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SANEAMENTO
BÁSICO
UNIVERSIDADE DO SUL DE SANTA CATARINA
Prof. Carlos Roberto Bavaresco
ÍNDICE
1 - GENERALIDADES ......................................................................................... 1
1.1 - Importância da Disciplina na Formação do Engenheiro .............................. 1 1.2 - Conceitos Básicos Relacionados ao Saneamento ........................................ 1
2 - SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA .......................................... 3 2.1- Introdução ..................................................................................................... 3 2.2- Importância Sanitária do Abastecimento de Água ....................................... 3 2.3 - Importância Econômica do Abastecimento de Água ................................... 3 2.4 - Doenças Relacionadas com a Água ............................................................. 3
2.4.1 - Doenças Relacionadas Com a Ingestão de Água Contaminada ........... 4 2.4.2 - Doenças de Transmissão Hídrica ......................................................... 4 2.4.3 - Doenças de Origem Hídrica ................................................................. 4
2.5 - Água na Natureza ........................................................................................ 4 2.5.1 - Ciclo Hidrológico ................................................................................. 5
2.6 - Qualidade da Água ...................................................................................... 5 2.7 – Classificação das Águas.............................................................................. 5
2.7.1 - Água Potável ........................................................................................ 5 2.7.2 - Água Poluída ........................................................................................ 5 2.7.3 - Água Contaminada ............................................................................... 5
2.8 - Características da Água para o Abastecimento ........................................... 6 3 - ELABORAÇÃO DE PROJETO ..................................................................... 9
3.1 - Planejamento de Sistemas de Abastecimento de Água ............................... 9 3.2 - Elementos Básicos para Desenvolvimento de Projetos ............................... 9
4 - ESTIMATIVA DE POPULAÇÃO ................................................................ 10 4.1 - Objetivo ..................................................................................................... 10 4.2 - Métodos de Previsão ................................................................................. 10
4.2.1 - Processo de Extrapolação Gráfica ...................................................... 10 4.2.2 - Processo Aritmético ........................................................................... 10 4.2.3 - Processo Geométrico .......................................................................... 11 4.2.4 - Processo da Curva Logística .............................................................. 11 4.2.5 - População Flutuante ........................................................................... 11 4.2.6 - Norma Casan - Comunidades de Pequeno Porte ................................ 11
4.3 - Distribuição da População ......................................................................... 11 5 - PREVISÃO DE CONSUMO ......................................................................... 12
5.1 - Variações de Consumo .............................................................................. 12 5.1.1 - Variações Diárias ............................................................................... 12 5.1.2 - Variações Horárias ............................................................................. 12
5.1.3 - Volume de Água Necessária ............................................................. 12 5.2 - Consumo de Água para Combate a Incêndio ............................................ 13 5.3 - Captação de Águas Superficiais ............................................................... 13 5.4 - Captação em Rios ..................................................................................... 13
5.4.1 - Exame Prévio das Condições Locais ................................................. 13 5.4.2 - Localização de Tomadas ................................................................... 14 5.4.3 - Partes Constitutivas de Captação em Rio .......................................... 14
6 - ADUÇÃO DE ÁGUA ..................................................................................... 16 6.1- Conceito ..................................................................................................... 16 6.2- Traçado ...................................................................................................... 16 6.3- Classificação .............................................................................................. 16
6.3.1- Quanto a Natureza da Água Aduzida ................................................. 16 6.3.2 - Quanto a Energia para Conduzir a Água ....................................... 16
6 .4 - Dimensionamento das Adutoras .............................................................. 17 6.5 - Peças Especiais e Órgãos Acessórios ....................................................... 20 6.6 - Materiais Empregados em Adutoras ......................................................... 21
7 - RESERVATÓRIOS DE DISTRIBUIÇÃO .................................................. 22 7.1 - Tipos de Reservatórios de Distribuição .................................................... 22
7.1.1 - Quanto à Localização no Sistema ...................................................... 22 7.1.2 - Quanto à Localização no Terreno ...................................................... 22
7.2 - Quanto ao Material de Construção ........................................................... 22 7.3 - Capacidade dos Reservatórios .................................................................. 22 7.4 – Dimensões Econômicas. ......................................................................... 23
8 - REDE DE DISTRIBUIÇÃO ......................................................................... 24 8.1 – Definição .................................................................................................. 24 8.3 - Cálculo da Vazão de Distribuição ............................................................. 24 8.4 - Vazão Especifica ...................................................................................... 24 8.5- Dimensionamento da Rede ........................................................................ 25
8.5.1- Método do Seccionamento Fictício .................................................... 25 8.5.2 - Marcha de Cálculo: ........................................................................... 25
8.6 - Condições para os Sistemas de Distribuição de Água .............................. 27 8.7 - Materiais Empregados .............................................................................. 27
9 - CAPTAÇÃO DE ÁGUAS SUBTERRÂNEAS ............................................ 30 9.1 - Introdução ................................................................................................. 30 9.2 - Estudo dos Aqüíferos ................................................................................ 30 9.3 – Conceitos e Definições das Águas Subterrâneas ...................................... 31 9.4 - Vantagens do Uso de Águas Subterrâneas ................................................ 32 9.5 – Qualidade da Água ................................................................................... 32 9.6 – Hidráulica de Poços ................................................................................. 32 9.7 – Desinfecção .............................................................................................. 33
9.7 1 - Quantidade de Desinfetante a Usar: ................................................... 33 9.7.2 - Técnica de Desinfecção: .................................................................... 33
10 - TRATAMENTO DE ÁGUAS DE ABASTECIMENTO ........................... 34 10.1 - Principais Processos de Tratamento de Água .......................................... 34
10.1.1 - Aeração ............................................................................................ 34 10.1.2 - Coagulação e Floculação.................................................................. 34 10.1.3 - Decantação ....................................................................................... 35 10.1.4 - Filtração ........................................................................................... 35 10.1.5 - Desinfecção ...................................................................................... 37
10.2 – Esquema Geral de uma Estação de Tratamento ...................................... 38 11 - SISTEMAS DE ESGOTOS SANITÁRIOS ................................................ 39
11.1- Introdução ................................................................................................. 39 11.2 - Características das Águas Resíduarias .................................................... 39
11.2.1 - Características Físicas ...................................................................... 39 11.2.2 - Características Químicas .................................................................. 40 11.2.3- Características Biológicas ................................................................. 41
11.3 - Finalidade do Tratamento ........................................................................ 41 11.3.1 - Importância Sanitária ....................................................................... 41 11.3.2 - Importância Econômica ................................................................... 42
11.4 - Soluções Individuais para Destino dos Despejos .................................... 42 11.5 - Fossa Séptica ........................................................................................... 42
11.5.1 - Histórico ........................................................................................... 42 11.5.2 - Conceito ........................................................................................... 43 11.5.3 - Dimensionamento ............................................................................ 43
11.5.3.1 - Volume ..................................................................................... 43 11.5.3.2 - Geometria dos Tanques ............................................................ 44 11.5.3.3 - Medidas Internas Mínimas........................................................ 44
11.5.4 - Disposição do Efluente Líquido dos Tanques Sépticos ................... 45 11.5.5. - Disposição do Efluente Sólido ........................................................ 45 11.5.6 - Eficiência ......................................................................................... 45
11.5.6.1 - Sólidos em Suspensão ............................................................... 45 11.5.6.2 - Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) ............................... 45 11.5.6.3 - Influência de Outras Substâncias .............................................. 45
11.6 - Filtro Anaeróbio ...................................................................................... 46 11.6.1 - Dimensionamento ............................................................................ 46 11.6.2 – Aspectos a Serem Observados na Construção do Filtro Anaeróbio 46
11.7 - Sumidouro ............................................................................................... 48 11.7.1 - Teste de Percolação .......................................................................... 48 11.7.2 - Aspectos a Serem Observados na Construção do Sumidouro .......... 49
11.8 – Vala de Infiltração .................................................................................. 50
11.8.1 - Dimensionamento ............................................................................ 50 11.9 Desinfecção ............................................................................................... 51 11.9 - Tratamento de Esgoto ............................................................................. 51
11.9.1 - Considerações Gerais ...................................................................... 51 11.9.2 - Fases e Graus de Tratamento de Esgotos ........................................ 52
11.9.2 1 - Tratamento Secundário ............................................................ 52 11.9.3 – Lagoas de Estabilização .................................................................. 52
12 - POLUIÇÃO DE RECURSOS HÍDRICOS ................................................ 53 12.1 – Fontes de Poluição ................................................................................. 53 12.2 – Levantamento Sanitário ......................................................................... 54 12.3 – Avaliação de Cargas Poluidoras ............................................................. 54 12.4 – Assimilação de Cargas Poluidoras ......................................................... 54 12.5 - Equação da Mistura ................................................................................ 55 12.6 - Equivalentes Populacionais .................................................................... 55 12.7 – Oxigênio Dissolvido .............................................................................. 55 12.9 – Demanda Química de Oxigênio ............................................................. 55
13 - REDE DE ESGOTO .................................................................................... 56 13.1 - Generalidades ......................................................................................... 56 13.2 - Sistemas de Esgotamentos ...................................................................... 57 13.3 - Hidráulica das Redes de Esgotos ............................................................ 57
13.3.1 - Lâmina Líquida ............................................................................... 57 13.3.2 - Diâmetro Mínimo ............................................................................ 57 13.3.3 – Tensão Trativa () .......................................................................... 57 13.3.4 - Declividade Mínima ........................................................................ 57 13.3.5 - Velocidades Mínimas ...................................................................... 58 13.3.6 – Velocidade Máxima ........................................................................ 58 13.3.5 - Profundidade Mínima e Profundidade mais Conveniente ............. 58 13.3.6 - Simbologia ...................................................................................... 58
13.4 - Previsão de Vazão ................................................................................... 59 13.5 - Relação Água/Esgoto .............................................................................. 59 13.6 - Perdas e Infiltrações ................................................................................ 59 13.7 - Traçado da Rede - Localização dos Coletores ........................................ 59 13.9 - Traçado dos Coletores ............................................................................ 59 13.10 - Traçado e Dimensionamento ................................................................ 60 13.11 - Órgãos Acessórios das Redes Coletoras ............................................... 61
13.11.1 - Poços de Visita (PV) ..................................................................... 61 13.11.2 - Tubo de Inspeção e Limpeza (TIL) ou Poço de Inspeção (PI) ...... 62 13.11.3 - Terminal de Limpeza (TL) ............................................................ 63 13.11.4 - Caixa de Passagem (CP) ................................................................ 63 13.11.5 - Tubo de Queda .............................................................................. 63
13.12 - Materiais Empregados ........................................................................... 64 13.12.1 - Critérios .......................................................................................... 64 13.12.2 - Requisitos ....................................................................................... 64 13.12.3 - Tubos ............................................................................................. 64
14 - REDE DE ESGOTO PLUVIAL .................................................................. 66 14.1 - Introdução ................................................................................................ 66 14.2 - Estimativa de Vazões de Projetos ............................................................ 66 14.3 - Coeficiente de Escoamento Superficial (Runoff) .................................... 66 14.4 - Cálculo de Sistema de Microdrenagem ................................................... 68
14.4.1 - Introdução ........................................................................................ 68 14.5 - Capacidade Admissível das Sarjetas ....................................................... 68 14.6 - Cálculo das Galerias ................................................................................ 71 14.7 - Localização das Bocas de Lobo............................................................... 74
14.7.1 - Cálculo e Tipos de Bocas de Lobos ................................................. 74 14.7.1.1 - Boca de Lobo com Abertura na Guia ............................................ 74
14.7.1.2 - Boca de Lobo com Grade ......................................................... 75 15 - RESÍDUOS SÓLIDOS ................................................................................. 77
15.1 - Origem e Produção de Lixo ..................................................................... 77 15.2 - Origem e Formação do Lixo .................................................................... 77 15.3 - Fatores que Influenciam a Origem e Formação do Lixo ......................... 77 15.4 - Classificação do Lixo .............................................................................. 78 15.5 - Destino Final ........................................................................................... 79
15.5.1 - Aterro Sanitário ................................................................................ 79 15.5.1.1 - Definição .................................................................................. 79 15.5.1.2 - Classificação dos Aterros.......................................................... 79
15.2 - Compostagem .......................................................................................... 80 15.2.1 - Definição .......................................................................................... 80
15.3 - Incineração .............................................................................................. 80 15.3.1 - Definição .......................................................................................... 80 15.3.2 - Classificação .................................................................................... 80
16 - BIBLIOGRAFIA GERAL ........................................................................... 81
1 - GENERALIDADES
1.1 - Importância da Disciplina na Formação do Engenheiro
Atualmente, os recursos naturais vêem sendo destruído devido às
atividades humanas, que se multiplicam rapidamente, e que além de serem
numerosas, se diversificam.
Dessa forma, a relação, entre os recursos naturais, os espaços existentes,
os homens e suas atividades, passa progressivamente a apresentar um resultado
negativo, que se traduz em prejuízos à qualidade do meio ambiente.
Pela existência de uma correlação entre qualidade do meio e qualidade de
vida, pode-se afirmar que, à medida que o meio ambiente se deteriora a qualidade
de vida é afetada.
Portanto são necessárias ações que ataquem os problemas e permitam
rápidos equacionamentos, apresentando soluções. Trata-se, portanto de ações
pertinentes à área do Saneamento.
No saneamento, deve-se observar as PARTES que compõem o TODO, de
acordo com uma visão de caráter global. Essas partes se referem aos recursos
naturais, aos recursos artificiais aos homens e suas atividades.
Os recursos naturais são: água, ar, solo, flora, fauna, espaço. Os recursos
artificiais são: edificações e abrigos (casas, escritórios, fábricas, etc.),
equipamentos (vias de circulação e outras, redes de água, esgoto, luz telefone, gás,
etc.), equipamentos/edificações (portos, aeroportos, rodoviárias e ferroviárias,
barragens, represas, etc.)
Relacionando-se diretamente com os recursos naturais e artificiais, o
homem exige cuidados especiais quanto às suas atividades básicas, ou seja:
circulação, recreação, trabalho, habitação.
Assim sendo, para satisfazer as necessidades do meio ambiente em geral,
deve-se preservar e controlar os recursos naturais e artificiais. Isso implica no
controle de resíduos líquidos, gasosos, sólidos, etc., no conforto térmico, acústico,
visual e espacial, na segurança pública, do trabalho e social, na limpeza pública e
na higiene, etc.
Dessa forma, o que se procura no Saneamento‚ é a qualidade do meio.
Para que se tenha qualidade do meio, exige-se qualidade da água, do ar, do solo,
dos alimentos, dos meios de transporte, dos locais de habitação, recreação e
trabalho, entre outros.
1.2 - Conceitos Básicos Relacionados ao Saneamento
SAÚDE: é um estado completo de bem estar físico, metal e social, e não apenas a
ausência de doenças ou enfermidades (OMS).
Saúde é a perfeita e contínua adaptação do organismo ao seu ambiente (H.
Spencer).
SAÚDE PÚBLICA: é a ciência e a arte de promover, proteger e recuperar a saúde
através de medidas de alcance coletivo e de motivação da população
SANEAMENTO: é o controle de todos os fatores do meio físico do homem, que
exerceram ou podem exercer efeitos deletérios, sobre seu bem estar. Físico,
Mental e Social (OMS).
Com o crescimento da população, principalmente, com a sua concentração em
grandes cidades, o saneamento passou a ter aumentadas suas atividades. A grande
quantidade de resíduos sólidos produzidos, o escoamento das águas pluviais, os
resíduos gasosos, a emissão de ruídos, e muitos outros problemas ambientais,
resultaram na ampliação das ações do saneamento, as quais crescem a cada dia.
As atividades do saneamento podem ser assim enumeradas:
Abastecimento de água; Coleta e disposição de águas residuárias (esgotos
sanitários, resíduos líquidos industriais, águas pluviais);Acondicionamento, coleta,
transporte, tratamento e/ou destino dos resíduos sólidos, limpeza urbana;Controle
de artrópodes (moscas mosquitos, baratas, etc.) e de roedores (ratos, etc.) de
importância em Saúde Pública;Saneamento de alimentos (leite, carne e outros);
Saneamento nos meios de transporte; Saneamento de locais de reunião, recreação
e locais de trabalho; Saneamento de escolas, hospitais e das habitações;
Saneamento no planejamento territorial; Saneamento em situação de emergência;
Aspectos diversos de interesse no saneamento do meio (cemitérios, ruídos, etc.).
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SANEAMENTO BÁSICO: esta expressão é reconhecida no Brasil, no estágio
atual, como a parte do Saneamento do Meio que trata de problemas dos esgotos
sanitários, incluindo os resíduos líquidos industriais, o controle da poluição por
esses esgotos e, devido à exploração urbana em alguns centros, também à
drenagem urbana e o acondicionamento, coleta, tratamento e destino dos resíduos
sólidos.
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2 - SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA
2.1- Introdução
A água constitui um elemento essencial a todo ser vivo inclusive o
homem, onde pode atingir 75% de seu peso. O homem tem necessidade de água de
qualidade e em quantidade suficiente para todas suas necessidades, não só para
proteção de sua saúde como também para o seu desenvolvimento econômico. A
presença de água tem sido primordial na formação de aglomerações humanas.
Através dos tempos, o homem aprimorou tecnologias, projetou e
construiu complexos sistemas urbanos de abastecimento de água, com o qual
capta, trata, transporta e distribui este precioso líquido a comunidade.
2.2- Importância Sanitária do Abastecimento de Água
Constitui o melhor investimento em beneficio da saúde pública.
A implantação ou melhoria dos serviços de abastecimento de água traz
como resultado uma rápida e sensível melhoria da saúde e das condições de vida
de uma comunidade, principalmente através de:
controle e prevenção de doenças
promoção de hábitos higiênicos
do desenvolvimento de esportes
da melhoria da limpeza pública
melhoria do conforto e segurança coletiva: instalações de ar condicionado,
combate de incêndio.
Segundo a OMS, aproximadamente ¼ dos leitos existentes em todos os
hospitais do mundo estão ocupados por enfermos, cujas doenças são ocasionadas
pela água.
2.3 - Importância Econômica do Abastecimento de Água
Sob o aspecto econômico, o abastecimento de água visa, em primeiro
lugar, o:
aumento da vida média da população servida (diminuição da mortalidade,
principalmente infantil);
redução do número de horas perdidas com doenças;
desenvolvimento industrial: matéria-prima (bebidas), meio de operação
(caldeiras), resfriamento, etc.
facilitar o combate a incêndios.
2.4 - Doenças Relacionadas com a Água
De várias maneiras a água pode afetar a saúde do homem: através da
ingestão direta, ou na preparação de alimentos, ou pelo seu uso na higiene pessoal
ou na agricultura, indústria ou lazer.
Os riscos para a saúde relacionados com a água podem ser distribuídos
em duas categorias principais:
riscos relacionados com a ingestão de água contaminada por agentes
biológicos (vírus, bactérias e parasitas) ou através de contato direto, ou por
meio de insetos vetores que necessitam de água em seu ciclo biológico;
riscos derivados de poluentes químicos e radiativos, geralmente provenientes
de esgotos industriais.
Os principais agentes biológicos encontrados nas águas contaminadas são
as bactérias patogênicas, os vírus e os parasitas. As bactérias patogênicas
encontradas na águas e/ou alimentos constituem uma das principais fontes de
morbidade e mortalidade em nosso meio. São responsáveis pelos numerosos
casos de enterites, diarréias infantis e doenças, como a febre tifóide, com
resultados freqüentemente letais.
Na tabela 2.1, podem ser observado as principais doenças relacionadas à
ingestão de água contaminada e seus agentes causadores:
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2.4.1 - Doenças Relacionadas Com a Ingestão de Água Contaminada
água utilizada no asseio corporal ou a que, por razões profissionais ou outras
quaisquer, venha a ter contato direto com a pele ou mucosas do corpo humano
(lavanderias, atividades recreativas, lagos, piscinas, etc.);
água empregada na manutenção da higiene do ambiente: locais (domicilio,
restaurantes, bares, etc.), utensílios (preparo e apresentação de alimentos);
água utilizada na rega de hortaliça ou nos criadouros de moluscos (ostras,
mariscos e mexilhões).
Tabela 2.1 – Doenças relacionadas com a água
2.4.2 - Doenças de Transmissão Hídrica
Relativo aos microrganismos patogênicos, as doenças de transmissão
hídrica podem ser ocasionadas por:
Bactérias: febre tifóide, febre paratifóide, disenteria bacilar, cólera;
Protozoários: amebiase ou disenteria amebiana;
Vermes e larvas: esquitossomiase;
Vírus: hepatite infecciosa e poliomielite.
2.4.3 - Doenças de Origem Hídrica
Contaminantes tóxicos:
Flúor, selênio, arsênio, boro;
Chumbo (acumulativo), empregado as vezes em tubulações. Doença:
saturnismo;
Cobre, zinco e ferro: dão a água gosto metálico característico e são
responsáveis por certos distúrbios em determinadas operações industriais;
Nitratos: presentes na água em quantidades maiores provocam em crianças o
estado mórbido denominado cianose ou metemoglobinemia.
Obs.: Deve-se assinalar que a água é imprescindível ao ciclo biológico de muitos
vetores animados, de graves enfermidades, por exemplo, o mosquito que
transmitem a malária e a febre amarela tem a fase larvária, obrigatoriamente no
meio aquático.
A água é de importância básica na transmissão da cólera, febre tifóide e
esquistossomose, é de menor importância na transmissão das disenterias bacilar e
amebiana.
2.5 - Água na Natureza
A água atualmente encontrada na terra é praticamente a mesma que
existia há centenas de milhões de anos, quando se formou a primeira nuvem e caiu
a primeira chuva. Cerca de 97% de toda a água da terra estão nos oceanos, que
cobrem 71% da superfície do planeta. Somente 3% da água existente são água
doce (aproximadamente, 40 quatriliões de m3). Dessa água doce 75% estão
imobilizados nas capas ou calotas polares e 25% constituem as águas subterrâneas
e de superfície. Desses 25%, a quase totalidade, ou seja, cerca de 24,5% consistem
em água subterrânea e somente 0,5% estão nos rios, lagos e na atmosfera.
A água subterrânea vem sendo acumulada no subsolo há séculos e
somente uma fração desprezível é acrescentada anualmente através das chuvas ou
retiradas pelo homem. Em compensação, a água dos rios é renovada cerca de 31
vezes, em média, anualmente.
A precipitação média anual, na terra, é de cerca de 86cm. Entre 70 a 75%
dessa precipitação voltam à atmosfera como evapotranspiração e os 30% restantes
correm na superfície, sendo que, destes, 65% voltam aos rios e o restante é
consumido e volta à atmosfera.
Doença Agente causador
Cólera Vibrio cholerae
Disenteria bacilar Shiggella sp.
Febre tifóide Salmonella typhi
Febre Paratifóide Salmonella paratyphi A,B e C
Gastroenterite Outros tipos de Salmonella, Shiggella,proteus sp. etc.
Diarréia infantil Tipos enteropatogênicos e Escherichia coli
Leptospirose Leptospira sp.
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2.5.1 - Ciclo Hidrológico
O ciclo hidrológico movimento da água em nosso planeta.
A água da superfície livre dos mares, rios e lagos está em constante
evaporação. Ao evaporar-se, aumenta extraordinariamente de volume e com isso
diminui sua densidade. A diminuição da densidade relativa da água em relação à
do ar faz com que o vapor da água se eleve na atmosfera, formando nuvens. Em
conseqüência da condensação desse vapor, a água se precipita sob a forma de
chuva, neve ou granizo.
Ao cair sobre a terra, parte da água escoa-se na superfície, formando
córregos, riachos e rios que vão ter aos lagos ou o mar. Uma parte infiltra-se no
solo; desta, uma porção vai alimentar os lençóis subterrâneos que, por sua vez vão
novamente alimentar os rios e os lagos; a outra porção é usada pelos vegetais que
dela se apropriam, eliminando, pela transpiração, uma parcela se evapora.
2.6 - Qualidade da Água
A água da chuva, ao cair, é quase pura; ao atingir o solo, seu grande
poder de dissolver e carrear substância altera suas qualidades.
