caderno de saneamento ambiental 2015 c4

8/17/2019 Caderno de Saneamento Ambiental 2015 C4

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Universidade Federal do ParanáSetor de TecnologiaDepartamento de Hidráulica e Saneamento

Caderno de Saneamento Ambiental

Capítulo 4: Sistemas de Drenagem Urbana e Esgotamento Sanitário

Professor Daniel Costa dos Santos

Curitiba, 2015


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Apresentação do Tema Saneamento Ambiental

Este texto, composto por dois volumes, consta de uma compilação de um conjuntotextos e documentos referentes as atividades a serem desenvolvidas na disciplinaSaneamento Ambiental. Assim sendo, além de serem tratados os temas pertinentes aosmódulos em questão, temas afins também serão tratados como o Desenvolvimento,Meio Ambiente, Uso Racional da Água, além de questões Sociais, Políticas eEconômicas. O destaque destes temas correlatos é fundamental para viabilizar oenfoque sistêmico sobre o cenário sócio-político estabelecido, de maneira que se possamelhor entender o papel do Saneamento Ambiental no mesmo.


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Capítulo 04

Sistemas de Drenagem Urbana e Esgotamento Sanitário


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I Considerações Iniciais

O Brasil é extremamente deficitário em sistemas de esgoto tanto nas áreas urbanasquanto nas áreas rurais. Dados do IBGE demonstram que a cobertura de esgoto tratadono território nacional é de 44,50 %, sendo 51,10 % da população urbana e 15,80% da população rural. Tal realidade é acintosamente refletida no quadro epidemiológico da população brasileira pois, segundo dados do IBGE, é alta a mortalidade infantil pordiarréia , patologia esta fortemente associada às condições da infra-estrutura sanitária.

Neste ponto, questões cotidianas relacionadas ao ciclo do uso da água devem serressaltadas. Muitas comunidades pequenas, por exemplo, mesmo já tendo resolvido aquestão da potabilização da água com o uso de sistemas de tratamento de águaadequados, sabe-se que estes tornar-se-ão ineficientes na medida da crescentedegradação dos mananciais através do lançamento de esgoto bruto sobre os mesmos.Consta de uma questão tanto de sustentabilidade ambiental, como também de saúde

pública, onde a necessidade premente de promoção de ambas é indiscutível.

Não obstante, é denotado o esforço do quadro científico brasileiro no sentido deencaminhar soluções de tratamento de esgoto eficazes e econômicas. Cabe citar ogrande número de pesquisas objetivando, por exemplo, o aprimoramento dos reatoresanaeróbios e das lagoas de estabilização. O mesmo pode ser dito em relação aos filtros biológicos em geral, onde a respectiva diversidade de modelos propicia o atendimentode finalidades específicas.

Isto posto, procura este trabalho contribuir nesta empreitada de melhor atender a

população brasileira em suas necessidades relativas a Saúde Pública e SalubridadeAmbiental. Para tanto, o mesmo propõe o desenvolvimento de um sistema híbrido detratamento de esgoto, o qual deve conter características de fossa séptica e lagoa de polimento em uma única unidade. A intenção é atender as pequenas comunidades, principalmente aquelas de baixa renda, as quais normalmente estão mais expostas àsdoenças e a ambientes degradados.


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II Sistema de Drenagem Urbana

Introdução

Em áreas urbanas são comuns as enchentes e a poluição difusa, problemas estes queafetam seriamente a saúde pública e o meio ambiente. As causas destes problemas sãovárias, cabendo destaque a dinâmica de ocupação do solo, a redução do tempo deconcentração, que aumenta a vazão de pico podendo causar enchentes à jusante, e aineficiência dos sistemas de drenagem. Assim, a realidade pós-ocupação de uma bacia pode diferir em muito de sua realidade pré-ocupação, em termos da sua capacidade dedrenagem de águas pluviais, principalmente se o tipo de ocupação for delineado poracentuada impermeabilização.

De maneira a lidar com estes problemas, o objetivo da infraestrutura de drenagemurbana historicamente focou o escoamento rápido das águas pluviais para os fundos devale, evitando assim empoçamentos e enchentes nas áreas urbanas. Em termos técnicos,o objetivo desta abordagem tradicional de concepção de sistemas de drenagem urbanafoi reduzir ainda mais o tempo de concentração da água na bacia hidrográfica(considerar que o tempo de concentração já fora reduzido em função daimpermeabilização decorrente do processo de ocupação do solo) pelo aumento davelocidade do escoamento superficial. E tal aumento foi propiciado tanto pelamicrodrenagem quanto pela macrodrenagem, conceitos estes a serem abordados nasequência.

No entanto, tal filosofia de redução do tempo de concentração, a qual balizadora dasconcepções dos sistemas de drenagem, apresentou problemas associados como a

elevação das vazões, em especial aquelas respectivas às chuvas intensas, o aumento daerosão, dentre outros. Percebeu-se, portanto, que a revisão desta abordagem tradicionalfazia-se necessária no sentido de, pelo contrário, aumentar o tempo de concentração.Dado este princípio, para o planejamento adequado para a ocupação do solo assumiramimportância condicionantes como a manutenção de regiões ribeirinhas não urbanizadas,o controle e redução da poluição difusa, além da redução do risco de enchentes, do processo de erosão e do processo de assoreamento.

Tipologia

As intervenções de drenagem urbana podem seguir a abordagem tradicional e, ou, aabordagem da sustentabilidade. Não obstante, quanto a abrangência física, taisintervenções ocorrem nas fontes, pela microdrenagem e pela macrodrenagem. As fontessão basicamente os lotes cujo tipo de ocupação define o tipo de sistema de drenagem aser concebida. A microdrenagem abrange unidades desde os coletores prediais de águas pluviais e sarjetas até bueiros (bocas de lobo) e galerias. Já a macrodrenagem enfoca osfundos de vale, os cursos urbanos de água e reservatórios naturais e artificiais.

