantes. Embora esses parâmetros se mantenham, a concentração do afluente se altera com o decorrer do movimento axial dofluido.


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gramas de DBO (M, Von Sperling. 1996). Dessa forma, a carga total recebida em um

sistema pode ser dada pela equação:

= çã ∗ Ou pela mesma equação rearranjada de forma distinta:

= çã ∗ ã Na impossibilidade de se utilizar de testes de laboratório para medição da DBO5 média

do esgoto da população de Trindade, utilizou-se o valor médio da literatura (50 mg/L

DBO), conforme o livro Introdução a qualidade das águas e ao tratamento de esgotos,

Introdução a qualidade das águas e ao tratamento de esgotos (M, Von Sperling. 1996).

Dessa forma, a carga média de uma família de 4 habitantes (carga4) poderia ser calculada

da seguinte forma:

= çã ∗ = 4 ℎ ∗ 50 ℎ.

=200 3.4.4. Vazão

A vazão do projeto (Q p) pode ser obtida pela equação de carga que relaciona concentração

e vazão. Adotando-se valores médios de concentração de 300 mg/L (M, Von Sperling.

1996), pode se rearranjar a equação da seguinte forma:

ã = çã

ã = 200.000 /300 /

ã =666,667 Ou um equivalente de Q p de 0,667 m³/dia

3.5. Modelagem da WSH

Inicialmente, é necessário retornar a modelagem da equação cinética de primeira ordem

a fim de se avaliar o seu comportamento de forma mais aprofundada. A Equação 1 que

determina a concentração de matéria orgânica por tempo (CONLEY; DICK; LIOW,

1991) é:

= ∗


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Onde:

Ce: concentração efluente em termos de DBO5 (mg/L)

Co: concentração afluente em termos de DBO5 (mg/L)

K: constante de reação da cinética de primeira ordem, dependente da temperatura T (d-1)

t: tempo de retenção hidráulico (d)

Já o tempo de detenção hidráulico (t) pode ser entendido como o tempo que uma molécula

do fluído gastará desde sua entrada até sua saída da unidade. É função da porosidade do

meio drenante (n) escolhido para a wetland , do volume do sistema (V) e da vazão alvo de

tratamento (Q), de modo que a Equação 2 determina:

= ∗ ()

Sendo cada variável dada em:

n: adimensional ou m³/m³

V: m³

Q: m³/dia

Por fim, a constante K destacada na Equação 1, pode ser obtida através de equações

empíricas que relacionam a constante de reação a 20ºC (K 20) com a equação modificada

de van’t Hoff -Arrhenius - Equação 3 - (WATER POLLUTION CONTROL

FEDERATION, 1990). O uso dessa equação se justifica pelo fato de que os valores de Kmedidos inicialmente se davam para a temperatura de 20 graus, condição imprópria para

o Brasil, país de clima tropical, demandando correção.

= 1,06− Onde:

K: constante de reação da cinética de primeira ordem, dependente da temperatura T (d-1)

K 20: constante de reação a 20ºC (d-1)

T: temperatura do fluido (ºC)Grandezas para K 20 variando de 0,21 a 2,92 d-1 foram reportadas (CONLEY; DICK;

LIOW, 1991). Reed, Middlebrooks e Crites (1988) destacam em seus estudos uma faixa

de aplicação para K variando de 0,8 a 1,1 d-1. Conley, Dick e Liow (1991) argumentam

que mais de dez sistemas tipo root zone empregados na Europa utilizaram valores para

K 20 em média de 0,70 ± 0,23 d-1 (SEZERINO, et al, 2015). Para o presente estudo, adotou-

se K 20 de 0.6, valor tímido quando comparado aos demais apresentados. Dessa forma,

atua-se no intuito de se aumentar as chances de superdimensionamento do projeto,


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evitando os riscos de subdimensionamento e não resolução dos problemas levantados na

região.

Logo:

= 1,06−

= 0,61,06 − = 0,674

Para a escolha do tempo de detenção hidráulica médio (t), utilizou-se o levantamento

realizado por Sezerino, et al, acerca da bibliografia brasileira. A Figura 09 demonstra que,

apesar de não haver um consenso entre os tempos praticados e muito menos uma norma

para tal, a grande maioria dos autores (54%) adotou de 1 a 3 dias de detenção hidráulica.