Dentre o material dissolvido encontram-se as mais variadas substâncias
como, por exemplo, substâncias calcárias e magnesianas que tornam a água dura;
substâncias ferruginosas que dão cor e sabor diferentes à mesma e substâncias
resultantes das atividades humanas, tais como produtos industriais, que as tornam
impróprias ao consumo. Por sua vez, a água pode carrear substâncias em
suspensão, tais como partículas finas dos terrenos por onde passa e que dão
turbidez à mesma; pode também carrear substâncias animadas, como algas, que
modificam seu sabor, ou ainda, quando passa sobre terrenos sujeitos à atividade
humana, podem levar em suspensão organismos patogênicos. Em conseqüência da
sua grande atividade, a água quimicamente pura não é encontrada na natureza.
2.7 – Classificação das Águas
2.7.1 - Água Potável
Chama-se água potável a que é própria para o consumo humano, pelas
suas qualidades organoléticas (odor e sabor), físicas, químicas e biológicas. Em
outras palavras, água potável é a que, não contém, germes patogênicos, nem
substâncias químicas além dos limites de tolerância, não são desagradáveis pelo
seu aspecto.
2.7.2 - Água Poluída
É a água que contém substâncias que modificam suas características e a
tornam imprópria para o consumo.
2.7.3 - Água Contaminada
É a que contém germes patogênicos.
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2.8 - Características da Água para o Abastecimento
A - CARACTERÍSTICAS FÍSICAS: estão relacionadas, principalmente, com o
aspecto estético da água, temperatura.
Inclui-se nestas características:
Cor: resulta da existência, na água, de substância em dissolução na água e não
afeta sua transparência. Estas características é acentuada quando da presença,
na água, de matéria orgânica, de minerais como o ferro e o manganês, ou de
despejos coloridos contidos em esgotos industriais. Mede-se em mg/l por
comparação, em aparelhos chamados colorímetros. A escala que serve de
comparação é a de platino-cobalto. Nos padrões de potabilidade a cor máxima
admissível é de 20 unidades-padrão (uH). A unidade de cor é atualmente a
unidade Hazen , sendo que Hazen é o que na antiga escala seria 1 mg/l;
Turbidez: causada pela presença de materiais em suspensão na água, tais
como, partículas insolúveis de solo, matéria orgânica e organismos
microscópios, a turbidez perturba sua transparência. É medida em mg/1, em
aparelhos denominados turbidímetros, sendo o mais comum o de Jakson. Nos
padrões de potabilidade, a turbidez máxima admissível; e de 5 unidades-padrão
(uT).
Sabor e Odor: resultam da presença, na água, de alguns compostos químicos
(Ex.: sais dissolvidos produzindo sabor salino, alguns gases (sulfidrico),
resultando em maus odores) ou de outras, tais como a matéria orgânica em
decomposição, ou ainda, de algas. Assim estas características estão quase
sempre associadas às impurezas químicas ou biológicas da água;
B - CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS: determinação quantitativa de qualquer
substância orgânica ou inorgânica que possa ser venenosa, injuriosa ou
inconveniente, dosagem de substâncias desejáveis, pesquisa de compostos que
sirvam de índices de poluição.
Salinidade: presença de sais dissolvidos como bicarbonatos cloretos, sulfatos.
Dureza: substâncias causadoras de dureza, como os cloretos, sulfatos e
bicarbonatos de cálcio e magnésio. As águas duras consomem mais sabão e,
além disso, são inconvenientes para a indústria, pois incrustam-se nas caldeiras
e podem causar danos e explosões.
Agressividade: é uma característica da presença de gases em solução na água,
como o oxigênio, o gás carbônico e o gás sulfídrico. Uma água agressiva pode
causar a corrosão de metais ou de outros materiais, tais como o cimento.
Ferro e Manganês: são produtos que, em excesso na água, podem causar
problemas, tais como: coloração avermelhada no caso do ferro, ou marrom,
devida ao manganês, produzindo: manchas em roupas, peças sanitárias, sabor
metálico, em doses elevadas, podem ser tóxicos.
Compostos de Nitrogênio: o nitrogênio segue um ciclo, podendo estar
presente em diversas formas - amoniacal, nitritos, nitratos. Estes compostos
ocorrem na água originários de esgotos domésticos e industriais ou da
drenagem de áreas fertilizadas. Podem ser usados como indicadores da ―idade‖
da carga poluidora (esgoto), dependendo do estágio em que se encontram.
Teores elevados de nitratos são responsáveis pela incidência de uma doença
infantil chamada metemoglobinemia (ou cianose), que provoca a descoloração
da pele.
Cloretos: estes compostos podem estar presentes na água, naturalmente ou
como conseqüência da poluição devida a intrusão da água do mar, de esgotos
sanitários ou industriais. Em teores elevados causam sabor acentuado, podendo
ainda provocar reações fisiológicas ou aumentar a corrosividade da água. Os
cloretos são usados, também, como indicadores de poluição por esgotos
sanitários.
Fluoretos: quando em teores adequados, o flúor é benéfico, sendo um
preventivo de cáries dentárias. No entanto, em doses mais elevadas, pode
resultar em problemas para o homem, tais como provocar alterações ósseas ou
ocasionando a fluorose dentária (aparecimento de manchas escuras nos
dentes).
Compostos tóxicos: alguns elementos ou compostos químicos, quando
presentes na água, a tornam tóxica, podemos citar: cobre, zinco, chumbo,
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cianetos, cromo hexavalente, cádmio, arsênio, selênio, prata, mercúrio, bário e
o boro. Estas impurezas podem alcançar a água a partir dos esgotos industriais
ou de usos agrícolas.
Fenóis: os fenóis e seus compostos, existentes em resíduos industriais, além de
serem tóxicos, causam problemas em sistemas de tratamento d’água, pois
combinam-se com o cloro, produzindo odor e sabor desagradáveis
Detergentes: os detergentes, principalmente os não biodegradáveis, são
causadores de alguns problemas, quando incorporados à água: sabor
desagradável; formação de espuma em águas agitadas; problemas operacionais
em estações de tratamento de água e de tratamento de esgoto, devido à espuma;
toxidez, em teores mais elevados.
Pesticidas: são substâncias químicas usadas no combate às pragas, tais como:
inseticidas, raticidas, herbicidas, fungicidas, formicidas, e outros. Acima de
certos teores, os pesticidas são tóxicos ao homem, peixes e outros animais. O
uso, cada dia mais intenso, destes produtos tem causado a mortandade de
peixes e prejuízos ao abastecimento público d’água.
Substâncias indicadoras de poluição por matéria orgânica
Compostos nitrogenados: nitrogênio amoniacal, nitritos e nitratos. Os
compostos de nitrogênio provêm de matéria orgânica e sua presença indica
poluição recente ou remota. Quanto mais oxidados são os compostos de
nitrogênio, tanto mais remota é a poluição. Assim, o nitrogênio amoniacal
indica poluição recente e os nitratos indicam que a poluição ocorreu há mais
tempo.
Oxigênio consumindo: A água possui normalmente oxigênio dissolvido em
quantidade variável conforme a temperatura e a pressão. A matéria orgânica
em decomposição exige oxigênio para sua estabilização; conseqüentemente,
uma vez lançada na água, consome o oxigênio nela dissolvido. Assim, quanto
maior for o consumo de oxigênio, mais próxima e maior terá sido a poluição.
Cloretos: existem normalmente nos dejetos animais. Estes, sob certas
circunstâncias, podem causar poluição orgânica dos mananciais.
C - CARACTERÍSTICAS BIOLÓGICAS
O meio aquático é habitado por um grande número, de formas vivas,
vegetais e animais. Nestas, encontram-se os microrganismos, entre os quais
acham-se os tipicamente aquáticos ou os que são introduzidos na água a partir de
uma contribuição externa.
Os microrganismos aquáticos desenvolvem, na água, suas atividades
biológicas de nutrição, respiração excreção, etc. Provocando modificações de
caráter químico e ecológico no próprio ambiente aquático.
Os microrganismos de origem externa (Ex.: microrganismos patogênicos
introduzidos na água junto com matéria fecal) normalmente não se alimentam ou
se reproduzem no meio aquático, tendo apenas caráter transitório neste ambiente.
Exames Bacteriológicos: indicam a presença ou não de microrganismos
patogênicos, através da contagem do número de coliformes. Os coliformes são
bactérias que habitam os intestinos dos animais de sangue quente (sua presença
indica poluição fecal), assim, a quantidade de coliformes presentes representa uma
medida do grau de poluição. A pesquisa de coliforme tem maior significado
sanitário que a pesquisa direta de micróbios patogênicos, porque evidencia a
poluição por excreta; em conseqüência , deve-se temer que organismos
patogênicos ocorram de um momento para outro, mesmo na hipótese de exames
específicos os revelarem ausentes na ocasião. A água em questão será
caracterizada como potencialmente contaminada. Sua determinação se faz por
técnicas bem estabelecida, os resultados são expressos em número de coliformes
por 100 ml de amostra de água. Atualmente o número de coliformes ‚ expresso
pelo denominado “Número Mais Provável” (N.M.P.), que é obtido através de
estudos estatísticos; representa a quantidade mais provável de coliformes
existentes em 100 ml de água da amostra.
Os coliformes totais constituem um grande grupo de bactérias
encontradas na água, no solo, e em fezes de seres humanos e de outros animais de
sangue quente. Os coliformes fecais integram um grupo de bactérias originárias do
trato intestinal humano e de outros animais. A Escherichia coli inclui-se entre os
coliformes fecais, sendo um dos mais importantes indicadores.
Embora os coliformes totais sejam usados como indicadores de
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características bacteriológicas da água, a determinação de coliformes fecais é mais
recomendada, pois os mesmos mostram, com maior precisão, a presença de
matéria fecal.
Os coliformes fecais não são, de um modo geral, patogênicos. No entanto,
como existem em grande quantidade nas fezes, a sua presença na água indica que a
mesma recebeu dejetos, podendo, então, conter microrganismos patogênicos.
Uma água com coliformes fecais é suspeita de conter microrganismos
causadores de doenças. Por isso, os padrões de qualidade da água para consumo
humano (padrões de potabilidade) exigem a ausência total de coliformes fecais nas
amostras de água destinada ao abastecimento da população
Os coliformes fecais foram escolhidos como indicadores da qualidade
bacteriológica da água, pelas seguintes razões:
• existem em grande quantidade nas fezes; sua presença na água indica
que a mesma recebeu dejetos.
• sua sobrevivência na água é, de um modo geral, comparável à dos
microrganismos patogênicos; não havendo coliformes, não deve haver
microrganismos patogênicos;
• são de determinação relativamente fácil em laboratório.
D - PADRÕES DE POTABILIDADE
Os padrões de potabilidade indicam ou fixam os limites gerais aceitáveis
para as impurezas contidas nas águas destinadas ao abastecimento público.
Os padrões podem ser estabelecidos, exigidos, adotados ou recomendados
por:
Órgãos internacionais - (Organização Mundial de Saúde)
Instituições técnicas - (Associação Brasileira de Normas Técnicas)
Entidades governamentais.
O critério de potabilidade adotado é:
―A água destinada ao consumo humano deve ser isenta de contaminantes químicos
ou biológicos, além de apresentar certos requisitos de ordem estética‖.
Entre os contaminantes químicos estão compreendidos os elementos ou
compostos de radiações ionizantes.
Entre os contaminantes biológicos são citados organismos patogênicos,
principalmente vírus, bactérias, protozoários e vermes que, veiculados pela água,
possam parasitar o organismo humano por ingestão ou simples contado.
Os requisitos de ordem estética são principalmente; baixos índices de cor
e turbidez e ausência de propriedades organolépticas; odor e sabor.
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3 - ELABORAÇÃO DE PROJETO
3.1 - Planejamento de Sistemas de Abastecimento de Água
Importância do abastecimento de água: aspectos sanitários e aspectos
econômicos.
Importância do Planejamento das obras de saneamento básico: Obter
soluções que: ofereçam continuidade de funcionamento, ou seja, captação
segura, não interrupção por acidentes freqüentes. Que ofereçam segurança
(qualidade de água). Que ofereçam uma operação facilitada. Que sejam
viáveis.
Requisitos necessários para um bom planejamento: informações abundantes
e seguras. Levantamentos adicionais de campo envolvendo aspectos
hidrológicos, geológicos, demográficos, econômicos, geo-politicos,
administrativos. Profissionais experientes e qualificados.
Etapas de elaboração de projetos: relatório preliminar (R.T.P.), onde são
abordados: dados da cidade, dados de população, dados dos mananciais, dados
de projetos, com pré-dimensionamento e orçamento das alternativas
apresentadas.
Projeto Executivo: projeto detalhado para fins de execução; projeto estrutural,
projeto hidráulico, projeto elétrico, projetos especiais. Acompanhamento
técnico das obras (fiscalização). Cadastro técnico final, conforme obra
construída.
3.2 - Elementos Básicos para Desenvolvimento de Projetos
Para a implantação de um sistema de abastecimento público de água, faz-
se necessária a elaboração de estudos e projetos com vistas à definição precisa das
obras a serem empreendidas. O projeto de um sistema de abastecimento de água
deverá atender eficazmente a uma população futura (P) durante um determinado
intervalo de tempo: período de projeto (T).
O período de atendimento das obras projetadas, também chamado de alcance
do plano, varia normalmente entre 10 e 30 anos.
Estimativa de população para o período de alcance.
Consumo de água
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4 - ESTIMATIVA DE POPULAÇÃO
4.1 - Objetivo
Uma das condições de um sistema de abastecimento eficiente é que a
água distribuída seja capaz de atender à demanda. Sem dúvida alguma a demanda
de água cresce com a população.
Um sistema de abastecimento, quando instalado, deve ter condições de
fornecer água em quantidade superior ao consumo. Todavia, depois de certo
número de anos, a demanda passa a corresponder à capacidade máxima de adução
e, então, diz-se que o sistema atingiu o seu limite de eficiência.
A população futura tem que ser definida por previsão. Como esta é sujeita
a falhas, encontram-se sistemas atingindo o seu limite de eficiência antes ou depois
de decorridos os n anos. O importante é que a previsão seja feita de modo
criterioso, com base no desenvolvimento demográfico do passado próximo, a fim
de que a margem de erro seja pequena.
Geralmente n varia de vinte a trinta anos, prazo geralmente necessário à
amortização integral do capital investido nas obras.
4.2 - Métodos de Previsão
4.2.1 - Processo de Extrapolação Gráfica
a) Prolongamento Manual:
Num sistema de coordenadas, leva-se ao eixo das abscissas os diversos
anos para os quais se dispõe dos valores populacionais e estes no eixo das
ordenadas para tanto utilizando-se escalas convenientes.
Em seguida, marcam-se os diversos pontos correspondentes aos pares de
valores ano - população, pelos quais faz-se passar uma curva.
Prolonga-se a curva em observância à sua tendência natural de
crescimento de modo que o novo trecho forme com o primeiro um conjunto
harmonioso.
Gráfico 4.1 – Prolongamento manual da curva de crescimento
10
20
30
40
50
60
70
1900 10 20 30 40
1950 60 70 80 90
2000 10
anos
Po
p.
(mil
ha
b)
b) Comparação com curvas de crescimento de outras cidades
As cidades pesquisadas devem apresentar características análogas,
população superior a da cidade em estudo.
As cidades devem ser da mesma região geo-econômica.
A transladação da curva não deve ser superior a 30 anos.
4.2.2 - Processo Aritmético
Calcula-se o incremento populacional:
r = (P1 – P0) / (t1 – t0)
sendo :
P0 = população do primeiro censo representativo, realizado no ano t0
P1 = população do segundo censo, realizado no ano t1
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A população de projeto P, referente a data futura t é calculada pela formula:
P = P0 + r (t – t0)
4.2.3 - Processo Geométrico
Razão do crescimento geométrico no período conhecido:
tt PqP
01 1
0
População de projeto P:
P = P0 (q)t-to
4.2.4 - Processo da Curva Logística
Dados: P1, P2, P3 relativas a três datas anteriores: t1, t2, t3
A curva definida por estes três pontos obedece a equação logística
btaePsP
1
Onde P = população em determinado ano
Ps = população de saturação
e = base dos logaritmos neperianos
a, b = parâmetro da curva
t = alcance de projeto mais a diferença entre os tempos do último e do
primeiro censo. (ex. alcance de projeto 30 anos, primeiro censo 1990 último censo 2010, t = 30 + 20 = 50)
Condições: (T3 – T1) = 2(T2 – T1) , P1< P2 < P3 e P22 > P3 x P1
31
2
2
32131
2
2 2)(
PPP
PPPPPPPs
1
1lnP
PPa s
)(
(ln
1
12
21
12 PPP
PPP
TTb
s
s
4.2.5 - População Flutuante
Quando significativa, deverá ser levada em consideração a população
flutuante das zonas balneárias e estações hidrominerais.
4.2.6 - Norma Casan - Comunidades de Pequeno Porte
a) Quando a população prevista para o 20o ano for inferior ao dobro da população
de início do plano, adotar-se-á como população de projeto a correspondente ao
dobro.
b) Quando a população de 20o ano for superior ao dobro da população do inicio do
plano, adotar-se-á como população a correspondente ao triplo.
4.3 - Distribuição da População
Em complementação à estimativa de população, faz-se necessária a
previsão de como essa população ficará distribuída na cidade, o que será de maior
importância sobretudo para o dimensionamento da rede de distribuição.
Costuma-se definir o número de habitantes por hectare ou o número de
habitantes por metro de canalização. No primeiro, caso, temos a densidade
demográfica, geralmente usada no dimensionamento das redes pelo método de
Hardy Cross. O número de habitantes por metro de canalização é útil no cálculo
das redes ramificadas ou nas redes malhadas dimensionadas pelo processo de
seccionamento fictício.
Analisar a distribuição da população futura, influenciada por: condições
topográficas, facilidades de expansão da área urbana, preços do terreno, planos
diretores e urbanísticos, zoneamento, facilidades de transporte e comunicação,
hábitos e condições sócio-econômicas dos moradores, etc. Consultar os
levantamentos cadastrais.
A densidade demográfica interessa principalmente ao projeto da rede de
distribuição.
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5 - PREVISÃO DE CONSUMO
A elaboração de um projeto de abastecimento de água exige o
conhecimento das vazões de dimensionamento das diversas partes constituintes do
sistema. Por sua vez, a determinação dessas vazões implica no conhecimento da
demanda de água na localidade que é função do número de habitantes à serem
atendidos e do consumo per capita.
- Normas das entidades federais:
a) Para cidades com P < 50.000 hab.
Recomendado - 150 a 200 l/hab.dia
Mínimo - 100 l/hab.dia
- Normas da CASAN:
a) Para cidades de pequeno porte P < 5.000 hab. q = 150 a 200 l/hab.dia
b) Para cidades com P > 5.000 hab. q 150 l/hab.dia
Dentre os fatores que afetam o consumo per capita de água pode-se
destacar: O clima; padrão de vida da população; hábitos da população; sistema de
fornecimento e cobrança (serviço medido ou não); qualidade da água fornecida;
custo da água (tarifa); pressão na rede distribuidora; consumo comercial; consumo
industrial; consumo público; perdas no sistema; existência de rede de esgotos;
entre outros fatores.
5.1 - Variações de Consumo
A água distribuída para uma cidade, não tem vazão constante, mesmo
considerada invariável à população consumidora.
5.1.1 - Variações Diárias
k1 = maior consumo diário do ano, varia entre 1,2 e 2,0
vazão média diária do ano
K1 = 1,2 - Normas CASAN
k1 é‚ utilizado na determinação da vazão de dimensionamento para: captação,
adução, estações de tratamento e elevatórias.(da captação até o reservatório).
5.1.2 - Variações Horárias
K2 = vazão da hora de maior consumo, varia entre 1,5 e 3,0
vazão média horária no dia
K2 = 1,5 - Normas CASAN
K2 é utilizado para o dimensionamento da rede de distribuição (desde o
reservatório até a rede).
5.1.3 - Volume de Água Necessária
Vazão Média
Q = P x q / 3600 x h (l/s)
onde:
Q = vazão média, l/s;
P = população abastecível a ser considerada no projeto, hab.;
q = taxa de consumo per capita em l/hab.dia;
h = números de horas de funcionamento do sistema .
Vazão dos Dias de Maior Consumo
Q = P x q x K1 / 3600 x h (l/s)
Vazão dos Dias de Maior Consumo e na Hora de Maior Consumo
Q = P x q x K1 x K2 / 3600 x h (l/s)
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5.2 - Consumo de Água para Combate a Incêndio
O consumo anual destinado a combate de incêndio é desprezível.
A vazão instantânea requerida pelos incêndios influem consideravelmente
no dimensionamento dos reservatórios e redes de distribuição.
Para cidades pequenas, não deverão ser previstas demandas especiais para
combate a incêndios. Empregam-se as vazões normais disponíveis.
Para cidades de maior porte, fica a critério do projetista o estabelecimento
do tipo e amplitude da proteção contra incêndio a ser dada.
Para P > 50.000 hab. deverão ser previstos hidrantes nas tubulações
principais da rede de distribuição separados de 600 m no máximo.
Para áreas de P > 150 hab./ha, os hidrantes deverão possibilitar uma
vazão de 30 l/s.
Para as demais áreas é permitida uma vazão de 15 l/s.
5.3 - Captação de Águas Superficiais
Obras de Captação
Conjunto de estruturas e dispositivos construídos junto ao manancial, para
a tomada de água destinada ao sistema de abastecimento.
As obras de captação devem ser projetadas e construídas de forma que em
qualquer época do ano sejam asseguradas condições de fácil entrada, d’água o,
tanto quanto possível, da melhor qualidade encontrada no manancial em
consideração. Outrossim, deve-se ter sempre em vista, ao desenvolver um projeto,
facilidades de operação e manutenção ao longo do tempo.
Por tratar-se, geralmente, de estruturas construídas junto ou dentro
d’água, sua ampliação é, por vezes, muito trabalhosa. Por isso, recomenda-se a
construção das partes mais difíceis numa só etapa de execução, mesmo que isto
acarrete maior custo inicial.
Mananciais
Os mananciais superficiais são constituídos pelos córregos, rios, lagos,
represas e reservatórios artificialmente construídos.
5.4 - Captação em Rios
A captação de rios tem sido em muitas regiões do país, a forma mais
usual de utilização das águas de mananciais de superfície para o abastecimento de
cidades em extensas regiões do país. As obras são relativamente simples, na
maioria dos casos.
Freqüentemente, os cursos d’água no ponto de captação, acham-se
localizados em cota inferior à cidade; por isso, as obras de tomada estão quase
sempre associadas à instalações de bombeamento. Essa circunstância faz com que
os projetos das obras de captação propriamente ditas, fique condicionado ás
possibilidades e limitações dos conjuntos elevatórios.
5.4.1 - Exame Prévio das Condições Locais
Inspeção Local:
possibilidade de implantação da obra;
se a geologia ou natureza do solo da região atravessada pelo rio favorece a
presença de areia em suspensão na água.
Dados Hidrológicos (coletar ou medir diretamente)
vazões (máximas, médias e mínimas)
oscilações do nível de água
Exames Sanitários
pesquisar focos de poluição
coletar e analisar a água (T 1 ano)
Levantamento Topográfico
batimetria e sondagens geológicas
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5.4.2 - Localização de Tomadas
Implantar em trechos retilíneos ou margem côncava (velocidades maiores, mais
difíceis à ocorrência de bolsões de areia).
Estabelecer com precisão, as cotas de todas as partes da obra, tendo em vista:
permitir a entrada permanente de água para o sistema
proteger contra enchentes o equipamento eletromecânico
Estudar o acesso permanente ao local da captação
Pesquisar o fornecimento de energia elétrica
5.4.3 - Partes Constitutivas de Captação em Rio
a) Barragens de nível, vertedores
Quando: Qmin Qdemanda, executam-se estas obras para elevar o NA e
permitir a captação.
b) Barragem de regularização
Quando: Qdemanda > Qmin, constroem-se estas obras para armazenar água
em períodos de estiagem.
Condição: Qmédio Qdemanda
c) Dispositivos retentores de materiais estranhos
Caixas de areia (desarenadores):
Retém os sólidos decantáveis (areia), assegurando escoamento a velocidade
baixa.
Flutuadores:
Para impedir a entrada, no sistema, de materiais flutuantes e em suspensão
folhas, galhos de árvores, plantas aquáticas e ainda peixes, répteis e moluscos,
utilizam-se como flutuadores peças que se conservam em cima d’água, nas
proximidades da tomada, para manter afastados os materiais flutuantes.
Grades:
Barras metálicas afastadas de 3 a 7 cm.
Limpeza: manual ou mecanizadas.