1.Tipologia sob a abordagem tradicional

Nas fontes as ações de drenagem ocorrem nos lotes onde, pela abordagem tradicional, prevê-se a instalação de sistemas drenagem de águas pluviais tanto para prédios quanto para estacionamentos, dependendo do tipo de ocupação do lote. A microdrenagem é


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composta por rede primária urbana, sarjetas, bocas de lobo e galerias enquanto amacrodrenagem atende tais sistemas de microdrenagem.

2 Tipologia sob a abordagem da sustentabilidade

A abordagem embasada na premissa da sustentabilidade objetiva o retardo doescoamento superficial de maneira a aumentar o tempo de concentração e de reduzir avazão de enchente. Para tanto, medidas que controle na entrada da água pluvial nasgalerias, que aumentem a infiltração e que promovam a detenção e retenção emreservatórios, o retardo do escoamento nos rios e córregos e a derivação de escoamentos podem propiciar o aumento do tempo de concentração.

Microdrenagem

1 Fatores Hidrológicos

1.1 Período de Retorno (T):

O período de retorno T é um parâmetro utilizado para a definição das intensidades pluviométricas de projeto. Valores de referência usuais são apresentados na tabela aseguir conforme magnitude da obra e tipo de ocupação da área.

Tabela: Períodos de Retorno para diferentes ocupações da áreaTipo de obra Tipo de ocupação da área T (anos)

Residencial 2

Comercial 5Microdrenagem Áreas c/ edifícios de serv. ao público 5Aeroportos 2 – 5

Áreas comerciais e artérias de tráfego 5 – 10Macrodrenagem Áreas comerciais e residenciais 50 – 100

Áreas de importância específica 500Fonte: adaptado de Azevedo Netto, 1998.

1.2 Tempo de concentração (tc)

O tempo de concentração é o tempo de percurso de um determinado volume de água precipitado desde o ponto mais distante da bacia hidrográfica até a seção de drenagemsob estudo.

1.3 Intensidade Pluviométrica

Intensidade pluviométrica é a relação entre a altura da lâmina pluviométrica e o tempode formação desta lâmina. Consta de um parâmetro que depende das condições locais eé função também do período de retorno.

2 Coeficiente de Escoamento Superficial (C)

O Coeficiente de Escoamento Superficial C representa o percentual do volume queescoa superficialmente em relação aquele precipitado. O equacionamento é o seguinte:


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C = Ves / Vtp,

sendo Ves o volume que escoa superficialmente e o Vtp o volume total precipitado.

Para a estimativa de C para uma área composta por sub-áreas com diferentes perfis de

ocupação é utilizada a média ponderada conforme segue:

onde n corresponde as sub-áreas.

3 Elementos de Captação e Transporte

3.1 Sarjetas

Sarjetas são canais formados por faixas da via pública e o meio-fio, de seçõestriangulares, os quais normalmente dimensionados por meio da determinação de suacapacidade hidráulica (máxima vazão de escoamento) a fim de ser comparada com avazão de drenagem de projeto. Tal comparação permite dimensionar tanto as sarjetasquanto as bocas de lobo. A capacidade das sarjetas pode ser estimada pela fórmula deManning, com n = 0,016 (concreto rústico):

Sarjeta triangular

Ao adaptar a equação de Manning para a seção triangular da sarjeta, tem-se:

Qo= 375. I1 /2. (z/n). yo8/3 sendo,

Qo: capacidade de uma sarjeta em l/s;yo: altura máxima de água na guia,z : inverso da declividade transversal,I : inclinação longitudinal da sarjeta (do greide da rua),n : coeficiente de rugosidade de Manning,

Observar que z = yo /wo, onde,

wo - largura máxima do espelho d'água.

A

Cn AnC

2/13/2 I Rn A

Q H


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ParaQo em m³/s e yo em m a equação de Manning assume a forma:

Qo= 0,375. I1 /2. (z/n). yo8/3

De maneira a ajustar a capacidade das sarjetas às condições reais de escoamento que

incluem obstruções causadas por resíduos retidos no gradeamento da boca de lobo,recomenda-se a adoção dos fatores de redução conforme tabela a seguir:

Tabela: Fatores de redução de escoamento das sarjetasDeclividade da sarjeta - % Fator de redução

0,4 0,501-3 0,505,0 0,506,0 0,408,0 0,2710 0,20

Fonte: adaptado de Azevedo Netto, 1998.

Cumpre observar que geralmente as guias têm 0,15m de altura e se admite umenchimento máximo variando de 0,10 a 0,13m. Considerando o valor de 0,13 m para alâmina e a declividade transversal da via pública de 3%, valor usual para ruas de 10mde largura, tem-se:

A = 0,280 m² ; P = 4,302 e R H = 0,065m

Isto posto, decorre que a capacidade da sarjeta depende apenas da declividade

longitudinal da rua.3.2 Bocas de Lobo

Bocas de lobo são elementos instalados na sarjeta para drenar águas das chuvas quandoa capacidade desta é ultrapassada. Quanto a tipologia, a boca de lobo pode ser desarjeta ou mista, esta última quando a sarjeta é combinada com a guia. Para a boca delobo de sarjeta, na equação acima L é considerado o próprio perímetro P da área livredo orifício, em metros. Já para a boca de lobo mista sua capacidade é a somatória dasvazões estimadas tanto para a guia quanto para a sarjeta. Não obstante, como previsto para a estimativa da capacidade da sarjeta, para a boca de lobo igualmente são

introduzidos os fatores de redução conforme tabela a seguir. Neste sentido, para efeito de dimensionamento, a boca de lobo é admitida como umvertedor de parede espessa cuja equação para estimar sua capacidade é a seguinte:

onde:

L: comprimento da abertura (m)H: altura da água nas proximidades (m) – 0,13m no caso padrão de sarjetas

2371,1 H LQ


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Tabela: Fatores de redução do escoam. para bocas de loboLocalizaçãodas sarjetas

Tipo de boca de lobo Percentual permitidosobre o valor teórico

de guia 80Ponto Baixo com grelha 50

combinada 65de guia 80Ponto grelha longitudinal 60Intermediário grelha transversal ou longitudinal com

barras transversais60

combinada 110% dos valoresindicados para a grelha

correspondenteFonte: adaptado de Azevedo Netto, 1998.