Para o presente trabalho, optou-se por utilizar 1,8 dias de t. É importante salientar que o

tempo de detenção está diretamente relacionado a qualidade do efluente final, já que um

dos parâmetros da Equação 01 - Decaimento de MO - é o próprio t, entretanto quanto

maior o valor do mesmo, maior será o volume demandado pera o projeto e,

consequentemente, a área para tal.

Figura 9 - Tempo de detenção hidráulica verificados na bibliografia em porcentagemFonte: SEZERINO, et al, Experiências brasileiras com wetlands construídos aplicados ao tratamento de águas residuárias:

parâmetros de projetos para sistemas horizontais (2015)

Coma escolha do tempo de detenção hidráulico e a correção de K, pode se retornar à

Equação 1 para o cálculo da concentração da matéria orgânico ao fim do tratamento.

Segundo o capítulo de Objetivos desse trabalho, o projeto visa a retirada de mais de 60%

da MO afluente. Para tanto, verifica-se se o valor de t (1,8 dias) escolhido juntamente

com a constante K (0,674) calculada será suficiente para o alcance da eficiência de 60%:

= ∗


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Rearranjando a equação em função da concentração final (Ce):

= ∗ ∗ = 0,674∗1,8 ∗300

=89,17 Verificando-se a eficiência do tratamento pela Equação 04:

ê=1

ê=1 89,17300 ê = 0,702

Pode se constatar uma eficiência de 70,2% para o tempo de detenção de 1,8 dia. Valorsuperior ao objetivo fixada no início do projeto. Adicionalmente, o valor verificado se

encontra pertinente em relação a bibliografia, conforme apresentado em tabela para a

eficiência das WSH existentes na CePTS (M, Von Sperling, 2015).

Tabela 2- Eficiências relativas a WSH existentes na CePTS quanto a remoção de DBO

Fonte: CePTS (2015), Tabela de eficiência para três anos de operação do sistema. Adaptado pelo Autor

Comparando-se os resultados para DBO5 entre o sistema proposto e o já existente no

CePTS, verificam-se valores próximos de atuação. O valor calculado no presente trabalhode 70,2% está na faixa de 70% a 72% obtida no Centro.

A escolha do material filtrante e a obtenção do valor da porosidade (n) para o cálculo do

volume total da unidade foram realizados de forma semelhante ao tempo de detenção.

Escolheu-se a brita como material pelo seu custo relativamente barato e facilidade de

manuseio. Além disso, o próprio CePTS utiliza em suas wetlands esse material,

reportando um valor médio de porosidade da ordem de 0,4. Para que esses valores sejam

atingidos, é necessário que a granulometria da Brita adquirida seja constante. Valores


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variados acabam por favorecer a colmatação12 do sistema. Sabe-se que durante a operação

o valor de porosidade tende a variar em relação a distância dos pontos de alimentação -

quão mais perto, menor o valor de n se torna com o tempo -, devido ao carreamento de

partículas e o entupimento de algumas passagens do meio filtrante. Dessa forma, para o

cálculo do volume da WSH, irá se adotar um valor médio ao longo do reator de nreal de

0,35.

Nesse contexto, com os valores de Q, n e t, calculamos o volume (V) da WSH pela

seguinte equação 2 rearranjada:

= ∗

= 1,8 ∗

0,667 /

0,35

= 3,43 ³ Sabendo o volume final do reator, deve se calcular as dimensões do mesmo, buscando

atender algumas regras previamente descritas. Por meio do comportamento da eficiência

de remoção de matéria orgânica - Equação 1 -, pode se verificar que estruturas em

formatos retangulares, ao invés de quadrados, possuem a vantagem de garantir uma maior

concentração de MO no início do sistema, permitindo uma maior taxa de decaimento.

Dessa forma, o projeto buscará atender a uma relação de largura (B) e comprimento (L)maior que 2. A escolha da profundidade útil (H) do projeto seguiu valores da literatura.