Crivos:
Peças adaptadas na extremidade de tubos imersos na água. São feitos de
chapas perfuradas (válvulas de pé)
Telas:
Peças com passagens pequenas, confeccionadas com fios metálicos.
d) Dispositivos para controlar a entrada de água:
Regulam ou vedam a entrada de água no sistema, para possibilitar reparos ou
limpeza em caixas de areia, poços de tomada, válvulas de sucção ou em
tubulações.
Comportas (stop-log)
Placa de vedação
movediça, que desliza
em canaletas verticais.
São instaladas em
canais ou entradas de
tubulação de grande
diâmetro.
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Válvulas ou registros
Regula ou interrompe o fluxo de água em condutos fechados
Adufas
Semelhantes as comportas, adaptadas na
extremidade inicial de tubos de pequeno diâmetro.
e) Canais e tubulações de interligação
A ligação entre o rio e a caixa de areia ou poço das bombas, quando
afastada das margens, é feita por: - canais abertos
- tubulações fechadas
Tubos - tomada no meio do rio
- margens muito elevadas
f) Poços de tomada ou sucção:
Os poços de tomada destinam-
se, essencialmente, a receber as
tubulações e peças que compõem o
trecho de sucção das bombas. Deverão
ter dimensões apropriadas em planta e
em elevação, para facilitar o trabalho de
colocação ou reparação das peças e para
assegurar entrada d’água ao sistema
elevatório, qualquer que seja a situação
do nível no rio.
O projeto deverá prever condições que evitem a formação de
redemoinhos (vórtex) no interior do poço de tomada; para isso há necessidade de
se estudar convenientemente o ponto de entrada da água, em função da posição
das tubulações ligadas à bomba.
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6 - ADUÇÃO DE ÁGUA
6.1- Conceito
A adução é a parte de um sistema de abastecimento de água constituída de
canalizações, que se destinam a conduzir água entre unidades que precedem a rede
distribuidora. Não possuem derivações para alimentar distribuidores de rua ou
ramais prediais. Há, entretanto, casos em que da adutora principal partem
ramificações (sub-adutoras) para levar água a outros pontos fixos do sistema.
Interligam captação, estações de tratamento e reservatório.
São canalizações de importância vital para o abastecimento das cidades,
normalmente quando constituídas de uma só linha, como acontece na maioria dos
casos. Qualquer interrupção que venham a sofrer, afetam o abastecimento da
população, com conseqüências significativas.
6.2- Traçado
Considerar:
topografia - evitar regiões muito acidentadas pois dificulta e onera a
construção e manutenção.
características do solo - evitar terrenos rochosos e solos agressivos (atacam a
tubulação).
obras complementares - evitar obras dispendiosas ou que encareçam a
operação e a manutenção.
facilidade de acesso - para construção, operação e manutenção.
6.3- Classificação
6.3.1- Quanto a Natureza da Água Aduzida
adutora de água bruta
adutora de água tratada
6.3.2 - Quanto a Energia para Conduzir a Água
a) adutora por gravidade
- em conduto forçado
- em conduto livre ou aqueduto
- combinação de conduto forçado e livre
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b) adutora por recalque
c) adutora mistas
parte por recalque e parte por gravidade
6 .4 - Dimensionamento das Adutoras
Para o dimensionamento de uma adutora há necessidade do conhecimento
prévio dos seguintes elementos:
vazão de adução (Q)
comprimento (L)
material do conduto, que determina a rugosidade (por exemplo: Coeficiente C
da fórmula de Hazen & Williams, da fórmula de Bazin, n da fórmula de
Ganguillet & Kutter e também de Manning).
A vazão de adução, Q, é estabelecida em função da população a ser
abastecida, da quota percapita, do coeficiente relativo ao dia de maior consumo
(K1) e do número de horas de funcionamento.
A diferença entre os níveis de água e o comprimento, em geral são dados
físicos conhecidos.
a) Adutoras por gravidade
Condutos livres:
Para os condutos livres, têm sido comumentemente aplicadas as fórmulas
de Bazin, Ganguillet & Kutter ou ainda a chamada fórmula de Kutter simplificada.
Normalmente as adutoras são dimensionadas para a vazão do dia de
maior consumo.
Q = P x q x K1 / 3600 h
onde:
Q = vazão de adução (Q max. Diária) (l/s)
q = consumo per capita (l/hab. dia)
P = população abastecivel
K1 = coef. de variação diária
cálculo da velocidade
A velocidade é dada pela expressão de Chezy:
V = C (RI)1/2
onde:
V = velocidade
C = coeficiente que depende da natureza e do estado das paredes do
conduto.
R = raio hidráulico
I = declividade
Segundo Bazin: C = 87 (R)1/2
/ m+(R)1/2
A fórmula de Bazin pode também ser escrita sob a forma de V = Rx I
0,5
Onde: C e x dependem da categoria da parede do canal.
Segundo Kutter C = 100 (R)1/2 / m+(R)1/2
A fórmula de Kutter pode ser escrita ainda com: V = CRxI
0,5
Onde: C e x são valores tabelados que dependem da categoria das paredes.
Os valores de C e x estão expressos na tabela 6.1.
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cálculo da área da seção
A = Q/V
Condutos forçados:
Para os condutos forçados é de uso mais corrente, a fórmula de Hazen-
Williams
V = 0,355 x C x D0,63
x J0,54
Q = 0,2785x C xD2,63
xJ 0,54
onde:
Q = Vazão (m³/s)
V = velocidade na tubulação (m/s)
C = coeficiente rugosidade do material (tabela 6.2)
D = diâmetro (m)
J = perda de carga unitária (m/m)
Tabela 6.2 - Valores de C para cálculos de condutos forçados Hazen Hilliams
Material C
Condutos muito lisos (cimento ou argamassa muito lisos; cimento amianto; cobre, lado ou plástico)
140-145
Condutos lisos (condutos novos de ferro fundido, concreto ou argamassa lisos; tubos de cimento amianto com muitos amos de serviço, lado, bronze ou chumbo em condições médias)..
130
Condutos lisos (madeira, ferro fundido com 3 anos de serviço, aço soldado, concreto com revestimento de argamassa em condições médias)
120
Condutos de chapas de aço soldadas; condutos de ferro fundido com grande diâmetro e 10 amos de serviço
115
Condutos novos de aço rebitado; ferro fundido com 10 anos de serviço; condutos cerâmicos, vitrificados, em boas condições
110
Condutos de ferro fundido, com 13 a 20 anos de serviço; condutos de esgoto; alvenaria de tijolo bem executado
100
Condutos de aço rebitado, com 15 a 20 anos de serviço 95
Condutos de ferro fundido com 20 a 30 anos de serviço; condutos de pequeno diâmetro com 15 a 20 anos
90
Condutos de ferro fundido com 30 a 40 amos 80
Tubos de aço corrugado 60
Túneis em rocha, sem revestimento 38 a 50
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b) Adutoras por Recalque
São elementos conhecidos: Q = vazão de adução
L = extensão da adutora
C = coeficiente de rugosidade do material utilizado
H = altura geométrica total
Pré - Dimensionamento (fórmula de Bresse)
A solução do problema é hidraulicamente indeterminada. Um pré-
dimensionamento, que determina o diâmetro das adutoras por recalque é realizado
através da fórmula de Bresse, onde:
A experiência mostra que a solução mais conveniente é aquela ligada a
um diâmetro D que para dada vazão Q proporcione a velocidade em torno de
0,90m/s, que é denominada velocidade econômica.
D = K (Q)1/2 (bombeamento: 24 horas)
Onde:
D = diâmetro da tubulação de recalque em (m)
K = coeficiente de Bresse - varia de 1,0 á 1,4 (para fofo K= 1,2)
Q = vazão de adução em m3/s
Para bombeamento menor do que 24 horas
D = 1,3 (n/24)1/4
x Q1/2 (n = no de horas de bombeamento)
Dimensionamento Final
Calcular ―D‖, estuda-se entre três diâmetros comerciais com valores em
torno do calculado pela fórmula de Bresse, o que torne as instalações mais
econômicas.(tabela 6.3) A potência consumida em CV pelo conjunto moto-bomba,
será calculada pela expressão:
P = Q x Hmt x W/ 75 x
onde:
P = potência requerida pelo conduto moto-bomba em CV
Q = vazão aduzida em l/s
Hmt = altura manométrica total em (m)
W = peso específico da água em kgf/m3, na prática igual a 1000 kgf/m3
= rendimento global do conjunto moto-bomba (bomba x motor)
Hmt é a soma das alturas geométricas com a perda de carga total.
A potência também pode ser calculada em KW pela fórmula:
P = 0,736 QH/75
onde:
P = potência requerida pelo conduto moto-bomba em KW
Q = vazão aduzida em l/s
Hmt = altura manométrica total em (m)
= rendimento global do conjunto moto-bomba (bomba x motor)
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Tabela 6.3 - Quadro comparativo
6.5 - Peças Especiais e Órgãos Acessórios
Numa adutora por gravidade, em condutos forçados, aparecem
normalmente as seguintes peças especiais:
Válvulas ou registros de parada - destinam-se a impedir o escoamento na
tubulação adutora, para tanto apenas um, localizado da extremidade de
montante seria suficiente.
Válvulas ou registros de descarga - localiza-se nos pontos baixos das
adutoras, em derivações à linha para permitir a saída de água sempre que for
necessário.
Ventosas - localiza-se nos pontos altos da rede. Facilitam a saída de ar da rede,
quando está estiver sendo cheia e quando a rede esta sendo esvaziada permite a
entrada de ar. É de praxe colocar-se um registro em todos os pontos altos do
conduto, entre as duas ventosas. Quando utilizada uma ventosa, solução menos
desejável, deverá ficar a jusante da mesma. Tais registros serão adicionados de
mais dois, um na extremidade de montante e outro na de jusante do conduto.
Nas adutoras por recalque aparecem também:
Válvulas de retenção – são instaladas no
início das adutoras por recalque, quase
sempre no trecho da saída de cada
bomba. Destinam-se a impedir o retorno
brusco da água contra as bombas na sua
paralisação por falta de energia elétrica
ou por outra causa qualquer.
a DIÂMETRO (mm)
b Velocidade de escoamento (m/s)
c Perda de carga unitária J (m/km)
d Perda de carga ao longo da tubulação (m)
e Perdas localizadas (m)
f Perda de carga total (m)
g Altura manométrica total – Desnível + Perda
de carga total (m)
h Potência consumida com rendimento de
= 60% (kW)
i Energia consumida por dia (kWh)
j Dispêndio anual com energia ($)
l Custo total dos tubos ($)
m Custo de 2 conjuntos moto-bomba e
equipamentos elétricos ($)
n Custo total dos tubos + moto-bomba ($)
o Amortização anual e juros referentes a tubos
e moto-bomba ($)
p Dispêndio anual global = soma de j + o ($)
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Válvulas redutoras de pressão – são dispositivos intercalados na rede para
permitir uma diminuição permanente de pressão interna na linha, a partir do
ponto de colocação. Desempenham função semelhante às caixas de quebra de
pressão, com a diferença de que a água não entra em contato com a atmosfera
e, portanto não há perda total da pressão.
6.6 - Materiais Empregados em Adutoras
Devido ás diferenças existentes entre os materiais e métodos de
fabricação de tubos e acessórios, a aplicabilidade de cada tipo deverá ser estudada
criteriosamente em cada caso, tendo-se em conta principalmente às condições de
funcionamento hidráulico da adutora, a pressão interna e a durabilidade do
material, face às características do solo, às cargas externas e à natureza d’água
transportada.
Os materiais normalmente empregados para as linhas adutoras e sub-
adutoras são: ferro fundido, revestido ou não internamente; ferro dúctil; aço
soldado; concreto armado simples; concreto armado protendido; cimento-amianto;
materiais especiais (PVC, plásticos, fibra de vidro, etc.).
Nas adutoras em conduto forçado funcionando por gravidade, utilizam-se
extensamente os tubos de ferro fundido, de aço, de cimento-amianto e de concreto
simples ou armado.
Já nas adutoras de recalque, devido à maior ocorrência de golpes de
aríete, são preferidos os tubos de ferro fundido ou de aço, em vista da maior
resistência que oferecem à pressão interna.
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7 - RESERVATÓRIOS DE DISTRIBUIÇÃO
São unidades destinadas a compensar as variações horárias de vazão e
garantir a alimentação de distribuição em casos de emergência, fornecendo água
necessária à manutenção de pressões na rede.
A colocação do reservatório entre o sistema – captação – adução –
tratamento – rede de distribuição possibilita adotar uma vazão constante para os
diversos órgãos do abastecimento de água.
7.1 - Tipos de Reservatórios de Distribuição
7.1.1 - Quanto à Localização no Sistema
a) Reservatório de montante
O reservatório situado à
montante da rede de distribuição
causa uma variação relativamente
grande da pressão nas extremidades
de jusante da rede.
b) Reservatório de jusante
Também chamado de
reservatório de sobras porque recebe
água durante as horas de menor
consumo e auxilia o abastecimento
da cidade durante as horas de maior
consumo. Este reservatório
possibilita uma menor oscilação de
pressão nas zonas de jusante da
rede.
7.1.2 - Quanto à Localização no Terreno
Podem ser:
Reservatórios enterrados - tem formato ditado pela economia: retangular ou
circular;
Reservatórios semi-enterrados
Reservatórios elevados - geralmente contribuem para o embelezamento
paisagístico.
7.2 - Quanto ao Material de Construção
Podem ser construídos de diversos materiais:
alvenaria
concreto armado comum
concreto protendido
aço
madeira
em terra com paredes revestidas etc.
7.3 - Capacidade dos Reservatórios
Método da Senóide
Hipótese: a variação de consumo diário
de uma cidade é representada por uma
senóide
área inferior = volume em excesso
nas horas de menor consumo
área superior = volume em déficit,
relativo à adução nas horas de maior
consumo
LINHA PIEZOMETRICA
LP
NA
ETA
LINHA PIEZOMETRICA
LP
ETA
NA
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O reservatório armazena água durante o tempo em que QAD > QDEM e
abastece a cidade durante as horas de maior consumo QDEM > QAD, completando a
adução
QDEM = QAD + QR
Capacidade do reservatório
Cm = k2 - 1 x V
onde: V = volume do dia de maior consumo (V = P q K1)
K2 = coef. da hora de maior consumo
Acrescer margem de segurança para atender outras demandas
No Brasil, utiliza-se para capacidade total do reservatório
CT = V/3
em casos especiais CT = V/2 e até mesmo CT = V
No caso de reservatórios elevados, por medida econômica, tolera-se o
dimensionamento na base de 1/5 do volume a ser distribuído em 24 horas.
Quando existirem reservatórios elevados e enterrados, a capacidade total
deverá corresponder a 1/3 do volume distribuído em 24 horas. A capacidade da
torre é estabelecida de modo a evitar uma freqüência excessiva de partidas e
paradas das bombas e garantir uma reserva mínima em cota elevada, para o caso
de possíveis interrupções nos fornecimentos de energia elétrica (30 minutos ou
mais).
OBS.: Os reservatórios de distribuição são dimensionados para satisfazer as
seguintes condições:
funcionar como volantes da distribuição, atendendo à variação horária do
consumo, (capacidade superior 1/6 do volume consumido em 24 horas);
assegurar uma reserva de água para combate a incêndio, (parcela mínima:
pequenas
cidades = 250 m3, e preferivelmente 500 m3);
manter uma reserva para atender as condições de emergência (acidentes,
reparos nas instalações, etc.,(um acréscimo de 33% sobre a soma das parcelas
anteriores);
atender à demanda no caso de interrupções de energia elétrica (sistemas com
recalques)
manutenção de pressões na rede distribuidora.
7.4 – Dimensões Econômicas.
Os reservatórios têm seu formato ditado pela economia de material
necessário para sua confecção, em geral são construídos com duas câmaras, no
caso de reservatórios elevados os mesmos devem contribuir para o embelezamento
paisagístico, mantendo assim uma certa harmonia com o espaço urbano.
A figura a seguir mostra as dimensões econômicas de reservatórios bem
como as canalizações de entrada e saída.
A altura recomendada varia de 3 a 5 metros.
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8 - REDE DE DISTRIBUIÇÃO
8.1 – Definição
É a unidade do sistema que conduz a água para os pontos de consumo
(residências, indústrias, etc.). É constituída de tubulações e peças especiais
dispostas convenientemente a fim de garantir o abastecimento das unidades
componentes da localidade abastecida.
Os condutos formadores da rede de distribuição podem ser assim
classificados:
a) condutos principais;
Dá-se a denominação de condutos principais aos condutos de maior
diâmetro, responsáveis pela alimentação dos condutos secundários.
b) condutos secundários;
Os condutos secundários, de menor diâmetro, são encarregados do
abastecimento direto as residências a serem atendidos pelo sistema.
8.2 - Tipos de Rede
Em função da disposição dos condutos principais as redes podem ser:
a) rede em espinha de peixe
b) rede em grelha
c) redes malhadas (condutos principais
formam ―círculos ou anéis‖, lembrando a
disposição em malhas.)
8.3 - Cálculo da Vazão de Distribuição
Q = P x q x K1 x K2 / 86400
onde:
Q = vazão máxima horária
q = consumo per capita
P = população
K1 = coeficiente do dia de maior consumo
K2 = coeficiente da hora de maior consumo
8.4 - Vazão Especifica
É a vazão a partir da qual são determinadas as vazões de
dimensionamento. Podem ser calculadas:
- por unidade de comprimento: qd = P x q x K1 x K2 (l/s.m)
86400 x Lt
- por unidade de área: qd = P x q x K1 x K2 (l/s ha)
86400 x A
onde:
Lt = extensão total da rede em metros
A = área abrangida pela rede em hectares
A tabela 8.1 apresenta valores típicos para estimar a taxa de ocupação por
hectare, sugerida pelo professor J. M. Azevedo Neto.
ETA
ETA
ETA
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Tabela 8.1 – Densidade demográfica.
Áreas Típicas População
(hab/ha)
Áreas periféricas, casa isoladas (lotes grandes) 27 a 75
Casas isoladas, lotes médios e pequenos 50 a 100
Casas germinadas ( 1 pavimento) 75 a 150
Casas germinadas ( 2 pavimentos) 100 a 200
Prédios de apartamentos : pequenos
grandes
150 a 300
300 a 900
Áreas comerciais 50 a 150
Áreas industriais 25 a 75
Densidade média global 50 a 150
8.5- Dimensionamento da Rede
8.5.1- Método do Seccionamento Fictício
O método baseia-se na transformação da rede malhada em outras
ramificadas, através de pontos de seccionamento que dão origem a extremidades
livres, na realidade inexistentes.
rede malhada rede ramificada
A escolha dos pontos de seccionamento deve ser feita de modo que o
percurso da água até eles, a partir do ponto de alimentação, seja o menor possível.
No projeto de um sistema de distribuição de água é usual o emprego de
planilha de cálculo.
8.5.2 - Marcha de Cálculo:
1) Traçam-se a lápis, na cópia da planta da cidade, fazendo uso de régua e curva
francesa (se necessário), as tubulações da rede, que geralmente devem
coincidir com o eixo das ruas. Não devem passar pelos eixos nos seguintes
casos:
se a rua só tiver construção de um lado. Então, a tubulação deve passar
próxima a essas construções para reduzir o custo das ligações
domiciliárias;
se a rua for bastante larga, a ponto de tornar mais econômico o emprego
de duas tubulações, ao invés de uma, tendo-se em vista as ligações
domiciliárias. Neste caso as tubulações devem ser lançadas nos passeios.
2) Na mesma planta, determinam-se os comprimentos de todos os trechos da
rede, os quais são limitados pelos pontos de cruzamento (nós) e pelas
extremidades livres das tubulações. Se os trechos, assim definidos, possuíres
grande extensão ou apresentarem cotas topográficas intermediárias bem
superiores ou inferiores às das extremidades, então serão devidamente
desdobrados.
3) Ainda sobre a mesma planta, calculam-se, com base nas curvas de nível de
metro em metro, as cotas topográficas dos cruzamentos e das extremidades
livres, cotas essas que serão anotadas ao lado desses pontos.
4) Copia-se em folha de papel transparente o esboço da rede, inclusive
comprimentos e cotas topográficas, definidos nos três itens procedentes.
5) Transforma-se, através de um seccionamento criterioso, a rede malhada em
outra ramificada. Para tanto, a partir do reservatório, faz-se com que todos os
pontos de cruzamento e extremidades livres da rede sejam atingidos pelo
menor percurso de água. Nesta operação, desenha-se uma pequena seta ao
lado de cada trecho, para indicar o sentido de escoamento da água, bem como
um pequeno traço cortando a extremidade de jusante do trecho que for
secionado para indicar que essa extremidade funciona como se fosse livre.
6) Numeram-se todos os trechos com números arábicos de acordo com o sentido
crescente das vazões.
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7) Levam-se para planilha de cálculo, convenientemente preparada, todos os
trechos, dispostos em ordem numérica, de modo que para eles constem: nome
da rua; extensão do trecho e as cotas topográficas.
8) Na planilha, calcula-se, para cada trecho, a vazão de jusante, marcha,
montante e fictícia.
Jusante: quando diferente de zero, é igual á soma das vazões de montante
dos trechos alimentados pelo trecho em estudo.
Marcha: a vazão de distribuição em marcha é obtida multiplicando-se o
comprimento do trecho pela vazão unitária de distribuição, expressa em litros por
segundo e por metro.
Q’ = qu x l
Montante: soma-se a vazão de jusante com a de distribuição em marcha. O
cálculo é iniciado nos trechos seccionados ou de extremidade livres, uma vez que
neles a vazão de jusante é conhecida e igual a zero.
Qm = Qj + Q’
Fictícia: a vazão fictícia de dimensionamento é a media da vazão de jusante e
de montante.
Qf = Qm + Qj /2
Tabela 8.2 – Limites de velocidade
9) Ainda na planilha, em função da vazão
fictícia de dimensionamento e dos
limites de velocidades indicados, na
tabela 8.2 assinala-se para cada trecho o
valor do seu diâmetro.
Obs.: Para obter-se os valores máximos de
velocidade para os demais diâmetros, pode-
se usar a fórmula sugerida por Azevedo
Neto.
V = 0,6 + 1,5D
10) Com a extensão, a vazão fictícia de dimensionamento e com o diâmetro,
determina-se a perda de carga em cada trecho, através da fórmula de Hanzen-
Williams.
hp = l x 10,649 x C-1,852
x D-4,87
x Q1,852
com:
C = 100 para ferro fundido
C = 130 para cimento-amianto e ferro fundido cimentado
C = 140 para material plástico
Salvo indicações em contrário para esses coeficientes, fazendo-se uso de
tabelas. Ábacos ou monogramas.
11) Para o ponto da rede de condições mais desfavoráveis no que tange à cota
topográfica e/ou à distância em relação ao reservatório, estabelece-se a cota
dinâmica mínima de 10 a 15 metros ou estática máxima de 60 metros,
conforme o caso. O limite inferior é estabelecido, a fim de que a rede possa
abastecer diretamente prédios de até dois pavimentos e o superior, para
prevenir: maiores vazamentos nas juntas das tubulações; danos nas instalações
prediais (válvulas de flutuador).
12) A partir da cota piezométrica do ponto mais desfavorável (pressão máxima ou
mínima preestabelecida mais a cota topográfica), calculam-se as cotas
piezométricas de montante e de jusante de cada trecho, com base nas perdas
de carga já definidas.
As pressões dinâmicas em cada trecho são a diferença entre a cota
piezométrica e a cota do terreno. No final da operação, ficará definido o nível
médio de água do reservatório, que corresponde cota piezométrica de
montante do trecho de número mais elevado.
Essa mesma operação pede ser feita de modo inverso, começando-se por
atribuir uma cota ao nível médio de água do reservatório, o que permitirá a
determinação das pressões disponíveis em todos os trechos.
13) Verifica-se para cada nó, onde houve seccionamento de um ou mais trechos,
as diferentes pressões resultantes de percursos diversos da água e determina-se
a média, da qual nenhuma pressão deve se afastar de 10 por cento.
Diâmetro
(mm)
Velocidade
máxima
(m/s)
Vazão
máxima
(l/s)
40 0,55 0,62
50 0.60 1.20
75 0.70 3.20
100 0.75 6.10
125 0.80 10.40
150 0.80 14.60
175 0,90 21,7
200 0.90 29.20
250 1.00 50.70
300 1.00 72.80
350 1.10 109.18
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14) Altera-se o traçado da rede, o seu seccionamento ou o diâmetro de algumas
tubulações, se o afastamento considerado no item anterior superar ou 10%,
bem como se as pressões máximas e mínimas preestabelecidas forem
ultrapassadas, ou se for impraticável a localização do reservatório numa cota
definida pelo cálculo.