3.3 Tubos de Ligação (TL)

Tubos de ligação são conexões entre as bocas de lobo e os poços de visita ou as caixasde ligação.

3.4 Poços de Visita (PV)

Os poços de visita são conexões que permitem o acesso às galerias para fins de inspeçãoe desobstrução das mesmas. Para tanto, são normalmente localizadas nos encontros decondutos assim como nas mudanças de seção, de declividade e de direção.

3.5 GaleriasAs galerias são tubulações coletivas que drenam águas oriundas dos sistemas prediaisde águas pluviais e das bocas de lobo. Para a estimativa da capacidade de uma galeria asvazões a serem drenadas devem ser estimadas e, tratando-se de microdrenagem, ométodo racional pode ser utilizado.

Q = C .I . A

A estimativa de C para cada trecho da galeria é dada pela seguinte equação:

A intensidade pluviométrica I é função do tempo de concentração e do período deretorno. O tempo de concentração tc é considerado igual a duração da chuva t. Portanto para dimensionar o primeiro trecho da galeria o tc é o mesmo da área à montante doinicio da mesma. Para os trechos sequentes o tc será a soma dos tc dos trechos anteriorescom tempo de percurso t p do trecho anterior, conforme formulação que segue:

tc = tc (anterior) + t p onde:

t p = L/v

An

Cn AnC


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sendo,

L = comprimento do trecho anteriorv = velocidade real de escoamento do trecho anterior

Estimada a vazão por trecho, para o dimensionamento do diâmetro têm-se as seguintesequações a partir da equação de Manning:

D = 1,511 (n.Q.I-1/2)3/8(para lâmina = 0,9D);D = 1,511 (n.Q.I-1/2)3/8(para seção plena).

sendo,

Q: vazão a ser drenada;I:declividade do trecho da galeria

Não obstante, para dimensionar as galerias, os seguintes critérios que devem serconsiderados conforme Azevedo Netto, (1998):

diâmetro mínimo das seções circulares: sugerido 300 mm; dimensão mínima na seções retangulares: sugerido altura de 0,50 m; o dimensionamento das seções circulares deve ser à seção plena ou y = 0,95 D; o dimensionamento das seções retangulares deve prever a altura mínima livre de

0,10 H (H = altura); velocidade mínima: sugerido 0,75 m/s; velocidade máxima: sugerido 5,0 m/s;

declividade econômica é considerada a declividade do terreno;

Medidas de Controle

As medidas de controle, ou compensatórias, buscam corrigir, reverter ou prever problemas relacionados às enchentes e à poluição difusa dos cursos hídricos, problemasestes consequência da ocupação e impermeabilização do solo. Diante deste contexto,tais medidas podem ser estruturais ou não estruturais, conforme discorrido na sequência.

1 Medidas Estruturais

As medidas estruturais configuram-se basicamente por obras e são classificadas emvários tipos quanto ao princípio, à localização e à abrangência.

Quanto ao princípio, as obras podem ser convencionais ou não convencionais. Asconvencionais preveem o rápido afastamento das águas pluviais pela implantação degalerias e canais, tamponamento de córregos, ajustes de traçado, aumento dasdeclividades, etc. As obras não convencionais objetivam o retardo do escoamento porintervenções como o controle de entrada, o aumento da infiltração, a detenção e, ou,retenção em reservatórios, o retardo do escoamento nos rios e córregos, a derivação deescoamentos e os diques.


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III Sistema de Esgotamento Sanitário

Introdução

O Sistema de Esgotamento Sanitário basicamente é composto pela coleta, tratamento edisposição final do esgoto sanitário. Dessa forma, o sistema pode ser o Unitário, no qualescoam tanto o esgoto sanitário quanto águas pluviais, ou o Separador Absoluto, onde oSistema de Esgoto Sanitário é totalmente separado do Sistema de Drenagem Urbana.Em função de uma série de questões técnicas e de segurança sanitária, a norma brasileira recomenda o sistema separador absoluto. O sistema separador absoluto, omesmo é composto por rede coletora, estação de tratamento de esgotos e disposiçãofinal. Segundo Alem Sobrinho, Tsutiya, 1999, o sistema separador absoluto é basicamente utilizado no Brasil, pois basicamente apresenta as seguintes vantagens:

apresenta menos custo quando comparado ao sistema unitário;

proporciona maior flexibilidade na execução por etapas, quando comparado aexecução do sistema unitário; reduz o custo para drenagem das águas fluviais em função das mesmas não

requerem tratamento e, portanto, poderem ser lançadas em cursos hídricos mais próximos;

não requer, necessariamente, a pavimentação das vias públicas, condição essaimportante para o bom funcionamento do sistema unitário;

é reduzida a extensão de tubulações de grandes diâmetros, uma vez que não faz-se necessário a construção de falésias em todas as ruas, como seria no caso dosistema unitário.

No entanto, no caso da utilização do sistema único, a rede coletora deve serdimensionada para receber um esgoto com características diferentes daquelasnormalmente previstas para o dimensionamento do sistema separador, além de sernecessário ainda atender critérios específicos para diâmetros mínimos, declividadesmínimas, lâminas máximas e mínimas de escoamento, velocidades de início e final de plano, tensão trativa, etc.

Em termos práticos, em muitas regiões urbanas brasileiras não há instalação de redescoletoras de esgoto e, assim, expressiva parcela da população utiliza-se do lançamentodo esgoto no sistema de drenagem urbana. Tal situação tem sido preocupante por suasconseqüências negativas importantes, como por exemplo:

. Apesar de haver diluição do esgoto lançado pelas águas pluviais e a decorrenteredução da concentração da matéria orgânica, normalmente significativascargas de matéria orgânica são lançadas diretamente nos corpos hídricosreceptores, além de nutrientes e patógenos.

. Considerando ainda que o sistema não foi adequadamente dimensionado eexecutado para ser um Sistema Único, este não consegue suportar certos níveisde precipitação, o que conduz a alagamentos e, conseqüentemente, àcontaminação externa.