Sezerino, et al, (2015) constata valores de até 1,5 metros de profundidade de lâmina,

entretanto recomenda-se 0,5 e 0,6 metros. Para o estudo desenvolvido, adotou-se uma

profundidade útil de 0,6 metros, com uma profundidade total (HT) de 0,75 metros, e altura

do meio suporte (Hs) de 0,7 metros, de modo que haja um espaçamento de 0,1 metro entre

a lâmina de esgoto e o fim do meio drenante, tanto quanto outro espaçamento de 0,05

metro entre o material e a borda da unidade.

Tabela 3 - Dimensões da WSH

Dimensões WSH

Vcalc (m³) 3,43

B (m) 1,5

L (m) 4,0

H (m) 0,6

Vfinal (m³) 3,6Fonte: Produzido pelo autor

12 Colmatação é o processo de entupimento dos espaços vazios de um meio poroso por entrada de materialfino por condução de água. É um processo bastante relevante na Geotecnia e na Engenharia Sanitária.


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Por fim, Sezerino, et al (2015) aborda o conceito de Taxa de Aplicação Hidráulica (TAH)

para as wetlands, como sendo a proporção de volume aplicado (vazão) por área superficial

de reator, recomendando adotar valores entre 0,1 m³/m².dia e 0,3 m³/m².dia. Para essa

verificação, define-se a Equação 05:

= ãá

= 0,667 /

1,5 ∗ 4,0 =0,106

.

4. OPERAÇÃO DO PROJETO

O projeto foi pensado de modo a ser de fácil implementação e simples operação e

manutenção. Sistemas de wetlands demandam pouca interferência para controle ao longo

de sua operação, entretanto deve se atentar a possibilidade de colmatação do sistema,

podendo demandar a substituição do material de suporte que esteja próximo ao ponto de

alimentação. Dada a largura de 1,5 metros e a altura fixa de 0,7 metros de brita, pode se

pensar na construção do sistema por meio blocos modulares de meio drenante. Tal como

o gabião, pode se confinar um volume de dimensões fixas de materiais e se alimentar a

unidade com blocos prontos. Uma vez desconfiado do processo de colmatação, basta se

trocar apenas os blocos próximos a fonte de alimentação. Tal forma de atuação reduziria

o volume demandado de brita, evitando desperdício, tanto quanto facilitaria a troca de

material. Adicionalmente, o bloco retirado pode ser enviado para laboratório para

pesquisa e avaliação contínua do projeto. Abaixo, a Figura 10, demonstrando o

funcionamento de um gabião e como o mesmo é “encaixado”:


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Figura 10 - Construção por uso de muro de gabiãoFonte: Web, podendo ser consultada em http://img.olx.com.br/images/74/743508017107024.jpg

Dessa forma, o volume (Vs) de suporte utilizado pode ser calculado pelo produto da

largura (B), comprimento (L) e a altura do suporte (Hs) - Equação 06 -:

= ∗ ∗ = 1,8 ∗ 3,5 ∗ 0,7

= 4,2 Ainda que a Figura 05 tenha abordado o uso de diferentes materiais nas entradas e saídas

da alimentação do sistema, a lógica por trás do gabião se aplica tanto a brita como ao

cascalho utilizado. Assim, podemos valorar o volume de cada módulo de brita levando

em conta que cada bloco deve ser pequeno o suficiente para que possa ser removido de

forma fácil e simples. Para tanto, fixando duas linhas de blocos (H b 0,35 m cada) com

uma largura B b de 0,30 m e comprimento L b de 0,50 m, se tem o número de blocos totais

(Nt) pela Equação 07:

=

=

∗ ∗


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= 4,2 ³0,3 ∗ 0,3 ∗ 0,35 = 80

A Figura 11 mostra o projeto como um todo, tanto quanto as dimensões de cada bloco de

material filtrante:

Figura 11 - Vistas do projetoFonte: Produzido pelo autor

5. CRONOGRAMA

O cronograma do projeto depende de diversos fatores. O projeto incialmente foi pensado

para atender uma média de 4 pessoas na própria residência da família, de modo a ser uma

solução de pequeno porte para pequenas comunidades, entretanto pode ser escalonado

para populações maiores, inclusive os 600 habitantes totais de Trindade. Para tal, basta

se estender a área de forma linear em relação a demanda populacional.