15) No final deste capitulo é apresentado um modelo de tabela, para ser usada no
dimensionamento de uma rede de distribuição de água pelo método do
seccionamento fictício.
8.6 - Condições para os Sistemas de Distribuição de Água
O sistema de distribuição de água deve ser projetado e construído para
funcionar, durante todo o tempo, com a pressão adequada em qualquer ponto
da rede.
A segurança oferecida pela água deve ser mantida em toda a rede, sem
alteração de qualidade.
O sistema deve incluir registros e dispositivos de descarga em todos os pontos
convenientes para possibilitar reparos e descargas, sempre que houver
necessidade sem interrupções prejudiciais para o abastecimento.
O sistema deverá estar protegido contra poluição externa, os reservatórios
deverão ser cobertos e deve ser evitada qualquer possibilidade de introdução de
água nas canalizações.
Sempre que possível, as canalizações de água potável devem ser assentadas em
valas situadas a mais de 3,00m dos esgotos. Nos cruzamentos, a distância
vertical não deveria ser inferior a 1,80m. Quando não for possível guardar estas
separação, recomendam-se cuidados especiais para proteção da canalização de
água contra a contaminação pelos esgotos. Esses cuidados podem incluir
revestimento dos condutos de esgoto com concreto, ou emprego de tubos de
ferro fundido com juntas estanques.
8.7 - Materiais Empregados
ferro fundido: é usado praticamente em todas as obras de engenharia
sanitária:
- adutoras
- redes de distribuição
- canalizações dos reservatórios
- estações de tratamento de água
- redes de distribuição
tubos de concreto:
- adutoras
- redes de distribuição (é raríssimo)
tubos de aço:
- adutoras de grande diâmetro
estes tubos podem ser: - sem revestimento
- com revestimento (asfalto, por ex.)
- tubos galvanizados
tubos de plásticos:
- rede de distribuição
Polietileno de alta Densidade (PEAD)
Fibra de Vidro
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REDE DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA – FOLHA DE CÁLCULO
CIDADE Coeficiente de rugosidade = q = l/sm
Trecho
Rua
Extensão
(m)
Vazão (l/s)
Diâmetro
(mm)
Velocidade
(m/s)
Cota
Piezométrica
Montante
(m)
Perda de
carga
Total
(m)
Cota
Piezométrica
Jusante
(m)
Cota do Terreno
(m)
Pressão Disponível
(m)
OBS. Jusante Marcha Montante Fictícia Montante Jusante Montante Jusante
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VERIFICAÇÃO DAS PRESSÕES
PONTOS PRESSÕES
DIMÂMICAS
VALOR
MÉDIO
AFASTAMENTO % DO VALOR
MÉDIO
P 1 P 2
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9 - CAPTAÇÃO DE ÁGUAS SUBTERRÂNEAS
9.1 - Introdução
Denomina-se água subterrânea, a água presente no subsolo, ocupando os
interstícios, fendas, falhas ou canais existentes nas diferentes camadas geológicas,
e em condições de escoar, obedecendo aos princípios da hidráulica.
As fontes, minas e nascentes, são formas de surgência natural da água
subterrânea na superfície do terreno. Os poços rasos ou profundos destinados a
permitir a retirada artificial da água subterrânea das camadas em que se
encontram.
A técnica de extração de água do sub-solo tem vasto campo de aplicação
na engenharia civil. Destacam-se as obras de rebaixamento de lençóis para
permitir a construção de estruturas, de drenagem de pântanos, para fins de
saneamento ou recuperação de terras e em particular, as obras para obtenção de
água para abastecimento às populações e as industrias, ou para utilização na
agricultura e pecuária.
9.2 - Estudo dos Aqüíferos
O estudo dos tipos de captação da água subterrânea que abrange cerca de
97% da água doce existente na Terra, exige o conhecimento da sua distribuição no
subsolo.
A ocorrência é conhecida através do estudo da distribuição vertical da água
nas formações geológicas situadas abaixo da superfície da crosta terrestre.
A parte superior da crosta, normalmente porosa até uma certa profundidade,
denominada zona de fratura da rocha, apresenta poros ou aberturas que podem
estar total ou parcialmente cheios de água.
A camada superior do solo onde as aberturas estão só parcialmente ocupadas
pela água é denominada zona de aeração e a situada imediatamente abaixo, zona
de saturação. A zona de saturação é a mais importante, podendo ser considerada
como um vasto reservatório ou conjunto de reservatórios naturais, cuja capacidade
é o volume total dos poros nas rochas que se encontram cheias de água.
A espessura da zona de saturação é variada, sendo determinada através do
conhecimento da geologia local, disponibilidade de poros nas formações
geológicas, capacidade de recarregamento e do movimento da água que se
processa na zona, desde as áreas de recarregameato, até as áreas ou pontos de
descarga.
A figura 9.1 apresenta o inter-relacionarnento da água superficial com a
subterrânea.
Figura 9.1 – Inter-relacionamento das águas superficiais e subterrânea.
As formações ou camadas situadas no interior da zona saturada das quais
se pode obter água subterrânea para utilização pelo homem são denominadas
aqüíferos.
Uma unidade geológica é considerada um aqüífero quando possui poros
cheios de água suficientemente grandes para permitir que a água se escoe através
deles para os poços ou fontes, com uma vazão de saída nestes pontos que serve
para suprir o abastecimento de água das comunidades.
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Os aqüíferos que se situam no topo da parte saturada de formação
geológica têm a água que enche os seus poros submetida à pressão atmosférica,
como se ela estivesse ocupando um reservatório aberto, e são denominados
aqüíferos freáticos.
A carga hidráulica para qualquer nível dentro do aqüífero freático é igual
à profundidade abaixo do nível estático da água nele contida. Quando um poço é
perfurado, o nível d’água dentro dele atinge o nível estático do aqüífero. Em certos
casos, pode existir uma zona de saturação localizada acima do aqüífero principal.
Esta situação pode ocorrer quando existir uma camada impermeável
dentro da zona de aeração capaz de interromper a percolação da água, forçando a
água a se acumular numa área limitada acima do aqüífero.
A zona de saturação pode conter camadas de solo permeáveis e
impermeáveis, as camadas permeáveis constituindo os aqüíferos. A figura 9.2
mostra a distribuição da água subterrânea no solo.
Quando um aqüífero se situa entre duas camadas impermeáveis, é
denominado aqüífero confinado ou artesiano e, em virtude disto, a água nele
contida não fica submetida à pressão atmosférica, e sim à pressão maior que esta.
9.3 – Conceitos e Definições das Águas Subterrâneas
Para melhor compreensão dos fenômenos ligados a água subterrânea por
meio de poços, torna-se indispensável significado dos termos abordados a seguir.
Porosidade (P). A porosidade é a percentagem de vazios (poros)
existentes no material.
P = (Volume de vazios/ volume total) x 100
Quando um material se encontra saturado, todos os seus vazios ficam
preenchidos com água, de modo que multiplicando-se a porosidade pelo volume
do material obtém-se o volume da água de saturação.
Vs = Vm x P
Aliás, a determinação do volume da água de saturação é um meio de que
se lança mão para o conhecimento da porosidade.
A porosidade é tanto maior quanto maior for o número e dimensões dos
poros. Depende pois do tamanho, forma, uniformidade e arrumação dos grãos que
compõem o material.
Quando a granulométria do material é uniforme, a porosidade é maior que
em se tratando de partículas de tamanhos diferentes, pois neste caso as menores
ocupam os vazios deixados pelas maiores. O coeficiente de uniformidade,
conceituado mais adiante, tem, portanto, alguma ligação com a porosidade.
De modo geral tem-se como grande toda porosidade superior a 20%,
média entre 5 e 20% e pequena, inferior a 5%.
Produção especifica. A ação da gravidade é incapaz de retirar de um
material toda a sua água de saturação, já que uma parcela desta fica retida nos
interstícios devido à atração molecular da película que envolve os grãos.
A produção específica de um material granular é justamente a percentagem
de sua água de saturação que se liberta pela ação da gravidade.
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Para calcular a produção específica, coloca-se num cilindro de fundo
afunilado e provido de torneira (fechada) o material seco que em seguida é
saturado.
Abrindo-se totalmente a torneira, a água começa a escoar-se com vazão
decrescente até chegar a formar gotas, as últimas muito se distanciando no tempo
de uma para outra.
Então tem-se:
Produção específica = (volume libertado / volume de saturação)x100
Pelo exposto, a produção especifica independe do tempo. Em outras
palavras, para materiais de mesma produção específica pode ser diferente o tempo
em que se libera, totalmente, a água drenável.
A produção específica é da ordem de 25% em pedregulho, de 10 % em
areia fina e de 3 % em argila.
9.4 - Vantagens do Uso de Águas Subterrâneas
Pode-se resumir as vantagens do aproveitamento de águas subterrâneas
em três pontos:
a) qualidade, geralmente satisfatória, para fins potáveis;
b) relativa facilidade de obtenção;
c) possibilidade de localização de obras de captação nas proximidades das áreas
de consumo.
9.5 – Qualidade da Água
- Físicas – Normalmente boas devido a filtração lenta reduz a cor e a turbidez
- Biológicas – a filtração lenta possibilita a inexistência de bactérias, a menos
que o lençol esteja sendo atingido por uma fonte poluidora perto do ponto de
captação.
- Químicas – pode conter sais solúveis em excesso. A dureza pode ser elevada,
em alguns aqüíferos.
9.6 – Hidráulica de Poços
Nível estático do poço - é o nível de equilíbrio da água no poço, quando o
mesmo não está sendo bombeado.
Nível dinâmico do poço - é o nível de água no poço, quando o mesmo estiver
sendo bombeado. O nível dinâmico está relacionado com a vazão de água
retirada e com o tempo decorrido desde o início do bombeamento. Quando,
para um dada vazão o nível se estabiliza, tem-se o denominado nível dinâmico
de equilíbrio, relativo à vazão em causa. Neste caso, portanto se estabelece um
regime permanente.
Abaixamento ou depressão - é a distância vertical compreendida entre os
níveis estáticos e dinâmico do interior do poço.
Superfície piezométrica de depressão ou cone de depressão - em poços
freáticos, é a superfície real formada pelos níveis de água em volta do poço,
quando em bombeamento. Em poços artesianos‚ a superfície imaginária
formada pelos níveis piezométricos. Em ambos os casos, tem a forma de um
funil com o vértice no próprio poço.
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Curva de abaixamento ou de depressão - é a curva formada pela interseção
da superfície piezométrica por um plano vertical que passa pelo poço. Os dois
ramos da curva nem sempre são simétricos. A assimetria‚ mais acentuada em
lençóis freáticos e no plano coincidente com a direção de escoamento da água
subterrânea. Pode-se conhecer a curva de abaixamento abrindo poços de
observação num plano diametral em relação ao poço em bombeamento, e
medindo os respectivos níveis de água.
Zona de influência do poço - é constituída por toda a área atingida pelo cone
de depressão de um poço. Um outro poço qualquer perfurado dentro dessa
zona, terá, quando bombeado, uma redução em seus níveis estáticos e
dinâmicos, sendo, portanto prejudicado pelo bombeamento do primeiro. Não é
possível, sem conhecer as características do aqüífero e a vazão de
bombeamento de um poço, prever a extensão da zona de influência.
Regime de equilíbrio - Situação que se verifica em um poço quando o nível
dinâmico no seu interior para uma vazão de bombeamento constante mantém-
se inalterável no decorrer do tempo. Essa condição ocorre quando a vazão de
escoamento da água subterrânea, na faixa abrangida pela zona de influência do
poço, equilibra a vazão retirada. Portanto, atingido o regime de equilíbrio, a
superfície piezométrica de depressão, a curva de abaixamento e a zona de
influência do poço, não mais variam com o tempo. O tempo necessário para se
obter o equilíbrio perfeito do nível dinâmico, varia amplamente com a vazão
de bombeamento e as características do aqüífero. Poderá não ser nunca
alcançada.
9.7 – Desinfecção
Após a construção das obras o poço deverá ser desinfetado. Só assim a
água a ser fornecida estará em condições de uso.
Os agentes desinfetantes mais comumente usados são os compostos de
cloro:
- hipoclorito de cálcio (superior a 65% de Cl);
- cloreto de cal (cerca de 30% de Cl,);
- hipoclorito de sódio (cerca de 10% a 15% de Cl);
- água sanitária (cerca de 2% a 2,5% de CL).
9.7 1 - Quantidade de Desinfetante a Usar:
- solução a 50 mg/l de Cl, — tempo de contato 12 horas;
- solução a 100 mg/l de Cl, — tempo de contato 4 horas;
- solução a 200 mg/l de Cl, — tempo de contato 2 horas.
9.7.2 - Técnica de Desinfecção:
- cubar o reservatório ou poço a ser desinfectado;
- calcular o desinfetante a ser usado;
- preparar a solução desinfetante a 5%, pesando o produto e despejando-o em
água limpa. Agitar bem e depois deixar em repouso;
- desprezar a borra e derramar a solução no poço.
Agitar o mais possível e deixar a solução permanecer em contato com o
poço o tempo necessário, de acordo com a dosagem, 2 - 4 - 12 horas. Findo o
prazo, esgotar o poço até que nenhum cheiro ou gosto de cloro seja percebido na
água.
Se possível, confirmar o resultado da desinfecção pela análise
bacteriológica antes de utilizar a água para bebida.
Observação:
- A desinfecção com solução forte de 100mg/l de Cl, deve ser precedida de
limpeza, com escovas, de todas as superfícies do poço, paredes, face interna
da tampa, tubo de sucção;
- As amostras para análise bacteriológica devem ser colhidas depois que as
águas não apresentem mais nenhum odor ou sabor de cloro;
- A desinfecção de um poço elimina a contaminação presente no momento, mas
não tem ação sobre o lençol de água propriamente dito, cuja contaminação
pode ocorrer antes, durante e depois da desinfecção do poço.
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10 - TRATAMENTO DE ÁGUAS DE ABASTECIMENTO
Os serviços públicos de abastecimento devem garantir um fornecimento
de água segura e de boa qualidade de acordo com os padrões de potabilidade.
A necessidade de tratamento e os processos utilizados deverão ser
determinados de acordo com os resultados representativos obtidos de analise dos
mananciais escolhidos.
O tratamento deverá ser adotado e realizado apenas depois de
demonstrada sua necessidade e, sempre que a purificação for necessária,
compreender somente os processos imprescindíveis à obtenção da qualidade que
se deseja, com custo mínimo.
O tratamento é a técnica que tem por finalidade reduzir as impurezas
prejudiciais e nocivas. O tratamento tem como finalidade fundamental melhorar a
qualidade da água natural, sob os seguintes aspectos:
sob o ponto de vista sanitário: remoção de bactérias, protozoários e outros
organismos, substâncias venenosas, teor excessivo de compostos orgânicos;
sob o ponto de vista estético: correção da cor, turbidez, odor e sabor;
sob o ponto de vista econômico: redução da corrosividade, dureza, ferro, etc.
10.1 - Principais Processos de Tratamento de Água
10.1.1 - Aeração
A aeração das águas pode ser realizada com os seguintes objetivos:
a) remoção de gases dissolvidos em excesso nas águas (CO2 , H2S);
b) remoção de substância voláteis;
c) introdução de oxigênio (inclusive para a oxidação de ferro).
10.1.2 - Coagulação e Floculação
A coagulação é um processo químico que visa aglomerar impurezas que
se encontram em suspensões finas, em estados coloidal, em partículas sólidas que
possam ser removidas por decantação ou filtração. As partículas agregam-se,
constituindo formações gelatinosas inconsistentes, denominadas flocos. Os flocos
iniciais são formados rapidamente e a eles aderem as partículas.
Os reagentes em geral empregados são:
a) coagulantes, compostos de elementos que produzem hidróxidos gelatinosos,
como os compostos de alumínio e de ferro;
b) álcali para prover e manter a alcalinidade necessária ao processo (tais como
hidróxido de cálcio, carbonato de sódio, sempre que necessário).
O coagulante mais empregado é o sulfato de alumínio, Al(OH)3, pelo fato
de ser facilmente obtido e de baixo custo.
Modernamente, verifica-se que as condições de floculação podem ser
muito melhoradas mediante o emprego de agentes auxiliares de coagulação, tais
como:
a) sílica ativada;
b) polieletrólitos;
c) argila fina preparada (bentonita).
Todo o processo de tratamento químico e preparação da água para a
decantação e filtração compreende três fases distintas:
a) mistura rápida que consiste na adição dos compostos químicos ou reagentes e
sua dispersão uniforme na água;
b) formação de flocos;
c) desenvolvimento ou condicionamento dos flocos.
A primeira fase pode ser efetuada no próprio dispositivo de medição de
vazão da estação de tratamento (normalmente calha Parshall) ou em câmaras
especiais denominadas câmaras de mistura rápida, com agitadores mecânicos.
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A fase seguinte se realiza em câmaras de agitação lenta ou floculadores.
Esses floculadores podem ser hidráulicos (chicanas com movimento horizontal ou
vertical da água) ou mecanizados (de eixo vertical ou de eixo horizontal).
10.1.3 - Decantação
A decantação ou sedimentação é um processo dinâmico de separação de
partículas sólidas suspensa na água. Essas partículas, sendo mais pesadas que a
água, tenderão a cair para o fundo, verificando-se então a referida separação.
Na técnica de purificação das águas de abastecimento, emprega-se a
decantação com as seguintes finalidades:
a) remoção de areia;
b) remoção de partículas sedimentáveis finas, sem coagulação (decantação
simples);
c) retenção de flocos: decantação após coagulação.
Sob o ponto de vista prático, os decantadores podem ser classificados
como segue.
- Em função do escoamento da água no seu interior.
a) decantadores de escoamento horizontal, onde a água se movimenta
longitudinalmente entrando por uma extremidade e saindo pela outra.
b) decantadores de escoamento vertical, nos quais a água‚ dirigida para a parte
inferior, elevando-se a seguir em movimento ascendente.
- De acordo com as condições de funcionamento:
a) decantadores do tipo clássico ou convencional, que recebem a água floculada,
podendo. Nesse caso, a remoção de lodo ser mecanizada ou não;
b) decantadores com contato de sólidos, do tipo dinâmico ou compacto: são
unidades compactas que promovem simultaneamente a agitação, a floculação
e decantação, existindo atualmente vários tipos patenteados;
c) .+decantadores tubulares, onde a decantação é feita com o emprego de
módulos tubulares (decantação laminar)
10.1.4 - Filtração
A filtração d’água como processo de purificação consiste em fazê-la
atravessar camadas porosas capazes de reter impurezas. O material poroso
geralmente empregado como meio filtrante é a areia, sendo que outros materiais
têm sido utilizados com sucesso, entre os quais o carvão duro (antracito) e a
granada.
Em sistemas públicos de abastecimento de água são empregados dois
tipos principais de filtros de areia:
- filtros lentos
- filtros rápidos
a) Filtros Lentos
Os filtros lentos são tanques geralmente de forma retangular, com paredes
de alvenaria de pedra ou totalmente de concreto armado, providos de uma camada
de areia, através da qual a água se desloca de cima para baixo, sob a ação da
gravidade, para libertar-se de certas impurezas.
Além da ação de coar, impedindo que partículas maiores que os vazios da
areia atravessem o leito filtrante, os filtros lentos retêm partículas bem menores,
devido à sedimentação e à aderência a que ficam sujeitas nos grãos de areia. Além
do mais, os filtros lentos são capazes de remover a quase totalidade das bactérias
patogênicas e quistos de ameba, bem como, parte do gosto e odor da água, em
decorrência de ações biológicas e bioquímicas, promovidas pela película de
sujeira, conhecida por schmutzdecke, que envolve os grãos de areia situados nos
primeiros milímetros superiores de leito filtrante. Tal película só se forma depois
de certo tempo de funcionamento do filtro, geralmente um a três meses,
conhecidos por período de maturação.
A resistência ao escoamento, inicialmente pequena, cresce à medida que a
areia vai-se colmatando pelas impurezas retidas, até atingir certos valores, quando
estão determina a limpeza do filtro, para que este retorne às condições inicias de
funcionamento.
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As taxas de filtração variam, normalmente, de 2 a 6m3/m2/dia, conforme a
qualidade da água.
Devem ser utilizadas, no mínimo, duas unidades filtrantes, para que uma
mantenha o suprimento d’água, enquanto a outra estiver fora de uso para limpeza
ou reparo.
São utilizados nos casos em que a água bruta apresenta pouca turbidez e
baixa cor, não exigindo tratamento químico (coagulação - decantação). A camada
filtrante é constituída de areia mais fina e a velocidade com que a água atravessa a
camada filtrante é relativamente baixa.
Detalhes de projeto. A altura interna do filtro, geralmente com três metros, é
desdobrada de cima para baixo pela folga de 0,40m, pela camada de água de
1,30m, pelo leito de areia de 1,00m e pela camada de 0,30m de cascalho.
A areia, depois de convenientemente selecionada, deve possuir tamanho
efetivo de o,25 a 0,35 mm e coeficiente de uniformidade de 2 a 3.
O cascalho é constituído de subcamadas que, de cima para baixo,
possuem espessura de 5cm, 8cm e 17cm, com grão variando, respectivamente, de
1,5 a 3,5mm, de 10 a 20mm e de 20 a 50mm.
Para evitar que o jato d’água de entrada abra crateras no leito de areia
costuma-se usar um dispositivo amortecedor, como a placa semicircular como
vertedor.
Limpeza do filtro. Quando o filtro entra em funcionamento, a perda de carga é
pequena, raramente ultrapassando 6 cm, o que pode ser constatado com um tubo
piezométrico transparente, instalado na tubulação efluente. Com o decorrer do
tempo, a areia vai-se colmatando e, quando a perda de carga atinge seu valor
limite de 1,20m, oportunidade em que o nível d’água no tubo piezométrico fica a
10cm acima do nível da areia, a limpeza desta deve ser providenciada.
Para a limpeza do filtro, começa-se por esvaziá-lo de água para em
seguida ser procedida a raspagem superficial do leito de areia, do qual são
retirados os primeiros centímetros, justamente onde se encontra a camada
biológica com as impurezas retidas. Terminada a operação, o filtro retorna ao
funcionamento normal.
As raspagens, intervaladas de um a seis meses, a depender da qualidade
da água, são feitas até que a espessura da camada filtrante fique reduzida a 60 cm,
oportunidade em que os 40 cm retirados em diversas operações devem ser
repostos, de uma só vez, com areia original já devidamente lavada.
Corte longitudinal de um filtro lento.
b) Filtros Rápidos
A filtração rápida consiste na passagem da água através de um material
poroso, com velocidade bem superior à da filtração lenta.
Nos filtros rápidos convencionais, a velocidade de filtração é da ordem de
120m3m2/dia.
A filtração rápida por si mesma é incapaz de remover a cor da água. Por
outro lado, a colmatação do leito filtrante processa-se tanto mais rapidamente
quando maiores a turbidez e a velocidade de filtração. Daí a razão de os filtros
rápidos serem mais utilizados para complementar a coágulo-sedimentação, já que
esta tem condições de produzir água de baixa cor e turbidez. Estão cabe aos filtros
a ação, quase exclusiva, de reter os flocos que escapam aos decantadores. E tanto
assim é, que pesquisas estão sendo feitas visando a evitar essa fuga, o que
dispensaria a posterior filtração da água.
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Por outro lado, resultados satisfatórios estão sendo obtidos com a
filtração de baixo para cima (ascendente), livre da coágulo-sedimentação prévia,
desde que a turbidez da água não ultrapasse certos limites.
Detalhes de projeto. No filtro rápido convencional utiliza-se uma camada de areia
com espessura da ordem de 0,75m, tamanho efetivo de 0,45 a 0,55mm e
coeficiente de uniformidade de 1,3 a 1.7, situada sobre uma camada de pedregulho
com cerca de 0,40m de espessura, ficando o conjunto dentro de uma caixa,
geralmente de concreto armado e de base retangular.
A camada de pedregulho assenta sobre uma placa provida de orifícios,
denominados fundo falso, situada pouco acima do fundo verdadeiro.
Superiormente o filtro é provido de canaletas para receber a água de
lavagem e, lateralmente, de uma câmara onde cai essa mesma água de lavagem.