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Caracterização do Esgoto

1 Caracterização Quantitativa do Esgoto

1.1 Vazão de Projeto

A vazão de projeto varia com a região, as atividades, os hábitos, as condições sociais eeconômicas, a disponibilidade de água, entre outras variáveis. Basicamente, é composta por esgoto doméstico, água de infiltração e contribuições singulares como indústrias,espaços públicos, etc. Faz-se necessário estimar a vazão de início e de final de plano,conforme equações a seguir:

Qi = QDi + QIi + QSi para início de plano;

Qf = QDf + QIf + QSf para final de plano,

Sendo,

Q: vazão total;QD: vazão de esgoto doméstico;QI: vazão de infiltração;QS: vazão de contribuição singular;i: indica início de plano;f: indica final de plano.

Para o dimensionamento do dimensionamento do sistema de esgotamento sanitário,devem ser conhecidas as vazões de início (QDi) e de final (QDf) de plano.

1.2 Vazão de Esgoto Doméstico (QD)

As variáveis pertinentes para definir a vazão de projeto são população, contribuição percapita, coeficiente de retorno esgoto/água e coeficiente variação de vazão. A população precisa ser definida para o início e para o final de plano. Para o final de plano, osmétodos de previsão populacional que podem ser utilizados são o aritmético,geométrico e regressão.

Contribuição Per Capita (qc) é função do consumo efetivo de água per capita (qe) e do

coeficiente de retorno. Com relação ao Coeficiente de Retorno (C), sua expressão básicaé a seguinte:

C = volume de esgoto coletado pela redevolume de água abastecida

Normalmente, seus valores variam entre 0,6 e 0,9. Não obstante, na falta de valoresobtidos em campo, a NBR 9649 recomenda o valor de 0,8. Já os Coeficientes deVariação de Vazão devem ser considerados pois a vazão de esgoto doméstico varia coma hora do dia, época do ano, temperatura e precipitação atmosférica.

Portanto, coeficientes de variação de vazão devem ser considerados, quais sejam:


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k 1 : coeficiente de máxima vazão diária

k 1=maior vazão diária verificada no anovazão média diária anual

k 2: coeficiente de máxima vazão horáriak 2=maior vazão observada num dia

vazão média horária do mesmo dia

k 3 : coeficiente de mínima vazão diária

k 3=menor vazão diária verificada no anovazão média diária anual

A NBR 9649 apresenta os valores k 1 = 1,2 ; k 2 = 1,5 e k 3 = 0,5. Desta maneira, asequações básicas são as seguintes:

QDimed = Pi . qe . Ci / 86400QDimax = K2 . Pi . qe . Ci / 86400QDfméd = Pf . qe . Cf / 86400QDf max = K1 .K2 .Pf . qe . Cf / 86400

Com essas vazões, é possível a determinação de coeficientes para o dimensionamentodas redes coletoras, quais sejam o coeficiente de contribuição linear TL = QD / L e ocoeficiente de contribuição por área TA = QD / A. No cálculo dessas taxas, considerarcondições de início e fim de plano.

1.3 Vazão de Água de Infiltração (QI)

A água de infiltração na rede coletora tem origem no lençol freático e, ou, na precipitação pluviométrica. Os pontos de infiltração da água do lençol freático na redesão as juntas, as paredes dos condutos, os poços de visita, os tubos de inspeção elimpeza, os terminais de limpeza, as caixas de passagem, as estações elevatórias, etc. Noentanto, o acesso das águas pluviais á rede pode ser acidental ou clandestino. Demaneira a estimar a vazão de água de infiltração na rede coletora, utiliza-se o parâmetroTaxa de Infiltração, o qual é função do material da rede, do tipo de solo, do nível do

lençol freático, da qualidade de execução, do tipo de junta, entre outras variáveis. Dadosusuais sobre taxas de infiltração são os seguintes:

. acima do lençol freático: TI = 0,02 l / s km

. abaixo do lençol freático: TI = 0,10 l / s km

A NBR 9649 recomenda a faixa de 0,05 a 1,0l / s km.

As vazões são as seguintes:

QIi = TIi .Li

Qif = TIf . Lf


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Onde,

TI: Taxa de infiltração;L: Comprimento da Rede;i: início de plano;

f: final de plano.1.4 Vazões de Contribuições Singulares (QS)

A vazão das contribuições singulares deve ser medida, ou estimada, caso a caso. Alémdisso, o regime de variação da mesma também necessita ser conhecido, pois consta deum dado importante para o dimensionamento da rede coletora.

No caso específico das indústrias, estudos preliminares fazem-se importantes no intuitode definir, além da vazão e seu regime de variação, a necessidade, ou não, de préviotratamento do esgoto na própria planta industrial antes de ser lançado à rede coletoracoletiva. Observar que o esgoto industrial necessita de pré-tratamento quando sãonocivos à saúde, quando interferem no sistema de tratamento coletivo de esgoto, quandoobstruem tubulações e equipamentos, quando podem agredir as tubulações, assim comoquando estão à temperaturas elevadas.

1.5 Determinação da Vazão de Projeto

A vazão projeto pode ser determinada através de estimativas em função dascontribuições médias de esgoto, dos coeficientes de variação, das taxas de infiltraçãodas contribuições singulares, além das condições do início fim do plano. Não obstante, avazão de projeto pode ser determinada com a utilização de hidrogramas que medemvazões e registram as variações temporais das mesmas. As respectivas equações são asseguintes:

Qimed = (Pi . qe . Ci / 86400) + TIi . Li + CSiQimax = (K2 .Pi . qe . Ci / 86400) + TIi . Li + CSiQf med = (Pf .qe .Cf / 86400) + TIf .Lf + CSfQf max = (K1 .K2 .Pf .qe .Cf / 86400) + TIf .Lf + CSf

2 Caracterização Qualitativa do Esgoto

O esgoto é caracterizado por suas características físicas, químicas e microbiológicas.Tais características estão apresentadas na sequência.