Quanto a implementação em si, partindo da hipótese inicial de implementação domiciliar,

alguns passos devem ser tomados a fim que a engenharia do projeto possa ser

concretizada:

1. Identificação de áreas domiciliares em que o projeto possa ser implementado

2. Abertura das valas e impermeabilização do leito

3. Ligação da rede coletora domiciliar a wetland

4. Colocação do meio suporte

5. Início das atividades

Para tanto, cerca de 30 dias seria suficiente para todos os pontos, uma vez que depende

de uma obra de engenharia simples - abertura de valas e impermeabilização - e comprade um material suporte bem comum - brita e cascalho. A maior preocupação reside na


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visita as residências e a identificação das áreas disponíveis e a melhor alocação da WSH

na propriedade.

6. CONCLUSÃO

Esse trabalho busca apresentar uma solução simples, domiciliar e de fácil implementação

que possibilite o tratamento de esgotos no que tange o lançamento de matéria orgânica

em corpos d’água ou mesmo por infiltração no solo em um vilarejo rural. Para tal, foi

adotado o uso de uma técnica de tratamento chamada wetland subsuperficial de

escoamento horizontal e realizado adaptações de projeto na mesma a fim de diminuir sua

escala de atuação, tanto quanto tratar esgoto bruto. Adotou-se uma meta inicial de redução

de poluente de 60%, que conforme calculado, atingiu 70,2%.

Os valores de projeto e eficiência se mostraram de acordo com a literatura e respaldados

por autores respeitados na área, como Marcos Von Sperling e o Pablo Heleno Sezerino.

Adotou-se medidas e valores cautelosos a fim de garantir uma margem de operação para

o sistema, evitando o subdimensionamento do mesmo e uma ruptura da unidade.

Preocupou-se também com a higiene sanitária do tratamento, mantendo o escoamento do

esgoto de modo subsuperficial, ausentando a possibilidade de contato entre o usuário e a

água residuária ali presente.

Por fim, o projeto mostrou que existem soluções para a mitigação de impactos delançamento no meio rural e que, conforme citado, basta apenas vontade política e

conhecimento técnico para sua efetuação.


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7. BIBLIOGRAFIA

AGÊNCIA NACIONAL DE ÁGUAS (ANA). Cr ise Hídr ica : Conjectura de Recursos Hídricos no

Brasil, Informe 2014, 2014, 29 p. BASSI, Lauro. Valuati on of l and use and management impacts on water resour ces in theLajeado São Josémicro-watershed . Chapecó, Santa Catarina State, Brazil. Land-Water

Linkages in Rural Watersheds. Case Study Series. Roma: FAO. Abril 2002. 18 p.

INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA (IBGE), At las de Saneamento , Ministério do Planejamento, Orçamento e Gestão, Rio de Janeiro, 2011, 62 p.

MARCOS, Von Sperling, I ntr odução a qualidade das águas e ao tr atamento de esgotos , 3ºedição, Editora UFMG, Belo Horizonte, 2005, 240 p.

SEZERINO, Pablo Heleno, et al, Exper iênci as brasilei ras com wetlands construídos apli cadosao tr atamento de águas residuárias: parâmetros de projetos para sistemas horizontais , Eng

Sanit Ambient, v.20 n.1, jan/mar 2015, 151-158 pSISTEMA NACIONAL DE INFORMAÇÕES SOBRE SANEAMENTO (SNIS). Diagnóstico dosServiços de Água e Esgotos 2014 , Secretaria Nacional de Saneamento Ambiental, Ministério dasCidades, Brasília, 2014, 57 p.

TRATABRASIL, Benefícios econômicos da expansão do saneamento , Qualidade de Vida, Produtividade e Educação, Valorização Ambiental, Março, 2014, 68 p.

aplicação de wetlands a uma região rural de minas gerais

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