Funcionamento. A água que sai do decantador tem acesso ao filtro através de
uma tubulação cujo registro 1 se encontra aberto, bem como aberto está o de n0 2
do conduto que dá saída à água filtrada, conduzindo-a ao reservatório. Os demais
registros 3, 4 e 5 permanecem fechados.
Enquanto a filtração descendente da água vai se processando à velocidade
constante, graças ao controlador de vazão 6, a areia vai colmatando-se
gradativamente pelas partículas em suspensão (flocos), que vão sendo retidas. Em
decorrência, a perda de carga também vai aumentando gradativamente até atingir
um valor limite que não deve ser ultrapassado.
Limpeza. Atingida a perda de carga limite, o que ocorre geralmente após um dia
de funcionamento do filtro, a areia deste deve ser lavada por inversão de corrente.
Para tanto. Inicialmente fecha-se o registro 1 e, em seguida, o 2, este no momento
em que o nível d’água, ao baixar, atinge o nível superior da camada de areia.
Então é aberto o registro 3 e logo após o 4, cuja tubulação conduz a água de
lavagem para o fundo falso, água esta que vai subindo no filtro com velocidade
cerca de oito vezes maior que a filtração convencional. Com a subida da água a
areia expande-se dando condições para que as partículas retidas, relativamente
leves, como os flocos, sejam arrastadas e conduzidas para as canaletas de lavagem,
de onde passam para a câmara lateral, encontrando saída pela tubulação de esgoto.
A água de lavagem ao transbordar para as canaletas e daí para a câmara lateral,
inicialmente bastante escura, vai gradativamente clareando-se num período de
cinco a sete minutos, findo o qual a areia já se encontra limpa, oportunidade em
que são fechados os registros 4 e 3, e abertos os de n0 1 e 5, este quando o nível
d’água atingir sua posição normal de filtração.
Diferem dos filtros lentos não só pela velocidade de filtração como pela
sua construção e modo de operação. São constituídos com condições de
autolavagem através da inversão do fluxo normal de funcionamento. Os filtros
rápidos recebem, geralmente, água tratada quimicamente e podem ser constituídos
de concreto armado (filtros de gravidade) ou de chapas metálicas (filtros de
pressão).
Esquema de um filtro rápido convencional .
10.1.5 - Desinfecção
A desinfecção d’água para fins de abastecimento constitui medida que,
em caráter corretivo ou preventivo, deve ser obrigatoriamente adotada em todos os
sistemas públicos. Somente um processo de desinfecção bem controlado, antes
d’água atingir o ponto de consumo, é que poder garantir a qualidade d’água. Do
ponto de vista da saúde pública.
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Os produtos normalmente utilizados para desinfecção d’água de
abastecimento público são:
a) cloro (cloro gás ou cloro liquido);
b) hipoclorito de cálcio (ClO)2Ca, encontrado comercialmente sob a forma de pó;
c) hipoclorito de sódio (ClONa), encontrado comercialmente sob a forma
de solução;
d) cal clorada (CaOCl2), encontrada no comércio sob a forma de pó.
Para a adição desses produtos à água em geral são utilizados dosadores
denominados, de acordo com o produto a ser utilizado, cloradores ou
hipocloradores.
10.2 – Esquema Geral de uma Estação de Tratamento
O O O O
CASA DE QUÍMICA
Sulfato Cal Cloro Fluor
Água brutaMistura Rapida
Floculação Decantação FlitraçãoReservatório
Distribuição
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11 - SISTEMAS DE ESGOTOS SANITÁRIOS
11.1- Introdução
Os dejetos humanos podem ser veículos de germens patogênicos de
várias doenças, dentre as quais febre tifóide e paratifóide, diarréias infecciosas,
amebíase, ancilostomíase, esquistossomose, teníase, ascaridíase etc. Por isso,
torna-se indispensável afastar as possibilidades de seu contado com:
- o homem - águas de abastecimento
- vetores (moscas, baratas) - alimentos
Observa-se que, devido à falta de medidas práticas de saneamento e de
educação sanitária, grande parte da população tende a lançar os dejetos
diretamente sobre o solo, criando, desse modo, situações favoráveis à transmissão
de doenças.
A solução ideal é a construção de privadas com veiculação hídrica,
ligadas a um sistema público de esgotos, com adequado destino final. Essa solução
é, contudo, impraticável no meio rural e às vezes difícil, por razões principalmente
econômicas, em muitas comunidades urbanas e suburbanas. Nesses casos são
indicadas soluções isoladas para cada domicílio.
11.2 - Características das Águas Resíduarias
11.2.1 - Características Físicas
As características físicas dos esgotos podem ser interpretadas pela
obtenção das grandezas correspondentes às seguintes determinações:
matéria sólida;
temperatura;
odor;
cor;
turbidez.
Matéria sólida
Das características físicas, o teor de matéria sólida é o de maior
importância em termos de dimensionamento e controle de operação das unidades
de tratamento. A remoção da matéria sólida é fonte de uma série de operações
unitárias de tratamento, ainda que represente apenas cerca de 0,1% dos esgotos (a
água compõe os restantes 99,9%).
Classificação da matéria sólida
a) em função das dimensões das partículas:
sólidos em suspensão;
sólidos coloidais;
sólidos dissolvidos.
b) em função da sedimentabilidade:
sólidos sedimentáveis;
sólidos flutuantes ou flotáveis;
sólidos não sedimentáveis.
c) em função da secagem, a alta temperatura (550 a 600oC)
sólidos fixos;
sólidos voláteis.
d) em função da secagem em temperaturas médias (103 a 105oC)
sólidos totais;
sólidos em suspensão;
sólidos dissolvidos.
Temperatura
A temperatura dos esgotos é, em geral pouco superior à das águas de
abastecimento (pela contribuição de despejos domésticos que tiveram as águas
aquecidas). Pode, no entanto, apresentar valores reais elevados, pela contribuição
de despejos industriais. Normalmente, a temperatura nos esgotos está acima da
temperatura do ar, à exceção dos meses mais quentes do verão, sendo típica a faixa
de 20 a 25oC.
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Em relação aos processos de tratamento sua influência se dá,
praticamente:
nas operações de natureza biológica ( a velocidade de decomposição do esgoto
aumenta com a temperatura, sendo a faixa ideal para a atividade biológica 25 a
35oC, sendo ainda 15oC a temperatura abaixo da qual as bactérias formadoras
do metano se tornam inativas da digestão anaeróbia);
nos processos de transferência de oxigênio (a solubilidade do oxigênio é menor
nas temperaturas mais elevadas);
nas operações em que ocorre o fenômeno da sedimentação (o aumento da
temperatura faz diminuir a viscosidade melhorando as condições de
sedimentação).
Odor
Os odores característicos dos esgotos são causados pelos gases formados
no processo de decomposição.
Há alguns tipos principais de odores, bem característicos:
odor de mofo, razoavelmente suportável, típico do esgoto fresco;
odor de ovo podre, ―insuportável‖, típico do esgoto velho ou séptico, que
ocorre devido á formação de gás sulfídrico proveniente da decomposição do
lodo contido dos despejos;
odores variados, de produtos podres, como de repolho, legumes, peixe, podres;
de matéria fecal; de produtos rançosos; de acordo com a predominância de
produtos sulfurosos, nitrogenados, ácidos orgânicos, etc.
Quando ocorrem odores diferentes e específicos, o fato se deve à
presença de despejos industriais.
Cor e turbidez
A cor e a turbidez indicam de imediato, e aproximadamente, o estado de
decomposição do esgoto, ou sua ―condição‖.
A tonalidade acinzentada da cor é típica do esgoto fresco. A cor preta é
típica do esgoto velho e de uma decomposição parcial. Os esgotos podem, no
entanto, apresentar qualquer outra cor, nos casos de contribuição importante de
despejos industriais, como por exemplo, dos despejos de indústria têxteis ou de
tintas.
A turbidez não é usada como forma de controle de esgoto bruto, mas
pode ser medida para caracterizar e eficiência do tratamento secundário, uma vez
que pode ser relacionada à concentração de sólidos em suspensão.
11.2.2 - Características Químicas
A origem dos esgotos permite classificar as características químicas em
dois grandes grupos: da matéria orgânica e da matéria inorgânica.
Basicamente 70% dos sólidos do esgoto são de origem orgânica.
Geralmente estes compostos orgânicos são uma combinação de carbono,
hidrogênio, algumas vezes com nitrogênio.
Os grupos de substância orgânica dos esgotos são constituídos
principalmente por:
compostos de proteínas (40 a 60%);
carboidratos (25 a 50%);
gordura e óleos (10%);
uréia, sulfatantes, fenóis, pesticidas (típicos de despejos industriais, em
quantidade), etc.
Demanda bioquímica de oxigênio
A forma mais utilizada para se medir a quantidade de matéria orgânica
presente é através da determinação da DBO, mede a quantidade de oxigênio
necessária para estabilizar biologicamente a matéria orgânica presente numa
amostra, após um tempo dado (tomado para efeito de comparação em 5 dias) e a
uma temperatura padrão (20oC, para efeito de comparação).
Normalmente a DBO5 dos esgotos domésticos varia entre 100 e 300 mg/l,
de acordo com a condição, e nos tratamentos completos, deseja-se atingir uma
redução de DBO5 até uma faixa de 20 a 30 mg/l.
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As formas de nitrogênio
Pode-se conhecer a presença e estimar o grau de estabilização da matéria
orgânica pela verificação da forma como estão presentes os compostos de
nitrogênio na água residuaria.
O nitrogênio presente no esgoto fresco está quase todo combinado sob
forma de proteínas e uréia; as bactérias no seu trabalho de oxidação biológica
transformam o nitrogênio presente primeiramente em amônia, depois em nitritos e
depois em nitratos.
Demanda química de oxigênio
A DQO corresponde à quantidade de oxigênio necessária para oxidar a
fração orgânica de uma amostra que seja oxidável pelo permanganato ou
dicromato de potássio em solução ácida.
Demanda total de oxigênio
Consiste em uma determinação instrumental capaz de não ser afetada por
certos poluentes que interferem mesmo no teste da DQO.
Demanda teórica de oxigênio
Corresponde à quantidade de oxigênio que estequeometricamente seria
necessário para oxidar completamente um dados composto.
11.2.3- Características Biológicas
Os principais organismos encontrados nos rios e nos esgotos são: as
bactérias, os fungos, os protozoários, os vírus e os grupos de plantas e de animais.
As bactérias constituirão talvez o elemento mais importante
deste grupo de organismos, responsáveis que são pela decomposição e
estabilização da matéria orgânica, tanto na natureza como nas unidades
convencionais de tratamento.
Indicadores da poluição
Há vários organismos cuja presença num corpo d’água indica uma forma
qualquer de poluição. Para indicar no entanto a poluição de origem humana e para
medir a grandeza destas contribuição, usa-se adotar os organismos do grupo
coliforme como indicador.
As bactérias coliforme são típicas do intestino do homem e de outros
animais de sangue quente (mamíferos em geral), e justamente por estarem sempre
presente no excremento humano (100 a 400 bilhões de coliforme/hab. dia) e serem
de simples determinação, são adotadas como referência para indicar e medir a
grandeza da poluição. A bactéria coliforme, sozinha, não transmite qualquer
doença; mas se excretada por indivíduo doente, portador de um organismo
patogênico, ela virá acompanhada destes organismos capaz de trazer as conhecidas
doenças de veiculação hídrica.
A medida dos coliforme é data por uma estimativa estatística de sua
concentração, conhecida como o Número Mais Provável de Coliforme (NPM/ml
ou NPM/100ml), determinada por técnicas próprias de laboratório.
O esgoto bruto contém cerca de 109 a 1010 NMP/100 ml de coliformes
totais, e de 108 a 109 NMP/100 ml de coliformes fecais.
11.3 - Finalidade do Tratamento
11.3.1 - Importância Sanitária
Sob o aspecto sanitário, o destino adequado dos dejetos humanos visa,
fundamentalmente, ao controle e à prevenção de doenças a eles relacionadas. As
soluções a serem adotadas terão os seguintes objetivos:
evitar a poluição do solo e dos mananciais de abastecimento de água;
evitar o contado do solo e dos mananciais de abastecimento de água;
evitar o contato de vetores com as fezes;
propiciar a instituição de hábitos higiênicos na população;
promover o conforto e atender ao senso estético.
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11.3.2 - Importância Econômica
A ocorrência de doenças, principalmente doenças infecciosas e
parasitárias ocasionadas pela falta de condições adequadas de destino dos dejetos,
pode levar o homem à inatividade ou reduzir sua potencialidade para o trabalho,
transformando-o de unidade produtiva a uma carga para a saciedade.
Assim, tem-se em vista, em primeiro lugar, preservar a capacidade de
produção do homem. Outros aspectos também são considerados:
aumentar a vida média do homem, pela redução da mortalidade em
conseqüência da redução dos casos de doenças;
diminuir as despesas referentes ao tratamento das doenças evitáveis;
reduzir o custo do tratamento da água de abastecimento, através da prevenção
da poluição dos mananciais;
controlar a poluição das praias e dos locais de recreação com o objetivo de
promover o turismo e obter o conseqüente aumento da renda;
preservar a fauna aquática, especialmente os criadouros de peixes.
11.4 - Soluções Individuais para Destino dos Despejos
a - soluções sanitárias
Não existindo água encanada, usam-se:
privada com fossa seca
privada com fossa estanque
privada com fossa de fermentação
privada química
Existindo água encanada no domicílio, pode ser utilizada privada de vaso
sanitário, mas, quando a localidade não dispõe de sistema de esgotos sanitários
(rede de esgoto), o efluente do vaso sanitário é conduzido a:
tanque séptico
tanque Imnhoff ou OMS
b - Soluções não sanitárias:
privada com receptáculos móveis
fossa negra : é denominação dada a toda fossa destinada a dejetos e efluentes
de tanques sépticos que atinja diretamente o lençol subterrâneo de água. É uma
solução condenável em saneamento. Será tolerada desde que não se utilize nem
se considere a possibilidade de utilizar água subterrânea, para abastecimento na
área em que se localizar a fossa.
Privada construída sobre curso de água: utilizada por habitantes da zona
rural que residem na proximidade de córregos. A casinha é construída sobre
estacas à beira do córrego, geralmente próxima de barrancos. Os dejetos são
lançados diretamente dentro da água.
Privada sem fossa: possui apenas a casinha construída a pequena altura do
solo. Os dejetos são lançados diretamente na superfície do solo e ingeridos por
porcos e galinhas.
Privada de vaso sanitário cujo efluente é lançado na superfície do solo,
geralmente em pequenas valas.
11.5 - Fossa Séptica
11.5.1 - Histórico
As pesquisas de caráter histórico registram como inventor das fossas
sépticas Jean Louis Mouras que, em 1860, construiu um tanque de alvenaria, no
qual eram coletados, antes de serem encaminhados para um sumidouro, os
esgotos, restos de cozinha e águas pluviais de uma pequena habitação em Veoul,
na França. Este tanque, aberto 12 anos mais tarde, não apresentava acumulada a
quantidade de sólidos que foi previamente estimada em função da redução
apresentada no efluente líquido do tanque.
Posteriormente, em colaboração com o Abade Moigne, autoridade
científica da época, J. L. Mouras realizou uma série de experiência e, em face dos
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43
resultados obtidos, registrou a patente do modelo testado em 2 de setembro de
1881.
A fossa Mouras consistia em um tanque hermético, no qual o afluente era
encaminhado para o interior da fossa através de tubulações conectadas a uma peça
submersa na massa líquida; o efluente era descarregado através de tubulação a
jusante.
11.5.2 - Conceito
Fossa séptica é um dispositivo de tratamento de esgotos destinado a
receber a contribuição de um ou mais domicílios e com capacidade de dar aos
esgotos um grau de tratamento compatível com a sua simplicidade e custo.
Como os demais sistemas de tratamento, deverá dar condição aos seus
efluentes de:
impedir perigo de poluição de mananciais destinados ao abastecimento
domiciliar;
impedir alteração das condições de vida aquática nas águas receptoras;
não prejudicar as condições de balneabilidade de praias localidades de recreio
e esporte;
impedir perigo de poluição de águas subterrâneas, de água localizadas (lagos
ou lagoas, de cursos d’água que atravessem núcleos de população, ou de águas
utilizadas na dessedentação de rebanhos e na horticultura, além dos limites
permissíveis, a critérios do órgão local responsável pela Saúde Pública.
11.5.3 - Dimensionamento
A fossa séptica deverá ser projetada de modo que as suas dimensões
atendam satisfatoriamente a vazão afluente e que permita manutenção fácil,
econômica e segura. (NBR 7229/93)
11.5.3.1 - Volume
V = 1000 + N(CT + KLf)
Onde:
V = volume útil em litros
N = número de pessoas
C = contribuição de despejos, em litros/pessoa x dia (tab 11.1)
T = período de detenção, em dias (Tab 11.2)
K = taxa de acumulação de lodo digerido em dias equivalente ao tempo de
acumulação de lodo fresco (Tab 11.3)
Lf = contribuição de lodo fresco, em litros/pessoa x dia (Tab 11.1)
Tabela 11.1 - Contribuição diária de esgoto (C) e de lodo fresco por tipo de
prédio e de ocupantes
Prédio
Unidade
Contribuição
de esgoto (C)
Contribuição
de lodo
fresco (Lf)
1 – Ocupantes permanentes
- residência
padrão alto
padrão médio
padrão baixo
- hotel (exceto lavanderia e cozinha)
- alojamento provisório
pessoa
pessoa
pessoa
pessoa
pessoa
160
130
100
100
80
1
1
1
1
1
2 - Ocupantes temporários
- fabrica em geral
- escritório
- edifícios públicos ou comerciais
- escolas (externatos) e locais de
longa permanência
- bares
- restaurantes e similares
- cinemas, teatros locais de curta
permanência
pessoa
pessoa
pessoa
pessoa
pessoa
refeição
lugar
70
50
50
50
5
25
2
0,30
0,20
0,20
0,20
0,10
0,10
0,02
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Tabela 11. 2 - período de detenção dos despejos,
por faixa de contribuição diária
Tabela 11.3 - taxa de acumulação total de lodo (K), em dias, por
intervalo entre limpezas e temperaturas do mês mais frio
Intervalo entre
limpezas (anos)
Valores de K por faixa de temperatura
ambiente (t) em 0C
1
2
3
4
5
t <= 10
94
134
174
214
254
10 <= t <=20
65
105
145
185
225
t >= 20
57
97
137
177
217
Tabela 11.4 - Profundidade útil mínima e máxima, por faixa de
volume útil
Volume útil (m3)
Profundidade útil
mínima (m)
Profundidade útil
máxima (m)
Até 6,0
De 6,0 a 10,0
Mais que 10,0
1,20
1,50
1,80
2,20
2,50
2,80
11.5.3.2 - Geometria dos Tanques
Os tanques sépticos podem ser cilíndricos ou prismáticos retangulares. Os
cilíndricos são empregados em situações onde se pretende minimizar a área útil
em favor da profundidade; os prismáticos, nos caso em que sejam desejáveis
maior área horizontal e menor profundidade.
11.5.3.3 - Medidas Internas Mínimas
As medidas internas dos tanques devem observar o que segue:
profundidade útil: varia entre os valores mínimos e máximos recomendados na
tabela 4, de acordo com o volume útil;
diâmetro interno mínimo - 1,10m;
largura interna mínima - 0,80m;
relação comprimento/largura para tanques prismáticos retangulares: mínimo
2:1, máximo 4:1
a, b 5 cm; c = 1/3 h
Contribuição diária
(L)
Tempo de detenção
(dia)
Até 1500
De 1501 a 3000
De 3001 a 4500
De 4501 a 6000
De 6001 a 7500
De 7501 a 9000
Mais de 9000
1
0,92
0,83
0,75
0,67
0,58
0,50
C5cm
5cm
5cm
L
b
Entrada Saída
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11.5.4 - Disposição do Efluente Líquido dos Tanques Sépticos
O efluente líquido é potencialmente contaminado, com odores e aspectos
desagradáveis, exigindo, por estas razões, uma solução eficiente de sua disposição.
Entre os processos eficientes e econômicos de disposição do efluente
líquido das fossas têm sido adotados os seguintes tipos:
diluição (cornos d’água receptores): para o Tanque Séptico a proporção é de
1:300;
sumidouro;
vala de infiltração e filtração;
filtro de areia;
filtro anaeróbio.
A escolha do processo a ser adotado deve considerar os seguintes fatores:
natureza e utilização do solo;
profundidade do lençol freático;
grau de permeabilidade do solo;
utilização e localização da fonte de água de subsolo utilizada para consumo
humano;
•volume e taxa de renovação das águas de superfície.
11.5.5. - Disposição do Efluente Sólido
A parte sólida retida nas fossas sépticas (lodo) deverá ser renovada
periodicamente, de acordo com o período de armazenamento estabelecido no
cálculo destas unidades. A falta de limpeza no período fixado acarretará
diminuição acentuada da sua eficiência.
Pequeno número de tanque séptico instalados e de pouca capacidade não
apresentam problemas para a disposição do lodo. Nestes casos, o lançamento no
solo, a uma profundidade mínima de 0,60m, e mesmo em rios, poderá ser uma
solução, desde que o local escolhido não crie um problema sanitário. Quando o
número de tanque séptico for bastante grande ou a unidade utilizada é de grande
capacidade, o lodo não poderá ser lançado no solo e nem nos rios, mas sim
encaminhado para um leito de secagem.
11.5.6 - Eficiência
A eficiência do tanque séptico é normalmente expressa em função dos
parâmetros comumente adotados nos diversos processos de tratamento. Os mais
usados são: Sólidos em suspensão e Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO). As
quantidades de cloretos, nitrogênio amoniacal, material graxo e outras substâncias
podem interessar em casos particulares, A tabela .5 Apresenta dados de eficiência
das unidades de tratamento.
11.5.6.1 - Sólidos em Suspensão
O tanque séptico, projetado e operado racionalmente, poderá obter
redução de sólidos em suspensão em torno de 60%.
11.5.6.2 - Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO)
A remoção de DBO poderá ser da ordem de:
vazão em tomo de 2000 1/dia— 35 a 61%;
vazão em torno de 1000 1/dia— 49 a 60%.
11.5.6.3 - Influência de Outras Substâncias
Os esgotos contendo sabões nas proporções normalmente utilizadas, de
20 a 25mg/l, não prejudicam o sistema. No entanto, sob nenhum propósito deverá
ser lançado, nos tanques, soluções de soda cáustica, que além da interferência em
sua eficiência, provocará a colmatação dos solos argilosos.
Estudos realizados demonstraram não haver qualquer evidência de que os
detergentes usualmente utilizados nas residências, nas proporções em que
normalmente encontradas nos esgotos, possam ser nocivos para o funcionamento
dos tanques sépticos.
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Tabela 11.5 - Eficiência das Unidades de Tratamento
Unidade de Tratamento Eficiência na Remoção
de DBO (%)
Tanque séptico de câmara única ou de câmara
sobreposta
30 a 50
Tanque séptico de câmara em série 35 a 65
Valas de filtração 75 a 95
Filtro anaeróbio 70 a 90
11.6 - Filtro Anaeróbio
O filtro anaeróbio é usado para:
dotar o efluente líquido das fossas sépticas de características dentro dos
padrões de qualidade exigidos para o corpo d’água receptor
dotar as normas de opção entre as soluções para o problema gerado pela
inviabilidade de infiltração de efluente líquidos da fossa séptica no terreno.
O filtro pode ter forma cilíndrica ou prismática, com fundo falso
perfurado.
O leito filtrante já incluso a altura do fundo falso deve ser limitada a 1,20
m, que é constante para qualquer volume obtido no dimensionamento. O fundo
falso deve ser limitado a 0,60m, já incluso a espessura da laje. O material filtrante
deve ter a granulometria mais uniforme possível, podendo varias entre 0,04m e
0,07m ou ser adotada a pedra britada no4.
O volume útil mínimo do leito filtrante deve ser de 1000 litros.
Deve ser prevista uma perda de carga hidráulica entre o nível no tanque
séptico e o nível no filtro anaeróbio de 0,10m.