2.1 Características físicas

Como características físicas, destaca-se a matéria sólida, a temperatura, o odor, a cor e aturbidez. O Esgoto contém aproximadamente 0.08% de matéria sólida e 99,92% deágua. A temperatura é um parâmetro importantíssimo, pois rege uma série de reações bioquímicas que ocorrem no tratamento do esgoto. A cor e turbidez igualmente sãocaracterísticas importantes, uma vez que estão relacionadas às concentrações de sólidosdissolvidos e suspensos, respectivamente. A matéria sólida classifica-se conforme

segue.


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Sólidos OrgânicosSólidos Sedimentáveis

Sólidos MineraisSólidos

Em Suspensão

Sólidos OrgânicosSólidos não SedimentáveisSólidos Totais Sólidos Minerais

Sólidos OrgânicosSólidos Coloidais

Sólidos MineraisSólidos

DissolvidosSólidos Orgânicos

Sólidos Dissolvidos Sólidos Minerais

2.2 Características químicas

2.2.1 Natureza dos Compostos Químicos

O esgoto é composto de matéria orgânica e inorgânica. Os compostos orgânicos sãouma combinação de carbono, hidrogênio e nitrogênio, assim distribuídos:

Compostos de proteínas (40 a 60%): produzem nitrogênio e contém carbono,hidrogênio, nitrogênio, oxigênio, fósforo, enxofre e ferro.

Carboidratos (25 a 50%): contém carbono, hidrogênio e oxigênio (açúcares,amido, celulose, fibra de madeira).

Gordura e óleos (10%). Surfactantes: moléculas orgânicas formadoras de espuma. Fenóis: compostos orgânicos causadores de gosto à água, os quais são

oriundos dos despejos industriais. Pesticida: toxicidade

Quanto aos compostos inorgânicos, encontram-se na forma de areia e minerais

dissolvidos.2.2.2 Parâmetros Químicos

2.2.2.1DBO

É a quantidade de oxigênio utilizada por uma população mista de microorganismosdurante a oxidação aeróbia da matéria orgânica contida no esgoto. A Curva de DBO xTempo, tem-se a seguinte formulação:

)101( L DBO kt ot

Essa formulação é ilustrada na seguinte ilustração.


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A DBO carbonácea ocorre em função da seguinte reação:

MO + O2 CO2 + H2O + MODD + NUTRIENTES

Próximo ao 10º dia se desenvolvem bactérias nitrificantes responsáveis pela nitrificaçãoa qual é um processo de oxidação da N-NH3 ao N-NO3. Ocorre em duas etapas:

1º: 2 NH3 + 3 O2(nitrossomas) 2 NO2- + 2 H+ + 2 H2O

2º: 2 NO2- + O2(nitrobacter) 2 NO3-

Portanto, o consumo de OD ocorre tanto pela oxidação da M.O. carbonácea quanto pelanitrificação. Observar ainda que a DBO mede o consumo de OD, exclusivamente dosmicroorganismos, para a oxidação da matéria orgânica biodegradável, além do eventualconsumo pela nitrificação.

2.2.2.2 DQO

A DQO mede o consumo de oxigênio durante a oxidação química da matéria orgânica,esta tanto biodegradável quanto não biodegradável, assim como de alguns compostosinorgânicos também. O oxidante utilizado na tese de DQO é o dicromato de potássio(K 2 Cr 2 O7). Uma vez que a oxidação é exclusivamente química, ou seja, não havendonitrificação, logo a DQO é relativa tão somente a M.O carbonácea. A relação DQO /DBO pode ser de 1,7 a 2,4 para esgoto bruto e em torno de 3,0 para esgototratado.Observar que o esgoto tratado apresenta menor concentração de M.O. biodegradável, pois parcela substancial da mesma é removida no tratamento. Isto

explica a maior relação DQO/DBO para o mesmo quando comparada àquela referenteao esgoto bruto.

05 10 15 20

DBO carbonácea

DBO carbonácea + nitrificação

Tempo(dias)

DBO

DBO4

DBO5


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2.2.2.3 Nitrogênio

O nitrogênio apresenta-se na atmosfera, esse seu reservatório natural, em grande partena forma molecular (gasosa – N2) e em parcela menos expressiva como amônia, NH3.Por meio de descargas atmosféricas e pela ação de alguns microorganismos fixadores,

como bactérias e algas, o mesmo é extraído da atmosfera. Não obstante, algunsmicroorganismos também absorvem o nitrogênio nas formas de amônia e de nitrato, osquais são imobilizados nas células na forma de nitrogênio orgânico. Outra atuação dosmicroorganismos é na desnitrificação, processo no qual do nitrato (NO3-) é utilizado ooxigênio (O2) para a oxidação da MO e, então, é liberada o N2 para a atmosfera. Adesnitrificação ocorre na fase anóxica, a qual é aquela onde não há OD, mas há NO3 eMO para ser oxidada.

No ciclo do nitrogênio, além da ação dos microorganismos já comentada, há também aação das plantas e dos animais. As plantas absorvem o nitrogênio na forma inorgânica[amoniacal (NH4+) ou nitrato (NO-3)], ou na forma orgânica [uréia (NH4)2CO], o qual éimobilizado na forma orgânica. Quanto aos animais, já absorvem o nitrogênioimobilizado (orgânico) em plantas e outros animais. No entanto, nos dejetos destesanimais é liberado também o nitrogênio orgânico o qual é transformado em nitrogênioamoniacal pelos microorganismos decompositores. O nitrogênio amoniacal então énitrificado a NO-3, forma esta disponível a microorganismos e plantas.

Essas formas de nitrogênio podem indicar alguns cenários ambientais, conforme segue:

Nitrogênio Orgânico: compõe proteínas animais e vegetais, indica poluiçãorecente.

Nitrogênio Amoniacal: forma inorgânica de N, resultado da atuação dosdecompositores heterótrofos sobre o nitrogênio orgânico.

Nitrito: (NO2-) Resultado da oxidação de amônia (NH3).

Nitrato (NO3-) Resultado da oxidação do nitrito.

2.2.2.4 Fósforo

Usualmente, as formas de interesse ambiental são os ortofosfatos, polifosfatos e fósforo

orgânico.2.3 Características Biológicas

Os principais são bactérias, fungos, protozoários, vírus, algas e grupos de plantas e deanimais. A atuação das bactérias é na decomposição, enquanto a atuação das algas é naslagoas de estabilização, via oxidação aeróbia e redução fotossintética. Não obstante,ocorre em algumas situações o florescimento de algas em mananciais hídricos devido aoaporte nos mesmos de esgoto com elevadas concentrações de nutrientes. Comoindicadores de poluição, são medidas as concentrações as bactérias do grupo coliformes.


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3 Características Quanti-Qualitativas

Constam de parâmetros que associam características quantitativas e qualitativas doesgoto. É o caso da Carga Orgânica (CDBO; CSS), da População Equivalente (Pe) e daPopulação Hidráulica Equivalente (PHE). A Carga Orgânica é um parâmetro utilizado

para projetar processos de tratamento de esgoto. É apresentado em DBO ou SS.População Equivalente é o número de habitantes que produzem uma carga orgânicaigual ao esgoto de uma determinada indústria, enquanto que a População HidráulicaEquivalente é o número de habitantes que produzem uma vazão igual a de umadeterminada indústria.

As respectivas formulações matemáticas constam a seguir:

dia L1000

Lmg

diam

Lmg

C 3

DBO

dia.1000 Kg

dia g

dia L1000mg

C DBO

1000

Q DBO )dia / Kg ( C )dia / m(

) L / mg (

DBO

3

)dia.ha b / g (

)dia / kg ( DBO )ha b( 54

C Pe

)dia.ha b / m(

)dia / m( )hab( HE

3

3

2.0

Q P

Isolando a DBO:

DBO (mg/L) = 1000 . CDBO / Q ; CDBO : kgDBO / dia ; Q : m3 / dia,

Observar que a DBO do esgoto bruto, assim como a vazão, contém as parcelas deesgoto doméstico, do esgoto industrial e da infiltração. Logo, a CDBOe a Q são dadas pelas seguintes equações, respectivamente:

CDBO = CDBO/ED + CDBO/I + CDBO/CS

Q = QED + QIA + QIB

Outro parâmetro importante é a População Equivalente, PE, que apresenta a seguinteequação:

PE = CDBO/CS / CDBO/Pessoa

Rede de Coleta

1 Componentes e Tipologia

A rede coletora é um conjunto de canalizações que coleta e conduz os esgotossanitários. É composta por tubulações e acessórios, quais sejam:

a) Tubulações: Coletor Secundário, Coletor Tronco, Interceptor e Emissário;


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b) Acessórios: Usualmente são os seguintes: Sifões Invertidos, Poços de Visita(P.V.), Terminal de Limpeza (TL) e Terminal de Inspeção e Limpeza (TIL).

A rede coletora pode ser classificada quanto a macro-estrutura e quanto a micro-estrutura. Quanto a macro-estrutura, tem-se:

a) Perpendicular: coletores tronco independentes e perpendiculares ao curso daágua, com ou sem interceptor;

b) Leque: para terrenos acidentados;c) Distrital e Radial: necessita recalque, como em cidades planas.

Quanto a micro-estrutura, divide-se em redes simples ou dupla, onde na rede simples atubulação é lançada sob a via de tráfego, enquanto na rede dupla é lançada umatubulação sob cada passeio.

2 Dimensionamento

2.1 Requisitos Hidráulicos e Sanitários

Para o dimensionamento de uma rede coletora é importante atender requisitoshidráulicos e sanitários. Nesse contexto, é importante destacar:

As tubulações devem ter a capacidade de conduzir vazões máximas e mínimas;

As tubulações são dimensionadas para que o regime de escoamento seja livre emcoletores e interceptores e forçado em sifões invertidos e linhas de recalque. Nosemissários, o escoamento pode ser livre ou forçado;

Deve ser garantida a autolimpeza das tubulações. Para tanto, nodimensionamento, podem ser adotados dois critérios para verificação, quaissejam, o Critério da Velocidade e o Critério da Tensão Trativa. O Critério daVelocidade estabelece uma velocidade mínima de transporte da matéria sólida,sendo que essa velocidade deve ser tal que garanta que a lâmina mínima sejasempre atendida. A Tensão Trativa é a tensão tangencial exercida sobre a parededo tubo pelo líquido escoando, onde o valor crítico da mesma, denominadoTensão Trativa Crítica, é aquele valor mínimo capaz de iniciar o movimento das partículas depositadas nas tubulações. Para ambos critérios, é fundamental haver

uma declividade mínima na tubulação; O atendimento da declividade mínima da tubulação, propiciando assim a

autolimpeza nas tubulações, é importante também para evitar ou minimizar ageração de sulfeto de hidrogênio (H2S) na mesma. Isso pode ocorrer, pois amatéria orgânica ao estagnar-se no fundo da tubulação pode entrar emdecomposição anaeróbia, condição essa geradora de H2S.

Nos trechos da rede coletora onde é previsto o escoamento livre, deve sergarantido que a lâmina máxima seja atendida de maneira a propiciar um espaço para o escoamento dos gases e para evitar trechos sob escoamento forçado;

A velocidade máxima deve ser obedecida a fim de não causar abrasão nos tubos.


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2.2 Equações Básicas e Critérios de Dimensionamento

2.2.1 Vazões de Projeto para Rede Coletora

É importante definir a vazão de início e de final de plano, conforme equações

apresentadas no Item 1.5. As vazões máximas de início de plano são importantes paradefinir a capacidade de autolimpeza das tubulações. As vazões médias de final de planosão determinantes para avaliar a capacidade de autodepuração do corpo hídrico receptore para definir e dimensionar o sistema de tratamento de esgoto. A vazão máxima definal de plano é importante para definir os diâmetros dos trechos da rede coletora.

2.2.2 Taxas de Contribuição

As equações são as seguintes:

a) Cálculo de Taxa de Contribuição Linear Inicial (TLi): TLi = (QDi / Li) + Ti b) Cálculo de Taxa de Contribuição Linear Final (TLf): TLf = (QDf / Lf) + Tf

Podem ser estimadas também as Taxas de Contribuição por Área, tanto inicial quantofinal.