11.6.1 - Dimensionamento
a) volume útil (v) V = 1,60 NCT
onde:
N = número de contribuintes
C = contribuição de despejos (l/pessoa x dia) (tab. 1)
T = período de detenção (dias) (tab. 6)
b) seção horizontal (S)
S = V / 1,20
Tabela 11.6 – Tempo de detenção hidráulica de esgoto(T) por faixa de vazão e
temperatura do esgoto (em dias)
Vazão
L/dia
Temperatura média do mês mais frio
Abaixo de 15 oC Entre 15 e 25 oC Maior eu 25 oC
Até 1500 1.17 1.00 0.92
1501 – 3000 1.08 0.92 0.83
3001 – 4500 1.00 0.83 0.75
4501 – 6000 0.92 0.75 0.67
6001 – 7500 0.83 0.67 0.58
7501 - 9000 0.75 0.58 0.50
Acima de 9000 0.75 0.50 0.50
11.6.2 – Aspectos a Serem Observados na Construção do Filtro Anaeróbio
O volume útil mínimo do leito filtrante deve ser de 1000 litros;
A altura do leito filtrante, já incluindo a altura do fundo deve ser limitada a
1,20 m.;
A altura do fundo falso deve ser limitada a 0,60 m, já incluindo a espessura da
laje;
No caso de haver dificuldades de construção do fundo falso, todo o volume do
leito pode ser preenchido por meio filtrante. Neste caso, o esgoto afluente
deve ser introduzido até o fundo, a partir do qual é distribuído sobre todo do
filtro através de tubos perfurados.
Detalhe de um filtro circular.
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Filtro anaeróbio tipo retangular totalmente enchido de brita
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11.7 - Sumidouro
Os sumidouros são também conhecidos como poços absorventes,
recebendo os efluentes diretamente das fossa sépticas, tendo, portanto, vida útil
longa devido à facilidade de infiltração do liquido praticamente isento dos sólidos
causadores da colmatação do solo. Esta é a principal diferença entre sumidouros e
outros dispositivos de lançamento dos esgotos em covas: latrina, fossa seca, etc.
Os sumidouros devem ter as paredes revestidas de alvenaria de tijolos, assentes
com juntas livres, ou de anais (ou placas) pre-moldadas de concreto,
convenientemente furadas, e ter enchimento no fundo de cascalho, ou pedra
britada de pelo menos 0,50m de espessura.
As lajes de cobertura dos sumidouros devem ficar no nível do terreno, ser
de concreto armado e dotadas de aberturas de inspeção com tampão de fechamento
hermético, cuja menor dimensão em seção seja de
0,60m.
O fundo do sumidouro deverá estar a uma profundidade de 1,5m acima
do lençol de água, para evitar a poluição da água subterrânea.
As dimensões dos sumidouros são determinadas em função da capacidade
de absorção do terreno. Devendo ser considerada como superfície útil de absorção
a superfície do fundo e das paredes laterais até o nível de entrada do efluente do
tanque séptico.
A = V
Tma
onde:
V = volume total diário de esgoto (m3dia);
Tma = taxa máxima de aplicação diária e infiltração em litros por (m³/m² dia).
11.7.1 - Teste de Percolação
O teste de percolação pode ser feito da seguinte maneira:
Em três pontos do terreno onde vai ser utilizado para disposição do
efluente da fossa séptica :
Com o trado de 150mm de diâmetro, escavar um cava vertical de modo que o
fundo da cava esteja aproximadamente no mesmo nível previsto para o fundo
do campo de infiltração.
Retirar o material solto no fundo da cava e cobrir o fundo com cerca de 0,05m
de brita.
Encher a cava com água a profundidade de 0,30m do fundo e manter esta
altura durante pelo menos 4 horas, completando com água na medida em que
desce o nível. Este período deve ser prolongado para 12 horas ou mais se o
solo for argiloso; esta constitui uma etapa preliminar para saturação do solo;
Se toda a água inicialmente colocada infiltrar no solo dentro de 10 minutos,
pode-se começar o ensaio imediatamente;
Exceto para solo arenoso, o ensaio de percolação não dever ser feito 30 horas
após o inicio da etapa de saturação do solo.
Determinação da taxa de percolação K
Colocar 0,15m de água na cava acima da brita, cuidando-se para que durante
todo o ensaio, não seja permitido que o nível da água supere 0,15m;
Imediatamente após o enchimento, determinar o abaixamento no nível d’água
na cava a cada 30 minutos (queda do nível) e após cada determinação colocar
mais água e retornar ao nível de 0,15m;
O ensaio deve prosseguir até que se obtenha diferença de rebaixamento dos
níveis entre as duas determinações sucessivas inferior a 0,015m, em pelo
menos três medições necessariamente;
No solo arenoso, quando a água colocada se infiltra no período inferior a 30
minutos, o intervalo entre as leituras deve ser reduzido para 10 minutos,
durante uma hora, assim sendo, nesse caso, o valor da queda a ser utilizado é a
queda da última leitura;
Calcular a taxa de percolação para cada cava escavada, a partir dos valores
apurados, dividindo-se o intervalo de tempo entre determinações pelo
rebaixamento lido na última determinação.
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Por exemplo: se o intervalo utilizado é de 30 minutos e o desnível
apurado é de 0,03m, temos a taxa de percolação de 30/0,03 = 1000 min/m;
O valor médio da taxa de percolação da área é obtido calculando a média
aritmética dos valores das cavas;
O valor real a ser utilizado no cálculo da área necessária da vala de infiltração,
deve ser especificado na tabela 11.7;
Obtém-se o valor da área total necessária para área de infiltração, dividindo-se
o volume total diário estimado de esgoto (m³/dia) pela taxa máxima de
aplicação diária.
Tabela 11.7 – Conversão de valores de taxa de percolação em taxa de
aplicação superficial
Taxa de
percolação
(min/m)
Taxa máxima
de aplicação
diária
(m³/m² dia)
Taxa de
percolação
(min/m)
Taxa máxima de
aplicação diária
(m³/m² dia)
40 ou menos 0.20 400 0.065
80 0.14 600 0.053
120 0.12 1200 0.037
160 0.10 1400 0.032
200 0.09 2400 0.024
11.7.2 - Aspectos a Serem Observados na Construção do Sumidouro
A distância máxima na horizontal e vertical entre furos é de 0,20m;
Diâmetro mínimo dos furos pe de 0,015m;
A distância D entre os sumidouros deve ser maior que 3 vezes o diâmetro dos
mesmos e nunca menor que 6 metros.
Detalhe de um sumidouro circular
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11.8 – Vala de Infiltração
O sistema de vala de infiltração consiste em um conjunto de canalização
assentado a uma profundidade determinada, em um solo cujas características
permitam a absorção do esgoto efluente do tanque séptico. A percolação do
líquido através do solo permitirá a mineralização dos esgotos, antes que os
mesmos se transforme em fonte de contaminação das águas subterrâneas e de
superfície. A área por onde são assentadas as canalizações de infiltração também
são chamados de ―campo de nitrificação‖
11.8.1 - Dimensionamento
Para determinação da área de infiltração do solo, utiliza-se a mesma
fórmula do sumidouro, ou seja: A = V/Tma. Para efeito de dimensionamento da
vala de infiltração, a área encontrada se refere apenas ao fundo da vala.
No dimensionamento tem que se levar em conta as seguintes orientações:
em valas escavadas em terreno, com profundidade entre 0,60m e 1,00m,
largura mínima de 0,30m, devem ser assentados em tubos de drenagem de no
mínimo l00mm de diâmetro;
a tubulação deve ser envolvida em material filtrante apropriado e
recomendável para cada tipo de tubo de drenagem empregado, sendo que sua
geratriz deve estar a 0,30m acima da soleira das valas de 0,50m de largura ou
até 0,60m, para valas de 1,00m de largura. Sobre a câmara filtrante deve ser
colocado papelão alcatroado, laminado de plástico, filme de termoplástico ou
similar, antes de ser efetuado o enchimento restante da vala com terra;
a declividade da tubulação deve ser de 1:300 a 1:500;
deve haver pelo menos duas valas de infiltração para disposição do efluente
de um tanque séptico;
Pode-se optar por três valas, cada uma com 50% da capacidade total.
comprimento máximo de cada vala de infiltração é de 30m;
espaçamento mínimo entre as laterais de duas valas de infiltração é de no
mínimo 2,00 m;
Detalhes da vala de infiltração.
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11.9 Desinfecção
A desinfecção tem por objetivo reduzir a quantidade de microorganismos
patogênicos, provenientes dos sistemas de tratamento de esgoto, atinjam os corpos
hídricos, uma vez estes microorganismos são potencialmente transmissores de
doenças.
Um dos desinfetantes mais utilizados tem sido o cloro, pois tem se
mostrado um agente eficaz no controle das bactérias do grupo coliforme.
O processo de desinfecção consiste basicamente em fazer com que o
agente desinfetante entre em contato com o esgoto a ser desinfetado e permaneça
por um período e contato, este período é chamado de tempo de contato. Ao se
utilizar pastilhas de cloro pode-se considerar 30 minutos como tempo de contado.
Dimensionamento do clorador:
Volume = (N*C) / 48
Sendo: N = número de contribuintes;
C = contribuição percapita de esgoto, em litros por habitante dia.
VAR
h
CORTE
PASTILHA DE CLORO
TAMPA REMOVÍVEL
b
CAP C/ FUROS
L
PLANTA
P/ PASTILHA
11.9 - Tratamento de Esgoto
11.9.1 - Considerações Gerais
Se colocássemos o esgoto em uma batedeira de bolo e o agitássemos por
um certo tempo, ele deixaria de ser esgoto e passaria a ser água com um pouco de
sais minerais. Do ponto de vista prático, este ―milagre‖ originou-se da turbulência
provocada pela hélice da batedeira, captando oxigênio do ar. Na verdade, porém,
ente mecanismo é mais complexo, uma vez que o oxigênio para estabilizar ou
oxidar as matérias orgânicas tem necessidade da co-participação de
microrganismos aeróbios. Trata-se, pois de um mecanismo biológico que é o
responsável pelo fenômeno de autodepuração dos rios.
O mesmo resultado poderia ser obtido se, em lugar da agitação violenta,
introduzíssemos ar no esgoto, com auxilio de uma bomba de ar (usada dos
aquários ornamentais) ou, ainda, pulverizando o esgoto em forma de garoa, cuja
gotículas, em um contado com o ar, absorvessem o seu oxigênio. Finalmente, se
colocássemos esse esgoto em um aquário cheio de algas e exposto à luz,
obteríamos igualmente a sua depuração, graças ao oxigênio produzido pela
fotossíntese. Estes são, na verdade, as três alternativas básicas para tratamento
biológico aeróbio dos esgotos.
O tratamento biológico dos esgotos nada mais é que uma imitação de
processos que ocorrem normalmente na natureza, os quais recebem globalmente a
denominação de autodepuração. Neste processo, transformações cíclicas e
decomposição biológica da matéria orgânica dos esgotos continuam nas águas
receptoras; esses fenômenos, aliados à ação de agentes físicos, químicos,
bioquímicos e biológicos, fazem com que as águas retomem as características
anteriores à poluição.
A auto depuração é definida como o processo pelo qual as águas poluídas
restauram suas primitivas condições de pureza, através da ação de agentes naturais
que tendem a tornar estáveis e inócuos as substâncias estranhas presentes
O mecanismo básico da depuração aeróbia apoia-se na atividade de
bactérias, alimentando-se de matéria orgânica dos próprios resíduos e de oxigênio
para a sua respiração.
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11.9.2 - Fases e Graus de Tratamento de Esgotos
11.9.2 1 - Tratamento Secundário
a) tratamento preliminar
É constituído por:
* grades
* caixas de areia
* desintegradores
* tanques de remoção de óleos e graxas
b) tratamento primário
Além dos processos do tratamento preliminar, inclui:
* decantação simples (primária)
* precipitação química
* digestão do lodo
* secagem do lodo
* desinfecção do efluente.
c) tratamento secundário
Em adição aos tratamentos preliminares e primários, incluem-se:
* processos biológicos
- filtração biológica
- lodo ativado
* decantação final (secundária)
d) tratamento terciário
Complementa os processos anteriores quando se exigir maior depuração o
que pode ser feito por:
filtros intermitentes de areia
lodos ativados em seqüência à filtração biológica
lagos de estabilização.
e) desinfecção de efluentes
Geralmente consiste em uma cloração do efluente da estação de
tratamento.
A desinfecção deve ser feita sempre que o problema a ser resolvido for o
da contaminação por bactérias, desejando-se manter as condições sanitárias do
corpo de água receptor, utilizando, por exemplo, para abastecimento de água ou
para atividades desportivas; é feita particularmente no caso de efluentes de
hospitais e de sanatórios onde existem portadores de doenças transmissíveis.
Os agentes desinfetantes utilizados são o cloro e seus compostos, em
dosagem de acordo cos as características das águas de esgoto.
No caso de ser utilizada a desinfecção dos efluentes numa estação de
tratamento de esgotos, esta geralmente é a última fase de todo o tratamento.
11.9.3 – Lagoas de Estabilização
As lagoas de estabilização são o mais simples método de tratamento de
esgotos existente. São construídas através de escavação no terreno natural, cercado
de taludes de terra ou revestido com placas de concreto. Geralmente têm a forma
retangular ou quadrada.
Podem ser classificadas em quatro diferentes tipos:
lagoas anaeróbias;
lagoas facultativas;
lagoas de maturação;
lagoas aeróbias (de alta taxa).
a) Lagoas Anaeróbias
Têm a finalidade de oxidar compostos orgânicos complexos antes do
tratamento com lagoas facultativas ou aeradas. As lagoas aneróbias não dependem
da ação fotossintética das algas, podendo assim ser construídas com profundidades
maiores do que as outras, variando de 2.0 a 5,0m. São projetadas sempre que
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possível associada a lagoas facultativas ou aeradas.
b) Lagoas Facultativas
O seu funcionamento é através da ação de algas e bactérias sob a
influência da luz solar (fotossíntese). A matéria orgânica contida nos despejos é
estabilizada, parte transformando-se em matéria mais estável na forma de células
de algas e parte em produtos inorgânicos finais que saem com efluente. Estas
lagoas são chamadas de facultativas devido as condições aeróbias mantidas na
superfície liberando oxigênio e às anaeróbias mantidas na parte inferior onde a
matéria orgânica é sedimentada. Têm profundidade variando de 1,0 a 2,5m e áreas
relativamente grande.
c) Lagoas de Maturação
A sua principal finalidade é a redução de coliformes fecais, contido nos
despejos de esgotos. São construídas sempre, depois do tratamento completo de
uma lagoa facultativa ou outro tipo de tratamento convencional. Com adequado
dimensionamento, pode-se conseguir índices elevados de remoção de coliformes,
garantindo assim uma eficiência muito boa. As profundidades normalmente
adotadas, são iguais as das lagoas facultativas.
d) Lagoas Aeróbias ou de Alta Taxa.
Têm como principal aplicação a cultura colheita de algas. São
projetadas para o tratamento de águas residuárias decantadas. Constituem um
poderoso método para produção de proteínas, sendo de 100 a 1000 vezes mais
produtivas que a agricultura convencional. E aconselhável o seu uso, para
tratamento de esgoto, quando houver a viabilidade do reaproveitamento da
produção das algas. A sua operação exige pessoal capaz e o seu uso é restrito. A
profundidade média é de 0,3 a 0,5m.
12 - POLUIÇÃO DE RECURSOS HÍDRICOS
Podemos definir poluição como sendo a degradação da qualidade
ambiental resultante de atividades que direta ou indiretamente:
a) prejudiquem a saúde, a segurança e o bem – estar da população;
b) criem condições adversas às atividades sociais e econômicas;
c) afetem desfavoravelmente a biota;
d) afetem as condições estéticas ou sanitárias do meio ambiente;
e) lancem matérias ou energia em desacordo com os padrões ambientais
estabelecidos.
Assim, poluição tem um sentido amplo, não se restringindo apenas ao
prejuízos que possa causar ao homem ou aos seres vivos. Desde que uma alteração
provocada em um meio prejudique um uso benéfico definido para ele, dizemos
que houve poluição.
Dentro desta visão, podemos entender a poluição de um recurso hídrico
como: qualquer alteração de suas características, de modo a torná-lo prejudicial às
formas de vida que ele normalmente abriga ou que dificulte ou impeça um uso
benéfico definido para ele. Assim, uma água com certos teores de impurezas pode
ser considerada poluída para determinado uso e não ser para outro.
Quando a poluição de um determinado recurso hídrico resulta em
prejuízos à saúde do homem, dizemos que há contaminação.
12.1 – Fontes de Poluição
As principais fontes de poluição da água são:
de origem natural: decomposição de vegetal, erosão das margens, salinização,
etc.
esgoto domestico.
Esgoto industrial.
Águas do escoamento superficial.
De origem agropastoril: excrementos de animais, pesticidas, fertilizantes.
Águas de drenagem de minas.
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54
Lixo.
12.2 – Levantamento Sanitário
O levantamento sanitário de recursos hídricos tem por objetivo apresentar
um diagnóstico das condições de suas águas e das cargas poluidoras. Este
levantamento deve constituir a etapa inicial de qualquer programa de utilização ou
de proteção de recursos hídricos.
Em trabalhos visando à preservação de recursos hídricos, é importante
que seja feito o estudo completo das condições da bacia hidrográfica com um
todo. Este diagnóstico é denominado Levantamento Sanitário da Bacia
Hidrográfica, e compreende duas etapas:
- Estudo das características da bacia e das condições sanitárias dos corpos
d’água; e levantamento das fontes de poluição, com avaliação de suas cargas
poluidoras.
- Estudos das condições dos corpos d’água e das bacias contribuintes.
Este levantamento é feito através da coleta de informações sobre os
recurso hídricos em estudo, e de suas bacias hidrográficas respectivas, devendo
constar, principalmente, de:
- Dados fisiográficos da bacia: aspectos geológicos; precipitações
pluviométricas e escoamento; variações climáticas; temperatura; evaporação;
etc.
- Informações sobre o comportamento hidráulico dos recursos hídricos: vazão
máxima e mínimas; volumes de reservatórios; etc.
- Condições de uso/ocupação do solo: tipos; densidades; perspectivas de
crescimento.
- Caracterização sócio-econômica: demografia, desenvolvimento econômico,
etc.
- Levantamento dos usos múltiplos das águas da bacia.
- Localização das principais fontes de poluição. Identificação de áreas críticas.
- Diagnóstico do estado das águas, em termos de características físicas,
químicas e biológicas.
O diagnóstico das condições sanitárias das águas é feito através da coleta
e exame de amostras obtidas em pontos significativos dos recursos hídricos. Os
mais utilizados são:
- Oxigênio Dissolvido
- Demanda Bioquímica de Oxigênio
- Bactérias do grupo coliforme
- Temperatura
- pH
- Nitrogênio e Fósforo
- Condutividade tóxica
- Cloretos
- Sólidos
12.3 – Avaliação de Cargas Poluidoras
Em muitos trabalhos de levantamentos de cargas poluidoras ou de
estimativas futuras das mesmas. Adotam-se parâmetros já conhecidos em função
do tipo de fonte de poluição, para avaliá-las.
Assim, a avaliação das cargas poluidoras de um determinado recurso
hídrico, pode ser feita a partir de fatores já determinados, disponíveis na literatura
Conhecendo-se a concentração de determinado poluente e a vazão do
esgoto, determina-se a carga diária do mesmo através da expressão:
Carga poluidora (kg/dia) = Concentração (g/m³) x Vazão (m³/dia)
1000
Obs.: g/m³ = mg/l = ppm
12.4 – Assimilação de Cargas Poluidoras
Todo manancial tem uma certa capacidade de depurar as cargas que
recebe. Esta autodepuração ocorre através de fenômeno de natureza física, físico-
química e biológica.
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55
Desta maneira após ser feito um lançamento de poluentes em corpos
d’água, iniciam-se processo de assimilação dos mesmos, ocorrendo, com relação a
alguns deles, uma depuração completa.
Alguns fenômenos interferem na autodepuração, estes fenômenos
acontecem de forma conjunta, sendo, muitas vezes, difícil distinguí-los
isoladamente. Dentre os fenômenos podemos destacar:
- Turbulência;
- Sedimentação;
- Luz solar;
- Temperatura;
- Diluição
Entre os fenômenos químicos de autodepuração podemos destacar as
reações de oxidação e redução. As reações de oxidação de matéria orgânica
ocorrem devido aos processos de respiração dos organismos e, quando realizadas
por seres aeróbios, provocam redução no oxigênio do meio.
Entre os processos de redução química, destacam-se os de sínteses
orgânicas, sendo mais importante o da fotossíntese, o qual resulta na produção de
oxigênio.
12.5 - Equação da Mistura
É possível calcular a concentração de determinada substância, ou
parâmetro indicador de poluição, em um corpo receptor, após o mesmo receber
uma carga poluidora.
A expressão que determina o valor desta concentração é a chamada
equação da mistura, a qual tem a seguinte forma:
Cm = Qd . Cd + Qr . Cr
Qd + Qr
Onde:
Cm = concentração do poluente, no corpo receptor, após a mistura com o despejo
(mg/l)
Cd = concentração do poluente, no despejo (mg/l)
Cr = concentração do poluente, no corpo receptor, antes de receber o despejo
(mg/l)
Qd = vazão do despejo (m³/s)
Qr = vazão do corpo receptor (m³/s)
12.6 - Equivalentes Populacionais
Entende-se por população equivalente o número de pessoas capas de
contribuir com uma carga poluidora igual à produzida por uma indústria.
12.7 – Oxigênio Dissolvido
O teor de oxigênio dissolvido é um indicador de suas condições de
poluição por matéria orgânica. Assim, uma água não poluída (por matéria
orgânica) deve estar saturada de oxigênio. Por outro lado, teores baixos de
oxigênio dissolvido podem indicar que houve uma intensa atividade bacteriana
decompondo matéria orgânica lançada na água.
12.8 – Demanda Bioquímica de Oxigênio
A demanda bioquímica de oxigênio (DBO) é a quantidade de oxigênio
molecular necessária à estabilização da matéria orgânica decomponível
aerobicamente por via biológica. Portanto, a DBO é um parâmetro que indica a
quantidade de oxigênio necessária, em um meio aquático, à respiração de
microrganismos aeróbios, para consumirem a matéria orgânica introduzida na
forma de esgotos ou de outros resíduos orgânicos. A determinação da DBO é feita
em laboratório, observando o oxigênio consumido em amostras do líquido,
durante 5 dias, á temperatura de 20 oC.
12.9 – Demanda Química de Oxigênio
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A demanda química de oxigênio (DQO) é a quantidade de oxigênio
molecular necessária à estabilização da matéria orgânica, por via química. Não
existe uma correlação entre a DBO e a DQO. No entanto, a DQO é sempre maior
que a DBO, devido a oxidação química decompor matéria orgânica não -
biodegradável.
13 - REDE DE ESGOTO
13.1 - Generalidades
A rede de esgoto é um conjunto de condutos ramificados com traçado que
lembra no seu funcionamento, um sistema fluvial. O desenvolvimento dos
condutos, todos escoando livremente, faz-se sempre com declividade positiva
partindo das extremidades, onde estão os pontos mais altos e os trechos de
menores dimensões, até os pontos mais baixos onde estão os trechos de maiores
dimensões.
Os condutos de pequenas dimensões afluem para os condutos cada vez
maiores até atingir os condutos principais do sistema de esgotos.
Ao longo do traçado, esses condutos, dispostos nas vias públicas, vão
recebendo os despejos dos prédios. O fluxo dos esgotos, a princípio irregular nas
extremidades, vai-se tornando contínuo e mais regular a medida que vai atingindo
condutos de maiores dimensão.
O sistema compreende condutos secundários e condutos principais.
A distinção entre ambos poderia ser feita admitindo-se um diâmetro
limite para os condutos secundários. A partir desse valor estariam os condutos
principais. Não há critério universal para fixar esse limite, ele poderia depender do
tamanho do distrito ou da cidade a esgotar, dos consumos de água específicos dos
prédios e das variações desses consumos.
O conduto secundário serve a um pequeno trecho, recebendo as
contribuições de despejos líquidos de pequena área. O conduto principal, tendo
numerosos condutos secundários como afluentes, recebe o esgoto de áreas mais
extensas.
A rede de esgoto quanto ao traçado dos condutos principais pode formar
um conjunto de condutos que define um aspecto peculiar. O traçado depende
fundamentalmente de:
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57
sistema de esgotamento adotado (unitário ou separador);
traçado de rede viária da cidade;
topografia, geologia e hidrografia da área;
limites legais a observar;
posição do lançamento final e/ou da estação depuradora.
13.2 - Sistemas de Esgotamentos
As redes de esgotos podem ser classificadas em três categorias:
Sistema unitário
Sistema misto ou separador parcial
Sistema separador absoluto
13.3 - Hidráulica das Redes de Esgotos
As canalizações de esgotos são calculadas como condutos livres, com
exceção dos sifões invertidos e das canalizações de recalque que escoam como
condutos forçados.