2.2.3 Vazões de Projeto para Trechos de Tubulação

Devem ser estimadas as vazões de montante, de jusante e de contribuição, conformeequações seguintes.

a) Vazão de Montante: QMi = somatório das vazões iniciais de montanteQMf = somatório das vazões finais de montante

b) Vazão de Contribuição no Trecho: inicial: QTi = TLi . Ltfinal: QTf = TLf . Ltonde: Lt é o comprimento do trecho.

c) Vazão de Jusante: inicial: QJi = QMi + QTifinal: QJf = QMf + QTf

Considerar que, conforme norma, o a vazão mínima deve ser de 1,5 l/s em cada trechode tubulação da rede.

2.2.4 Determinação da Declividade I:

Calcular a declividade mínima da tubulação e a declividade do terreno. Para Imin, tem-se Imin = 0,0055.(Qimax)-0,47, onde Qimax é em L/s e I é em m/m. A maior entre asduas declividades calculadas será a declividade I de projeto. Cabe destacar que talequação foi construída em função da equação de Manning, a qual V = (RH2/3 . I1/2) / n.

2.2.5 Determinação do Diâmetro:


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Determinar o diâmetro para Qfmax , Y/D = 0,75 e n = 0,013 , conforme norma. Logo, para D tem-se D = [0,0463. (Qfmax/ I0,5)]0,375, sendo Qf em m3/s e D em m. Observarque a relação (y/D) máximo 0,75 deve ser atendida para garantir o escoamento livrenos trechos pertinentes. Destaca-se também que o diâmetro mínimo deve ser de 100mm, conforme norma específica.

2.2.6 Determinação dos Raios Hidráulicos Inicial (RHi) e Final (RHf):

Valores determinados conforme aplicação da equação de Manning. O Rhi é importante para definir a Tensão Trativa Crítica. Os parâmetros e valores da Eq. de Manning sãoapresentados em tabela em anexo. No entanto, a tabela auxiliar para determinação doraio hidráulico, em função de Y/D, consta a seguir:

Tabela: Relação entre Raio Hidráulico e Lâmina do EscoamentoY/D = R H/D Y/D = R H/D0,025 0,016 0,550 0,2650,050 0,033 0,600 0,2780,075 0,048 0,650 0,2880,100 0,064 0,700 0,2970,125 0,079 0,750 0,3020,150 0,093 0,775 0,3040,175 0,107 0,800 0,3040,200 0,121 0,825 0,3040,225 0,134 0,850 0,3040,250 0,147 0,875 0,3010,300 0,171 0,900 0,2990,350 0,194 0,925 0,2940,400 0,215 0,950 0,2870,450 0,234 0,975 0,2770,500 0,250 1,000 0,250

2.2.7 Determinação das Velocidades Inicial (Vi) e Final (Vf):

Valores determinados conforme aplicação da equação de Manning. Observar que peloCritério da Velocidade para autolimpeza das tubulações, recomenda-se V 0,6 m/s e(y/D) mínimo 0, 2, valores a serem observados no início do plano. Já a velocidade

máxima, que ocorrerá no final do plano, deve ser inferior a 5,0 m/s para evitar o efeitode abrasão sobre os tubos.

2.2.8 Determinação da Tensão Trativa:

É dada pela equaçãoi = . RH. I, onde i em kgf / m2, = 1000 kgf / m3, RH em m e Iem m/m. Conforme já comentado, o raio hidráulico considerado é o raio hidráulicoinicial pois é nas condições de início de plano que interessa avaliar a condição deautolimpeza. A recomendação é garantir τc 0,10 kgf / m2 para coletores e τc 0,15 kgf/ m2 para interceptores.

2.2.9 Velocidade Crítica:


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A equação é Vc = 6 (gRH)0,5 , onde se Vf>Vc, logo Yf / D = 0,5. A entrada de ar nomeio líquido tende aumentar a altura da lâmina de água na tubulação. Passa a ocorreruma oscilação entre o regime livre e a força de o que pode danificar o tudo. Logo,quando Vf Vc, momento a partir de qual há entrada de ar na tubulação, é importante propiciar (y/D)0,5 de maneira a garantir a ventilação de tudo. Conforme em Sobrinho,Tsuya, o número de Boussinesq é que melhor representa o fenômeno de entrada de ar nomeio líquido. Sua formulação é a seguinte:

B = Vc / (g . R H )0,5

Quando B = 6,0 , inicia-se o processo de mistura ar líquido. Logo,

Vc = 6(g . R H )0,5

onde,Vc: velocidade crítica, m/s;g = 9,81 m/s2;R H = m.

Observar que neste caso a velocidade do escoamento V é igual a Vc. No entanto, paraB>6,0 , V > Vc.

3 Diretrizes para Concepção da Rede Coletora de Esgoto

As fases para concepção e projeto de uma rede coletora de esgoto são a caracterizaçãode fatores intervenientes, o diagnóstico sistema existente, a definição dos parâmetros de projeto, a definição de alternativas e pré – dimensionamento das mesmas, a definição daalternativa mais atrativa, considerando custo benefício e impactos e o estabelecimentodas diretrizes gerais do projeto. Não obstante, as seguintes diretrizes podem serconsideradas para definir o melhor traçado do sistema de esgoto:

- Estudo da população a ser atendida;- Separar pontos de grandes contribuições singulares (indústrias, hospitais, etc.);- Prever as vazões;- Fazer um traçado preliminar, observando a topografia;- Traçado da rede de coletores de esgoto na via pública:

Profundidades máximas dos coletores: Passeio: de 2,0 a 2,5 m, dependendo dotipo de solo; Via de Tráfego e nos terços: de 3,0 a 4,0 m.

Profundidades mínimas dos coletores de esgoto na via pública: Passeio:recobrimento superior a 0,90 m; Via de Tráfego: recobrimento superior a 0,65

m.- Encaminhar a localização da tubulação na via, onde há dois tipos de redes, a RedeDupla e a Rede Simples. A rede dupla é ilustrada na figura a seguir.