13.3.1 - Lâmina Líquida
Como condutos livres, os coletores de esgotos são calculados para
funcionarem à meia seção, escoando a vazão máxima (dia e hora de maior
contribuição) do fim do plano.
13.3.2 - Diâmetro Mínimo
A norma NBR 9649 de 1986 da ABNT, admite o diâmetro de 100 mm
com mínimo a ser utilizado em redes coletoras de esgotos sanitários. Entretanto,
em São Paulo, o diâmetro mínimo adotado é de 150 mm. Excepcionalmente, em
casos especiais, tais como coletores auxiliares com vazões pequenas, pode ser
utilizada o diâmetro de 100 mm.
13.3.3 – Tensão Trativa ()
A tensão trativa é definida como a tensão tangencial exercida sobre a
parede do conduto pelo líquido em escoamento, ou seja, é a componente
tangencial do peso líquido sobre a unidade de área da parede do coletor e que atua
sobre o material sedimentado, promovendo seu arraste, e conseqüentemente
promovendo a autolimpeza.
A equação da tensão trativa é dada por:
IRH
onde:
= Tensão trativa em Pa;
= Peso específico do líquido em N/m³ ( esgoto = 104 N/m³)
RH = Raio hidráulica, em m;
I = Declividade da tubulação em m/m
13.3.4 - Declividade Mínima
Os coletores são projetados de modo a se ter a sua autolimpeza, desde o
inicio do plano. Para a autolimpeza, deve-se garantir, pelo menos uma vez por dia,
uma tensão trativa de 1,0 Pa.
A declividade a ser adotada deverá proporcionar, para cada trecho da
rede, uma tensão trativa média igual ou superior a 1,0 Pa, calculada para vazão
inicial. A declividade mínima que satisfaz essa condição pode ser determinada
pela expressão aproximada, para coeficiente de Manning n = 0,013:
Imin = 0,005 5 Q-0
’47
onde: Imin = declividade mínima, mim;
Qi = vazão de jusante do trecho no início do
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13.3.5 - Velocidades Mínimas
As canalizações de esgotos devem ser calculadas com velocidade de
escoamento que evitem deposições excessivas de substâncias sólidas minerais que
normalmente são transportadas pelo líquido em escoamento.
No Brasil é comum adotar como limite mínimo de velocidade 0,75m/s.
13.3.6 – Velocidade Máxima
Nos condutos de esgotos deve-se evitar que a velocidade ultrapasse certos
valores máximos a fim de evitar a ação erosiva de partículas sólidas duras que são
transportadas pelo esgoto.
Diversos autores indicam para esse limite, valores bem discordantes:
Metcelf & Eddy aconselham:
- para tubos cerâmicos vidrados : 2,40 3 3,6m/s.
- para tubos de concreto : 1,50m/s
- para tubos de concreto revestido de material vidrado: 2,40m/s.
Seelye adota os seguintes valores:
- para tubos de concreto: 2,40m/s
- para tubos vidrados: 3,45 a 6,00m/s.
13.3.5 - Profundidade Mínima e Profundidade mais Conveniente
A profundidade mínima dos coletores está relacionada com a
possibilidade de escoamento de compartimentos sanitários situados a uma certa
distância da frente do lote e em cota inferior à da via pública.
Este valor deve ser definido e limitado pelo órgão concessionários dos
serviços de esgotos da cidade.
H = h + 0,50 + 0,02L + 0,30 + D
onde:
h = desnível entre o leito da via publica e o piso do compartimento sanitário a
esgotar:
0,50 = dimensão aproximada da caixa de inspeção em metros:
0,02L = desnível no coletor predial de diâmetro mínimo 100mm, na declividade
mínima correspondente (2%):
0,30 = dimensão aproximada da curva de ligação do coletor predial ao coletor da
via pública, em metros:
D = diâmetro do coletor público em metros.
Limite de profundidade mínima dos coletores é estabelecido entre 1,50m
e 2,00m sendo o primeiro mais comum, para coletores localizados em passeios
pode-se adotar profundidades menores 0,90m.
Deve-se também ter em conta no projeto não ultrapassar profundidades
acima de um certo valor (4,00m a 4,50m) devido ao aumento dos custos de
instalação.
13.3.6 - Simbologia
início de rede sentido de
n0 do trecho escoamento extensão do trecho
1-1 L
I D
declividade diâmetro cota do terreno profundidade
cota do coletor
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13.4 - Previsão de Vazão
A determinação das vazões de contribuição dos esgotos domésticos
depende fundamentalmente:
da população e de sua distribuição;
da variação do consumo de água;
da quota ―per capita‖ do abastecimento de água.
13.5 - Relação Água/Esgoto
Existe uma estreita relação entre a água fornecida à população e o esgoto
recebido na rede de esgoto.
A relação entre o volume de esgotos recebidos na rede e o volume de
água fornecido à cidade pode variar entre 0,70 e 1,30 tendo-se em conta todos os
tipos de abastecimento da cidade (públicos e particulares).
Considerando-se entretanto o abastecimento de água público, cerca de
0,70 a 0,90 do volume de água fornecido é recebido como esgoto na rede. No
Brasil normalmente são utilizados valores de 0,75 a 0,85.
13.6 - Perdas e Infiltrações
A água penetra nos condutos de esgotos através de juntas defeituosas,
tubos rompidos, parede dos poços de visita, orifícios dos tampões dos poços de
visitas e drenagem de porões inundados. Durante a estiagem praticamente só a
água que é perdida por vazamento na rede de distribuição é parcialmente recebida
na rede de esgotos por infiltração.
A quantidade de água infiltrada depende, principalmente, das
características do solo (permeabilidade principalmente) da posição do nível do
lençol de água relativamente à da canalização de esgotos e do estado dos condutos
e das estruturas dos poços de visita.
No Brasil A NBR 9649/86 ABNT recomenda que sejam utilizados valores entre
0,05 a 1,0 litro/segundo x quilometro de rede coletora.
13.7 - Traçado da Rede - Localização dos Coletores
As Normas e especificação para a elaboração de projetos de esgotos
indicam a seguinte orientação para a localização dos coletores:
a) o coletor de esgotos deve ser localizado ao longo das vias públicas e
eqüidistante dos alinhamentos laterais das edificações;
b) em áreas acidentadas, o coletor será assentado, de preferência, do lado para o
qual ficam os terrenos mais baixos;
c) a existência de estruturas ou canalizações de serviços públicos, tais como
águas pluviais, distribuidores de água, adutoras, cabos elétricos, telefônicos,
etc., podem entretanto determinar o deslocamento dos coletores de esgotos
para posições mais convenientes;
d) para vias públicas preferenciais pavimentadas e dotadas de linhas de
transportes coletivos, assim, como para aquelas com largura superior a 18m
ou avenidas, deverão ser projetados dois coletores, sendo implantado um em
cada passeio lateral da rua ou avenida;
e) quando existirem na mesma via pública dois coletores laterais, eles deverão
ser, tanto quanto possível, independentes um do outro, evitando-se ao máximo
a sua interligação no sentido transversal à via pública.
13.9 - Traçado dos Coletores
Como princípio geral o traçado da rede de coletores de esgotos é
orientado pelo traçado viário da cidade.
A primeira providência do projetista é o estudo da planta da cidade para
nela identificar os divisores de água e os fundos de vale.
Sendo o conjunto de condutos um sistema em que o escoamento‚ é livre,
os coletores terão os seus traçado a partir dos pontos altos, até os fundos de vale
(pontos baixos da área).
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Feita esta identificação, estuda-se qual a saída natural para o conduto
principal de toda a área, devendo-se ter uma idéia precisa do destino dos esgotos,
ou seja:
ponto de lançamento obrigatório;
conduto emissário, interceptor ou outro conduto que receberá contribuição de
toda a área;
localização da estação de tratamento de esgotos.
Divide-se a área em bacias naturais de esgotamento e em sub-bacias, e
estuda-se a posição dos condutos principais de fundo de vale.
Tendo-se em vista a economia da obra, é conveniente que se de aos
condutos de diâmetro mínimo o melhor aproveitamento, evitando-se o rápido
aumento dos diâmetros com um traçado inadequado.
A topografia, sendo uma das principais norteadoras do traçado, para bem
adaptar os condutos ao terreno, é conveniente indicar a declividade natural dos
trechos de via públicas por pequenas setas, indicando o sentido da declividade
positiva.
13.10 - Traçado e Dimensionamento
O traçado e o dimensionamento de uma rede de esgotos exigem uma
planta topográfica atualizada da área a ser esgotada. Essa planta deverá estar
desenhada em escala 1:2000 ou 1:2500 e ter as curvas de nível eqüidistantes de 1
m, de preferência. Além disso, deve fazer parte dos trabalhos topográficos o
nivelamento dos pontos onde serão localizados os poços de visitas (cruzamento de
vias públicas, mudanças de direção ou de declividade, etc.).
A partir da planta dada deve-se:
a) delimitar a área a ser esgotada, traçando-se os limites da bacia.
b) indicar em cada trecho, por meio de pequenas setas, o sentido do escoamento
natural da superfície do terreno;
c) representar por meio de pequenos círculos os poços de visitas a serem
construídos;
d) identificar os pontos baixos da área, tendo em vista o traçado do conduto
principal;
e) por meio de estudo criterioso, escolher o traçado a ser dado á rede, indicando
em cada trecho o sentido de escoamento;
f) indicar no interior do círculo representativo do poço de visita o traçado das
canaletas de escoamento;
g) na fixação dos sentidos de escoamento, procurar seguir, tanto quanto possível,
os sentidos de escoamento natural do terreno, e aproveitar ao máximo a
capacidade limite de cada coletor;
Para o dimensionamento deverão ser obtidas as vazões de contribuição,
as quais são calculadas apartir dos seguintes dados gerais:
população de projeto da área a ser esgotada;
consumo "per capta" de água;
coeficientes de variação diária, horária, e de retorno; (C - varia entre 0,70 e
1,30)
vazões de infiltração;
contribuição especifica de indústrias ou similares.
Para o calculo da capacidade admissível da tubulação, pode ser usada a
formula de Manning.
21
321
IRn
V
Onde: n - Coeficiente de rugosidade
R – Raio hidráulico
I – Declividade
Pode-se também lançar mão de tabelas que fornecem os valores de Q1/2 e
V1/2.em função do diâmetro da tubulação e da declividade.
Para obtenção dos valores de vazão e velocidade para tubulação
parcialmente cheia, usa-se o ábaco mostrado a seguir.
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61
13.11 - Órgãos Acessórios das Redes Coletoras
13.11.1 - Poços de Visita (PV)
Trata-se de uma câmara que, através de abertura existente em sua parte
superior, permite o acesso de pessoas e equipamentos para executar trabalhos de
manutenção.
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Tradicionalmente, se utilizavam poços de visita (PV) em todos os pontos singulares de rede coletora, tais como, no inicio de coletores, nas mudanças de direção, de declividade, de diâmetro e de material, na reunião de coletores e onde há degraus e tubos de queda. A distância máxima entre PVs, era aquela que permitia o alcance dos instrumentos de limpeza, normalmente 100 m.
Quand
o se
dispõe
de
equipa
mentos
adequados de limpeza das redes
de esgoto, o poço de visita pode
ser substituído por tubo de
inspeção e limpeza (TIL), terminal de limpeza (TL) e caixas de passagem (CP). Os
poços de visita são obrigatórios nos seguintes casos:
na reunião de coletores com mais de três entradas;
na reunião de coletores quando há necessidade de tubo de queda;
nas extremidades de sifões invertidos e passagens forçadas;
profundidades maiores que 3,0 m;
diâmetro de tubos igual ou superior a 400 mm.
13.11.2 - Tubo de Inspeção e Limpeza (TIL) ou Poço de Inspeção (PI)
Dispositivo não visitável que permite inspeção visual e introdução
de equipamentos de limpeza. Pode ser usado em substituição ao PV nos seguintes
casos:
na reunião de coletores (até 3 entradas e uma saída);
nos pontos com degrau de altura inferior a 0,60m;
a jusante de ligações prediais cujas contribuições podem acarretar problemas
de manutenção;
em profundidades até 3,0 m.
O TIL em alvenaria é normalmente utilizado para profundidades até 1,80 m,
devido a problemas construtivos e o TIL em aduelas de concreto até 3,0 m de
profundidade.
No inicio da rede, onde se prevê futuro prolongamento de rede, deve ser
implantado o TIL ou PV.
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13.11.3 - Terminal de Limpeza (TL)
Dispositivo que
permite introdução de
equipamentos de limpeza,
localizado na cabeceira do
coletor. Pode ser usado em
substituição ao PV no
inicio dos coletores.
13.11.4 - Caixa de Passagem (CP)
Câmara sem acesso, localizada em pontos singulares por necessidade
construtiva e que permite a passagem de equipamento para limpeza do trecho a
jusante.
Pode ser utilizada em substituição ao PV nos casos em que houver
mudanças de: direção, declividade, diâmetro e material. Para uma única caixa, o
ângulo de mudança de direção deverá ser menor que 45º. Para mais de duas
caixas, a somatória dos ângulos das caixas de passagens em relação ao plano
horizontal a partir do PV ou TIL não deve ser superior a 45º. A caixa só poderá ser
executada quando a declividade de montante for maior ou igual a 0.007 m/m para
D = 150 mm e 0,005 m/m para D = 200 mm, com exceção dos pontos de
cabeceira.
As caixas de passagem (CP) podem ser substituídas por conexões nas
mudanças de direção e declividade, quando as deflexões coincidem com as dessas
peças. As conexões utilizadas devem ser ancoradas. É importante ressaltar que as
posições das caixas de passagem (CP) e das conexões utilizadas têm de ser
obrigatoriamente cadastradas.
13.11.5 - Tubo de Queda
Dispositivo instalado no
poço de visita (PV), conforme
detalhes apresentados na figura
4.13, ligando um coletor afluente
em cota mais alta ao fundo do
poço.
O tubo de queda deve ser
colocado quando o coletor afluente
apresentar degrau com altura maior
ou igual a 0,60 m para evitar
respingos que prejudiquem o
trabalho no poço. Não se deve
colocar tubos de queda em TIL.
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13.12 - Materiais Empregados
A indústria Nacional coloca á disposição dos construtores de redes de
esgotos domésticos vários materiais, cuja escolha criteriosa geralmente se
processa na fase de projeto, quando ficam indicados para a construção e cotejados
nos respectivos orçamentos das obras.
Nenhum dos materiais disponíveis para a construção de coletores de
esgotos satisfaz a todas as exigências impostas pelas características dos resíduos a
coletar, ou pelas condições de projetos.
Cabe, portanto, ao projetista, selecionar materiais que se possam adaptar
satisfatoriamente as diferentes situações particulares.
13.12.1 - Critérios
De modo geral, a escolha de materiais deve levar em consideração:
a sua adequação as condições de trabalho indicadas em projeto;
facilidade de ser conseguida a disponibilidade do material escolhido no local
de sua utilização;
custo do material indicado;
custo competitivo da aplicação do material escolhido, considerando o ônus de
transporte e o custo de assentamento, inclusive a mobilização de
equipamentos.
13.12.2 - Requisitos
Geralmente o material escolhido deve proporcionar:
baixa rugosidade, para permitir melhor coeficiente de escoamento;
resistência adequada as cargas externas;
resistência à abrasão;
resistência ao ataque químico e bacteriano;
fraca permeabilidade;
disponibilidade dos diâmetros necessários.
13.12.3 - Tubos
Excetuadas as linhas de grande capacidade, geralmente interceptores e
emissários, as redes coletoras são construídas com tubos pré-fabricados
normalmente de seção circular.
Os tipos mais usados na prática brasileira, são:
tubos cerâmicos
tubos de concreto
tubos de cimento-amianto
tubos de plásticos
tubos de ferro fundido
tubos de aço
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PLANILHA DE CÁLCULO PARA REDES DE ESGOTOS SANITÁRIOS
Cidade Bacia Coef. de Contr. Linear l/sm Folha
Coef. de Rugosidade (n) Data
Trecho
Rua
Compr.
(m)
Coletor
Contribuinte
Vazão (l/s) min. 2,2 l/.s Cota do terreno
(m)
Cota do Coletor
(m)
I
(m/m)
D
(m)
Vazão
de
Cálculo
(l/s)
h/D
V
(m/s)
(Pa)
Profundidades (m)
OBS
Mont. Trecho Jusante Mont. Jusante Mont. Jusante Mont. Jus. P.V.
Jus.
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14 - REDE DE ESGOTO PLUVIAL
14.1 - Introdução
Dá-se o nome de sistema de drenagem de águas pluviais ao conjunto de
obras e instalações destinadas a dar escoamento águas provenientes das
precipitações pluviométricas que escorrem superficialmente numa determinada
área.
Os projetos de drenagem implicam necessariamente em estudos
hidrológicos, tanto para a caracterização das condições em que ocorre o
escoamento superficial como também, e principalmente, para estimativa das
descargas de pico. Em bacias urbanas, as estimativas de vazões de projeto são
utilizadas no dimensionamento hidráulico de galerias, bueiros e canais.
O sistema urbano de drenagem requer estudo muito particulares porque,
geralmente, as bacias urbanas possuem tamanhos reduzidos, as superfícies são
pavimentadas ou, de alguma forma, parcialmente impermeabilizadas e o
escoamento se faz por estruturas hidráulicas artificiais (bocas de lobo, galerias e
canais revestidos), cujos tempos de concentração são reduzidos.
Q(m3/s)
Qpu
Qpr
tcu tcr t(h)
fig. 1 Comparação entre hidrogramas de bacias rurais e bacias urbanas
14.2 - Estimativa de Vazões de Projetos
Diversos métodos permitem estimativas das descargas de projeto em
sistemas urbanos de drenagem, onde se destacam:
medições diretas;
processos comparativos;
método racional;
fórmulas empíricas.
Método Racional
O método racional para avaliação da vazão de escoamento superficial
consiste na aplicação da seguinte expressão
Q = CiA/3,6
onde: Q = vazão, em m3/s, na seção considerada;
C = coeficiente de escoamento superficial da bacia;
i = intensidade média da chuva de projeto, em mm/h;
A = área da bacia que contribui para a seção, em km2.
Recomenda-se a aplicação deste método para valores de ―A‖ menores do
que 1 km2.
14.3 - Coeficiente de Escoamento Superficial (Runoff)
O volume de água que é admitido em uma galeria de águas pluviais, ou
em um bueiro, é uma parcela da quantidade total de água que se precipita na bacia
contribuinte: outras parcelas correspondem as porções que se infiltram no terreno
as, que são retiradas, ou se evaporam.
A relação entre essa parcela que vai ter às galerias e a quantidade total de
água precipitada denomina-se coeficiente de escoamento superficial ou coeficiente
de deflúvio.
A tabela a seguir mostra os valores usuais de C, CETESB, 1980
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Natureza da bacia C
Área comercial
central 0,70 - 0,95
bairros 0,50 - 0,70
Área residencial
residências isoladas 0,35 - 0,50
unidades múltiplas (separadas) 0,40 - 0,60
unidades múltiplas (conjugadas) 0,60 - 0,75
lotes com 2000 m2 ou mais 0,30 - 0,45
Áreas com prédios de apartamentos 0,50 - 0,70
Área industrial
industrias leves 0,50 - 0,80
industrias pesadas 0,60 - 0,90
Parques , cemitérios 0,10 - 0,25
Playgrounds 0,20 - 0,35
Pátios de estradas de ferro 0,20 - 0,40
Áreas com melhoramentos 0,10 - 0,30
Para os casos em que a área apresentar mais de um coeficiente de
deflúvio, torna-se necessário uma estimativa do valor médio do coeficiente a ser
atribuído à área. Este valor é obtido pela média ponderada dos valores dos
coeficientes de deflúvio pelas porcentagens de áreas que representam.
n
nn
TT
médioA
CA
A
CA
A
CAC 2211
A intensidade de precipitação do projeto é obtida a partir de curvas
intensidades versus duração, para cada período de retorno escolhido. Estas curvas,
denominadas de curvas intensidades-duração-frequência, são obtidas a partir da
análise do pluviogramas. Entretanto, não são muitos os locais que possuem um
sistema de medição de precipitações por pluviografo, sendo mais freqüente a
existência de pluviômetros que realizam medidas dos totais diários de
precipitação.
Também pode-se determinar a intensidade duração das chuvas através de
equações como as apresentadas a seguir:
Curvas intensas no Brasil – Otto Pfafstetter posto analisados para Santa
Catarina Blumenau, Florianópolis e São Francisco do Sul.
ctbatTP T
1log
onde: P = precipitação máxima em mm
T = tempo de recorrência em anos
t = duração da chuva em horas
, = valores que dependem da duração da precipitação
, a, b, c = constantes para cada posto
Tabela 14.1 - Valores de no fator de probabilidade Duração 5min 15min 30min 1h 2h 4h 8h 14h 24h 48h 3d 4d 6d
0,108 0,122 0,138 0,156 0,166 0,174 0,176 0,174 0,170 0,166 0,160 0,156 0,152
Tabela 14.2 - Valores de no fator de probabilidade
Postos Duração
5 min 15 min 30 min 1 h a 6 h
Blumenau - 0,08 0,08 0,08 0,08
Florianópolis - 0,04 0,12 0,20 0,20
São Fco do Sul 0,00 0,08 0,08 0,16
Valores de para todos os postos = 0,25
Valores de a, b, c para cada posto para T = 1 ano
- Blumenau = 0,2t + 24 log (1 + 20t)
- Florianópolis = 0,3t + 33 log (1 + 10t)
- São Fco do Sul = 0,3t + 37 log (1 + 10t)
Equação de chuvas para Florianópolis por C.A. Pompêo
34,0
25,0
3
145
t
Ti para t 60 minutos
73,0
32,0
3
597
t
Ti para t > 60 minutos
Onde:
i = intensidade duração da chuva em mm/h
T = período de retorno em anos
t = duração da chuva em minutos
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i(mm/h)
80
60
40
20
1 2 3 4 5 6 t(h)
fig. 2 - Exemplo de curvas de intensidade-duração-frequencia
14.4 - Cálculo de Sistema de Microdrenagem
14.4.1 - Introdução
O projeto de um sistema de microdrenagem é composto por três
conjuntos de cálculos:
capacidade admissível de sarjeta
sistema de galerias
bocas de lobos
A determinação capacidade admissível das sarjetas está intimamente
ligada à escolha do traçado da rede de galerias pluviais, visto que esta rede inicia-
se quando uma sarjeta não é capaz de conter o escoamento sem trasbordamento. O
cálculo das bocas de lobos pode ser realizado posteriormente, conhecendo-se os
pontos de localização das mesmas.
14.5 - Capacidade Admissível das Sarjetas
O sistema de drenagem inicial‚ composto por: ruas, sarjetas, bocas de
lobo, galerias e pequenos canais. O cálculo das sarjetas permite a definição dos
pontos onde haverá necessidade de captar a água que escoa nas mesmas, por
intermédio de bocas de lobo, evitando-se assim inundações das ruas.
Uma vez que as guias possuem alturas de 15cm, considera-se que a
lâmina admissível seja igual a 13cm para que não ocorra transbordamento. De
posse de dados sobre declividade, rugosidade e comprimento de uma sarjeta,
calcula-se a vazão máxima que a mesma pode transportar para esta lâmina. Este
cálculo pode ser feito com a fórmula de IZZARD que‚é uma adaptação da fórmula
de Manning para sarjetas:
wo = yo.tgo
yo 1
z=tgo
fig.4 - Corte lateral de uma sarjeta
- área da sarjeta
A = (W x yo) / 2 onde: W = yo x z
- Vazão
Qo = 0,375 yo8/3(z/n) I1/2
onde: Qo = vazão de descarga em (m3/s)
yo = lâmina d' água em (m)
I = declividade do trecho em (m/m)
n = coeficiente de rugosidade de Manning
z = tangente do ângulo entre a sarjeta e a guia.
- Velocidade
Vo = 0,958 x 1/(Z1/4
) x (I1/2
/n)3/4
x Qo1/4
- Tempo de Percurso
tp = L / (60 Vo) (min)
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A capacidade da sarjeta a ser utilizada no projeto, capacidade admissível
deve ser minorada, por um fator de redução (FR) da capacidade teórica que
considera a possibilidade de obstrução ao escoamento, provocada pela deposição
de sedimentos. Ver tabela 14.3.
Tabela 14.3 - – Fator de redução da capacidade de escoamento das sarjetas.
Declividade da sarjeta (%) Fator de Redução (FR)
0,4 0,50
1 – 3 0,80
5 0,50
6 0,40
8 0,27
10 0,20
Para facilitar os cálculos, pode ser utilizado o seguinte roteiro:
I - Identificação do Trecho
nome da rua;
trecho; nome da rua a montante e nome da rua a jusante;
cotas de montante e de jusante (m) ;
diferença de cotas entre jusante e montante (m);
comprimento do trecho L (m);
declividade da sarjeta no trecho I (m/m);
declividade do talude do canal triangular formado pela sarjeta Z (m/m);
declividade transversal do trecho, correspondente ao perfil da rua Z (m/m);
coeficiente de rugosidade de Manning para a sarjeta, para concreto n = 0,013;
lâmina d’água na sarjeta yo = 0,13 m;
Observações
Para a realização dos cálculos referentes à capacidade de escoamento das
sarjetas é importante observar que:
a declividade transversal mínima de uma rua é de 1%, para garantir o
escoamento;
a altura da guria de uma sarjeta é de 15cm e a largura da sarjeta é de 60cm;
a velocidade máxima admissível para projeto da sarjeta é de 3,5m/s;
os cálculos acima descritos resultam em vazões para uma única sarjeta,
portanto quando se considerar os dois lados da rua, os valores das vazões
deverão dobrar;
A tabela a seguir pode ser usada como modelo para o cálculo da
capacidade admissível das sarjetas.
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DRENAGEM URBANA - SARJETAS Data folha Rua Trecho Comprimento
(m)
Cota do terreno (m) Declividade
(m/m)
Vazão
(m³/s)
Área
(m²)
Velocidade
de percurso
(m/s)
Tempo de
percurso
(min)
Fator de
Redução
FR
Vazão
admissível
(m3/s)
Vazão
admissível
p/ 2sarj. (m3/s)
OBS
Montante Jusante
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14.6 - Cálculo das Galerias
Para o cálculo das galerias de água pluviais que receberão o escoamento
proveniente das bocas de lobo é necessário que sejam determinas as vazões de
contribuição em cada trecho, utilizando-se o método racional.
Algumas observações importantes quanto ao tempo de concentração:
na entrada do sistema de drenagem, o tempo de concentração pode ser
estimado ou arbitrado pelo projetista entre 5 a 20 minutos de acordo com sua
experiência;
ao final do primeiro trecho da sarjeta o tempo de concentração será igual ao
tempo de entrada acrescido do tempo de percurso do trecho. Adota-se este
tempo de percurso o valor obtido para sarjeta operando em sua capacidade
máxima;
da mesma forma, na galeria o tempo de concentração em um ponto de jusante
é o tempo de concentração à montante acrescido do tempo de percurso no
trecho. O tempo de percurso no trecho é obtido considerando-se que a seção
esteja operando cheia;
para o cálculo dos tempos de percurso, deveriam ser consideradas as vazões de
projeto reais que escoam nos trechos da sarjeta ou galeria. Quando se
consideram seções plenas, conforme acima descrito, os cálculos resultam em
velocidades menores que aquelas obtidas com as vazões de projeto,
implicando em tempos de percursos maiores e, conseqüentemente, reduzindo
as intensidade de precipitação utilizadas no projeto. Uma vez que o método
racional tende a superestimar as vazões de projeto, o procedimento adotado
comporta-se no sentido inverso.
Para facilitar os cálculos, pode ser utilizado o seguinte roteiro:
I - identificação
nome da rua;
trecho;
ponto de jusante;
comprimento do trecho (m);
área da sub-bacia contribuinte para o trecho km2;
tempo de concentração tc em (min) até a extremidade de montante do trecho;
coeficiente de deflúvio C da sub-bacia contribuinte;
intensidade da chuva i (mm/h) correspondente a tc, obtida apartir da curva
intensidade-duração para o local de projeto;
vazão de projeto (m3/s);
vazão admissível para duas sarjetas (m3/s);
declividade da sarjeta no trecho I (m/m);
diâmetro da galeria (mm);
velocidade de percurso (m/s);
tempo de percurso (min);
II - cálculo das vazões e diâmetros
vazão de projeto pelo método racional
Q = C i A / 3,6 (m3/s)
diâmetro da galeria
D = 1,55 [Q n / I1/2
] 3/8 (m)
velocidade do escoamento seção plena
Vplena = 0,397 [D2/3
I1/2
] / n (m/s)
tempo de percurso
tp = L / (60 Vplena) (min)
A vazão a seção plena será igual ao produto entre a área da seção de
escoamento e a velocidade plena.
Observações
As recomendações abaixo devem ser observadas no dimensionamento das
galerias de água pluviais:
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diâmetro mínimo das galerias 0,40m;
diâmetros comerciais; 0,40 , 0,60, 0,80, 1,00, 1,20m ;
seções que exijam diâmetros superiores a 1,20m devem ser substituídas por
seções quadradas ou retangulares;
recobrimento mínimo 1,00m;
o dimensionamento é feito considerando-se escoamento a superfície livre em
regime permanente e uniforme com seção plena em galerias circulares e com
folga de 10cm em galerias de seção retangular;
o coeficiente de rugosidade de Manning deve ser de 0,011 para galerias
quadras ou retangulares executadas in loco, para galerias circulares em
concreto, adota-se n = 0,013;
no sentido de jusante as dimensões da galeria não podem reduzir-se
velocidade mínima a seção plena 0,60m/s;
a velocidade máxima deve ser de 5,0m/s nas galerias de concreto;
se possível à declividade da galeria deve acompanhar a declividade da rua,
evitando-se custos elevados de escavação;
nas mudanças de diâmetro de galerias, as geratrizes superiores devem
coincidir.
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DRENAGEM URBANA - GALERIAS Data folha
Rua Trecho Ponto
Comprimento
(m)
Cota do Terreno Intensidade
da chuva
(mm/h)
Coef. de esc.
Superf.
C
Vazão de
projeto
(m3/s)
Vazão
admissível
p/sarj.
(m3/s)
Declividade
da galeria
I
(m/m)
Diâmetro
(mm)
Diâmetro
comercial.
(mm)
Velocidade
de percurso
Vp
(m/s)
Tempo de
percurso
tp
(min)
OBS
Montante Jusante
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14.7 - Localização das Bocas de Lobo
A primeira boca de lobo do sistema de drenagem deve ser colocada no
ponto em que a vazão de projeto, estimada por intermédio do método racional,
torna-se superior à capacidade admissível da sarjeta. Neste ponto, a sarjeta não‚
capaz de conter o escoamento superficial sem ocorrência de trasbordamento;
assim, é necessário iniciar o sistema de galerias para receber o escoamento.
Em qualquer ponto de entrada na galeria, não é necessário que todo o
escoamento superficial seja removido; o dimensionamento do trecho de galeria é
realizado apenas com a parcela que efetivamente escoa através dela.
A interligação entre as bocas de lobo e o poço de visita ou caixa de
passagem é feita com ramais de bocas de lobo cuja declividade mínima deve ser
de 1%. A capacidade destes ramais versus diâmetros são apresentados por
WILKEN (1978) e reproduzido na tabela abaixo.
diâmetro (cm) vazão máxima (l/s)
40 100
50 200
60 300
14.7.1 - Cálculo e Tipos de Bocas de Lobos
14.7.1.1 - Boca de Lobo com Abertura na Guia
Neste caso a caixa de coleta fica localizada no passeio; a sarjeta pode ser
continua ou com depressão a figura 14.1 mostra um esquema das bocas de lobo
desse tipo.
Figura.14.1 - Detalhes da boca de lobo, sem grade e entrada pela guia.
Para dimensionamento da boca de lobo sem depressão, emprega-se a
seguinte equação, proposta por Wilken;
Q/L = (5,44 k) / (tg)9/16x (nQo / I
1/2)
9/16
onde: Q = vazão captada pela boca de lobo (m3/s);
Qo = vazão à montante da boca de lobo (m3/s);
I = declividade da sarjeta (m/m)
= ângulo entre a seção transversal da sarjeta e a vertical;
k = coeficiente igual a 0,23, 0,20 e 0,20, respectivamente para tg igual a
12, 24 e 48;
L = comprimento da abertura da boca de lobo na guia (m);
n = coeficiente de Manning
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As bocas de simples também podem ser calculadas como vertedores.
Tucci propõem a seguinte fórmula para calculo da boca de lobo quando a lâmina
de água acumula-se com uma altura menor do que a abertura da guia.
Q = 1,7 L y 3/2
Onde: Q = vazão em m³/s
L = comprimento da soleira em m;
Y = altura da água próximo da abertura em m.
Quando a altura de água sobre o local for maior do que o dobro da
abertura na guia a vazão é calculada por:
Q = 3,101 L h3/2
(yl/h)1/2
Onde: Q = vazão em m³/s;
L = comprimento da abertura em m;
H = altura da guia em m;
yl = carga da abertura da guia em m. (yl = y – h/2)
14.7.1.2 - Boca de Lobo com Grade
A figura 14.2 apresenta, esquematicamente, uma boca de lobo com grade
As equações básicas para o dimensionamento das bocas de lobo com
grades:
L = (M’Qo1/4
/ tg01/2
) x (Wo - W)1/2 e
Lo = m x Vo x (yo /g)1/2
onde:
L = comprimento da boca de lobo (m)
M' = parâmetro, determinado mediante o emprego do monogramo da fig.14.2
Qo = vazão afluente boca de lobo (m3/s)
o = ângulo entre a seção transversal da sarjeta e a vertical (guia)
Wo = largura da sarjeta ocupada pelo escoamento Qo (m)
W = largura da grade (m)
Lo = comprimento da grade para captar a vazão Qo (m)
Vo = velocidade de esc. na sarjeta montante da boca de lobo(m/s)
g = aceleração da gravidade (m/s2)
yo = altura da lâmina líquida na sarjeta montante da boca de lobo (m)
m = coeficiente igual a 4 quando a grade for constituída somente de barras
longitudinais é igual a 8 quando houver algumas barras transversais.
Observações:
- Se L > Lo – uma grade com o tamanho igual ao calculado L é suficiente
- Se L < Lo – será necessário mais de uma grade sendo que a resultante deverá
ser L Lo
Figura 14.2 Monograma para calculo de M’
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Figura 14.2 - Boca de lobo com grade
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15 - RESÍDUOS SÓLIDOS
15.1 - Origem e Produção de Lixo
A problemática do lixo no meio urbano abrange alguns aspectos
relacionados à sua origem e produção, assim como o conceito de inesgotabilidade
e os reflexos de comprometimento do meio ambiente, principalmente a poluição
do solo, do ar e dos recursos hídricos.
Sumariamente, podemos dizer que o lixo urbano resulta da atividade
diária do homem em sociedade e que os fatores principais que regem sua origem e
produção são basicamente, dois: o aumento populacional e a intensidade da
industrialização. Observando o comportamento destes fatores ao longo do tempo,
podemos verificar que existem fortes interações entre eles. Por exemplo, o
aumento populacional exige maior incremento na produção de alimentos e bens de
consumo direto. A tentativa de atender esta demanda faz como que o homem
transforme cada vez mais matéria-prima em produtos acabados, gerando, assem,
maiores quantidades de resíduos que, dispostos inadequadamente, comprometem o
meio ambiente. Assim sendo, o processo de industrialização constitui-se nem dos
fatores principais da origem e produção de lixo.
Quanto aos aspectos epidemiológicos relacionados com os resíduos,
dependendo da forma de disposição final, muitas são as possibilidades de
comprometimento do meio ambiente, que colocam em risco a vida do homem
moderno.
15.2 - Origem e Formação do Lixo
Não é uma tarefa fácil definir lixo urbano, pois sua origem e formação
estão ligadas a inúmeros fatores, tais como:
- variações sazonais,
- condições climáticas,
- hábitos e costumes,
- variações na economia etc.
Assim, a identificação destes fatores é uma tarefa muito complexa e
somente um intenso estudo, ao longo de muitos anos, poderia revelar informações
mas precisas no que se refere à origem e formação do lixo no meio urbano.
Entretanto, é comum definir como lixo todo e qualquer resíduo que resulte das
atividades diárias do homem na sociedade. Estes resíduos compõem-se
basicamente de sobras de alimentos, papéis, papelões, plásticos, pratos, couros,
madeiras, latas vidros, lamas, gases, vapores, poeiras, sabões, detergentes e outras
substâncias descartadas pelo homem no meio ambiente.
15.3 - Fatores que Influenciam a Origem e Formação do Lixo
Como dissemos anteriormente, muitos são os fatores que influenciam a
origem e formação do lixo no meio urbano, e a distinção destes mecanismos é uma
tarefa complexa e de difícil realização. Entretanto, a título de informação,
citaremos alguns deles:
- número de habitantes do local;
- área relativa de produção;
- variações sazonais;
- condições climáticas;
- hábitos e costumes da população;
- nível educacional;
- poder aquisitivo;
- tempo de coleta;
- eficiência da coleta;
- tipo de equipamento de coleta;
- disciplina e controle dos pontos produtores;
- leis e regulamentações específicas.
Vale ressaltar que um dos fatores mais importantes é a componente
econômica.
Além destes fatores primários, temos os chamados secundários que
também influenciam na formação e caracterização do lixo. Alguns destes são
citados a seguir.
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O teor de umidade, que representa a quantidade de água contida na
massa do lixo, é sem dúvida importante, principalmente para a escolha do sistema
de tratamento e aquisição de equipamentos de coletas. Por exemplo, nos sistemas
que visam gerar ou recuperar energia a partir dos resíduos, o teor de umidade tem
influência notável sobre o poder calorífico dos resíduos, assim como nos
tratamento por processos biológicos, onde a umidade atua na velocidade de
decomposição dos materiais biodegradáveis presentes na massa de lixo. O teor de
umidade no lixo depende diretamente das condições climáticas, variando
sensivelmente portanto de um lugar para outro. No Brasil, o valor médio do teor
de umidade do lixo domiciliar é da ordem de 60%.
O peso específico, que representa a relação entre o peso e o volume
(kgf/m3), também é importante na escolha de sistemas de coleta e tratamento, pois
sendo o lixo uma substância compressível, o conhecimento do peso específico
determina a capacidade volumétrica dos meios de coleta, tratamento e destino
final.
As mudanças de hábitos e costumes também vêm contribuído para a
modificação gradual do peso específico do lixo, percebendo-se uma redução na
média destes índices nos países industrializados que no início do século estava
entre 500 e 800kgf/m3 e hoje entre 150 e 300kgf/m3.
No Brasil, o peso específico médio atual é da ordem de 192kgf/m3,
segundo os estudos realizados pela CESP - Companhia Energética de São Paulo.
O teor de matéria orgânica, representa a quantidade, em peso seco, de
matéria orgânica contida na massa do lixo em geral, é subdividido em: matéria
orgânica não putrescível, incluindo papel, papelão, madeira, trapos, estopa, couro
etc., e matéria orgânica putrescível, composta de verduras, folhas, restos de
alimentos, carnes, animais mortos etc. Em países em desenvolvimento, o teor de
matéria orgânica costuma representar a maior fração em peso.
15.4 - Classificação do Lixo
Considerando-se o lixo quanto à sua natureza e estado físico, podemos
classificá-lo da seguinte forma: sólido, líquido, gasoso e pastoso.
Considerando-se o critério de origem e produção, podemos classificá-lo
como: residencial, comercial, industrial, hospitalar, especial e outros.
Lixo residencial. Também chamado de lixo domiciliar ou doméstico, é
constituído, em geral, por sobras de alimentos,, invólucros, papéis, papelões,
plásticos, vidros, trapos etc.
Lixo comercial. É oriundo de estabelecimentos comerciais como lojas,
lanchonetes, restaurantes, escritórios, hotéis, bancos etc.
Lixo industrial. É todo e qualquer resíduo resultante de atividades
industriais, estando neste grupo o lixo proveniente das construções. Em geral, esta
classe de resíduo é responsável pela contaminação do solo, ar e recursos hídricos,
devido à forma de coleta e disposição final, que na maioria dos centros urbanos
fica a cargo do próprio produtor. Assim é freqüente observar o lançamento de
resíduos industriais ao relento e nos recursos hídricos. Os resíduos industriais são
classificados em quatro categorias:
Categoria 1. Incluem-se nesta categoria os resíduos considerados
perigosos, ou seja, que requerem cuidados especiais quanto à coleta,
acondicionamento, transporte e destino final.
Categoria 2. Incluem-se nesta categoria os resíduos potencialmente
biodegradáveis e/ou combustíveis.
Categoria 3. Incluem-se nesta categoria os resíduos considerados inertes
e incombustíveis.
Categoria 4. Incluem-se nesta categoria os resíduos constituídos por uma
mistura variável e heterogênea de substâncias que individualmente poderiam ser
classificados nas categorias 2 ou 3.
Lixo hospitalar. Geralmente divididos em dois tipos, segundo a forma de
geração: resíduos comuns, compreendendo os restos de alimentos, papéis,
invólucros etc.; resíduos especiais, que são os restos oriundos das salas de
cirurgias, das áreas de internação e isolamento. Estes últimos também podem ser
denominados lixos sépticos, e seu acondicionamento, armazenamento local, coleta
e disposição final exigem atenção especial devido aos riscos que podem oferecer.
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Lixo especial. Trata-se de resíduos em regime de produção transiente,
como veículos abandonados, podas de jardins e praças, mobiliário, animais
mortos, descargas clandestinas etc.
Outros. Neste tipo de lixo estão incluídos os resíduos não contidos nos
itens anteriores e aqueles provenientes de sistemas de varredura e limpeza de
galerias e bocas de lobo.
15.5 - Destino Final
15.5.1 - Aterro Sanitário
A prática de aterrar lixo como forma de destino final não é privilégio da
civilização moderna, pois também os antigos já faziam uso dela. Os nabateus na
Mesopotâmia 2.500 anos antes de Cristo enterravam seus resíduos domésticos e
agrícolas em trincheiras escavadas no solo. Passando algum tempo as trincheiras
eram abertas e a matéria orgânica, já decomposta, era removida e utilizada como
fertilizante orgânico na produção de cereais. A história conta que no ano 150 o
povo romano que morava na zona urbana, assustado com a grande quantidade de
roedores e insetos que apareciam em torno dos locais onde o lixo era disposto,
resolveu abrir valas e aterrar todos os resíduos, eliminando os inconvenientes
causados pelos vetores. Este relato pode ser comprovado, pois os registros
mostram que durante este período o povo romano foi vítima da peste bubônica.
O aterro sanitário é uma das práticas mais utilizadas no presente em
virtude de sua relativa simplicidade de execução e de seu relativo baixo custo,
tendo como fator limitante à disponibilidade de áreas próximas aos centros
urbanos.
15.5.1.1 - Definição
Segundo a CETESB - Companhia de Tecnologia e Saneamento
Ambiental, o aterro sanitário é definido como um processo utilizado para a
disposição de resíduos sólidos no solo, particularmente o lixo domiciliar, que
fundamentado em critérios de engenharia e normas operacionais específicas,
permite uma confinação segura, em termos de controle da poluição ambiental e
proteção ao meio ambiente.
As vantagens do aterro sanitário são inúmeras, porém o relativo baixo
custo que envolve esta prática é o que a torna interessante. Algumas vantagens,
além desta, são:
- disposição do lixo de forma adequada;
- capacidade de absorção diária de grande quantidade de resíduos;
- condições especiais para a decomposição biológica da matéria orgânica
presente no lixo.
Os problemas associados a este método incluem a possibilidade da
poluição das águas superficiais e lençóis subterrâneos pela ação do liquido
percolado (chorume), além da formação de gases nocivos e de odor desagradável.
Os fatores limitantes deste método são basicamente quatro:
- disponibilidade de grandes áreas próximas aos centros urbanos que não
comprometam a segurança e conforto da população;
- disponibilidade de material de cobertura diária;
- condições climáticas de operação durante todo o ano;
- escassez de recursos humanos habilitados em gerenciamento de aterros.
15.5.1.2 - Classificação dos Aterros
Os aterros podem ser classificados conforme a técnica de operação ou
pela forma de disposição.
- aterros comuns, caracterizados pela simples descarga de lixo sem
qualquer tratamento, também denominados lixões, lixeiras, vazadouros etc.
- aterros controlados, uma variável da prática anterior em que o lixo
receber uma cobertura diária de material inerte. Esta cobertura é realizada de
forma aleatória não resolvendo satisfatoriamente os problemas de poluição
gerados pelo lixo, uma vez que os mecanismos de formação de líquidos e gases
não são levados a termo.
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- aterros sanitários, são executados segundo os critérios e normas de
engenharia e atendem os padrões de segurança preestabelecidos.
15.2 - Compostagem
15.2.1 - Definição
A compostagem é definida como o ato ou a ação de transformar os
resíduos orgânicos, através de processos físicos, químicos e biológicos, em uma
matéria biogênica mais estável e resistente à ação das espécies consumidoras.
O composto é a denominação genérica dada ao fertilizante orgânico
resultante do processo de compostagem.
No processo de compostagem a matéria orgânica atinge dois estágios
importantes: digestão, que ocorre em primeiro lugar, correspondendo à fase de
fermentação na qual a matéria alcança a bioestabilização. O segundo estágio é a
maturação, no qual a matéria atinge a humificação.
A usina de compostagem é um complexo eletromecânico formado por
diversos eventos destinados a preparar cientificamente o composto orgânico. Nas
usinas de compostagem. Em geral, todas as fases do processo de digestão e
maturação são controladas e monitoradas diariamente, obtendo-se, no final do
processo, um produto de qualidade aceitável.
15.3 - Incineração
15.3.1 - Definição
A incineração é definida como o processo de redução de peso e volume
do lixo através de combustão controlada. Os remanescentes da incineração do lixo
são, geralmente, gases como dióxido de carbono (CO2); dióxido de enxofre (SO2);
nitrogênio (N2); gás inerte proveniente do ar utilizado como fonte de oxigênio e do
próprio lixo; oxigênio (O2) proveniente do ar em excesso que não consegue ser
completamente queimado; água (H2O); cinza e escória que se constituem de
metais ferroso e inertes com vidros e pedras etc.
15.3.2 - Classificação
Os processos de incineração de lixo podem ser classificados em dos tipos:
estáticos e dinâmicos.
- Incineradores estáticos ou de bateladas: caracterizam-se por seu
funcionamento intermitente. Em geral são de fácil operação e tecnologia
extremamente simples, o processo envolve quatro estágios ou fases principais:
1) alimentação do formo;
2) combustão dos resíduos;
3) resfriamento e tratamento dos gases e produtos da combustão;
4) emissão dos gases e escórias.
São mais recomendados para pequenos estabelecimentos onde a produção
de lixo é limitada pelas etapas de produção dos sistemas gerados de resíduos.
- Incineradores dinâmicos ou contínuos: caracterizam-se por seu
funcionamento direto. Em geral são mais complexos e sua operação requer
maiores atenções. O processo envolve seis estágios:
1) alimentação do forno;
2) secagem do lixo;
3) combustão dos resíduos;
4) resfriamento dos gases e outros produtos da combustão;
5) filtragem e tratamento dos gases da combustão;
6) emissão dos gases e escórias.
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16 - BIBLIOGRAFIA GERAL
Técnicas de abastecimento e Tratamento de água vários autores. CETESB,
Volumes 1 e 2
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BATALHA, Ben Hur Luttenbark. Controle de Qualidade da Água para
Consumo Humano. CETESB.
Dacach, Nelson Gandur. Sistemas Urbanos de Água. Livros Técnicos e
Científicos Editora SA.
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RICHTER, Carlos A. et all. Tratamento de Água Tecnologia Atualizada,
Editora Edgard Blücher Ltda. 1998.
MOTA, Seutônio. Preservação de recursos hídricos. ABES.
DELLA NINA, Ademar. Construção de Rede de Esgotos Sanitários. CETESB.
FERNANDES, Carlos. Esgotos Sanitários. Editora Universitária de João Pessoa,
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TSUTIYA, Milton Tomoyuki; SOBRINHO, Pedro Alem.Coleta e transporte de
Esgotos Sanitários. Universidade de São Carlos. 2000.
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FUGIA, O. (coord.) - Drenagem urbana - Manual de Projeto. Companhia de
Tecnologia de Saneamento Ambiental.
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McGraw Hill do Brasil, São Paulo, SP.
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do Brasil, São Paulo, SP.
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Tecnologia de Saneamento Ambiental, São Paulo, SP.
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