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Edifício

Edifício Edifício

Edifício

Edifício

Edifício

Edifício

Edifício

Edifício

Edifício

Edifício

Edifício

Rede de Esgoto

Alinhamento Predial

Calçada

Rede de Água

TIL (Terminal de Inspeção e Limpeza)

Conexão Cruzeta

Sua utilização é recomendada na ocorrência de pelo menos um dos seguintes casos:

Vias Públicas com tráfego intenso; Vias Públicas com largura entre os alinhamentos dos lotes igual ou superior a 14 m

para ruas asfaltadas, ou 18 m para ruas de terra; Vias com interferências que impossibilitem o assentamento de coletores nas vias de

tráfego, ou que constituam empecilho à execução das ligações prediais. Nessescasos, a tubulação poderá ser assentada no passeio, desde que a sua largura seja de preferência superior a 2,0 m e a profundidade do coletor não exceda a 2,0 m ou a 2,5m, dependendo do tipo de solo, e que não existam interferências que dificultem aobra. Caso não sejam possíveis estas soluções, pode-se lançar a rede na via detráfego, próxima à sarjeta.

Quanto a rede simples, pode ser utilizada caso não ocorra nenhuma das observaçõescitadas acima, os coletores poderão ser lançados no eixo ou no terço da via de tráfego.Observar figura a seguir.

TIL ou PV - Via de Tráfego

TIL - Passeio

TIL - Ligação Condominial TIL ou PV ViaTráfego

TILPasseio

TILLigação Domiciliar


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A configuração das posições das tubulações de água e esgoto no leito carroçável éapresentada na figura a seguir. Cabe observar que a rede coletora de esgoto deve ficarabaixo da rede de distribuição de água a fim de evitar contaminação da água nestaúltima quando houver vazamentos na primeira.

O lançamento das canalizações em valas rasas requer alguns procedimentos no sentidode protegê-las da atuação de esforços excessivos causados pelas atividades seja sobre oleito carroçável, seja sobre o passeio.

Outro fator a ser ilustrado refere-se as conexões utilizadas nas redes coletoras, como os poços de visita. Na figura seguinte, são apresentados esquemas demonstrando poços devisita com configuração típica e poços com configuração onde é instalado um tubo dequeda.

Rede de Esgoto

9 0 c m

Rede de Água

8 0 c m Coletor Predial

Passeio

Caixa de InspeçãoCaixa de Inspeção

Alinhamento Predial

1/3 da distância davia de tráfego

TIL - Ligação Domiciliar


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Generalidades sobre Tratamento de Esgoto

1 Princípios Sobre o Tratamento de Esgoto

Os sistemas de tratamento de esgoto têm por função basicamente a remoção de matériaorgânica, nutrientes e microrganismos patogênicos de maneira a promover a proteçãoambiental e a saúde pública, respectivamente. Neste sentido o tratamento pode ser denatureza física, química e biológica. Considerando que esse texto prioriza a abordagemdo tratamento do esgoto doméstico, serão destacados conceitos sobre a biologia dotratamento do esgoto.

1.1 Princípios Relacionados a Física do Tratamento do Esgoto

Os processos físicos objetivam, através de processos de interceptação (grades) e de processos de sedimentação (caixas de areia, decantadores, fossas sépticas, etc.), aremoção dos sólidos grosseiros e sedimentáveis, respectivamente.

1.2 Princípios Relacionados à Biologia do Tratamento do Esgoto

Os processos biológicos, conjuntamente com os processos físicos, são os mais utilizadosno Brasil para o tratamento de esgoto doméstico. Basicamente dividem-se em processosaeróbios, cujo agente oxidante é o oxigênio dissolvido, e em anaeróbios onde os agentes

Poço de visita típico Poço de visita com tubo de queda


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oxidantes são nitratos, sulfatos e dióxido de carbono. São exemplos representativos osistema de lodo ativado, a lagoa de estabilização, o reator anaeróbio, o filtro biológico ea própria fossa séptica, já citada. Existem ainda os processos biológicos facultativosonde, em uma mesma unidade, desenvolvem-se simultaneamente os processos aeróbiose anaeróbios.

1.2.1 Sobre a Atuação dos Microrganismos

Classificação e Estrutura Celular

Os microrganismos classificam-se em Monera / Protista, onde a diferenciação celularinexiste, e Vegetal / Animal, onde a diferenciação celular elevada, contendo células,tecidos, órgãos e aparelhos. A estrutura das células é apresentada na ilustração a seguir.

Matéria e Energia Utilizadas

Necessidades do Ser Vivo são crescimento, locomoção, reprodução e, para tanto, sãonecessários energia, carbono e nutrientes pelo mesmo. As Fontes de Energia a luminosae a química, enquanto as Fontes de Carbono são o CO2 e a matéria orgânica. Assim, os

microrganismos podem ser autótrofos e heterótrofos. Os microorganismos autótrofosutilizam gás carbônico (CO2), água, nutrientes e energia luminosa, retidas na clorofila, para a síntese, por meio da fotossíntese, de novas células. Neste sentido, osmicroorganismos autótrofos são considerados “acumuladores de energia”.

Já os microorganismos heterótrofos utilizam a M.O. para obter a energia para síntese denovas células. Especificamente, esta energia é obtida pela oxidação da glicose. Sãoconsiderados consumidores de energia. O Metabolismo dos Microrganismos é funçãoda atuação das enzimas que catalizam reações químicas, onde as Endoenzimas sãoEnzimas Intracelulares e as Exoenzimas são Enzimas Extracelulares. Nesse processo, naremoção de MO do Esgoto ocorre uma assimilação de energia nas células, sendo que asformas de geração são a Respiração (desassimilação oxidativa) e a Fermentação(desassimilação fermentativa). Na Oxidação a matéria orgânica ou inorgânica, a qual é

Área Nuclear(DNA)

MembranaCelular

Parede Celular

Ribossomas( RNA)

Citoplasma


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doadora de elétrons, é reduzida pelo agente oxidante (O2, NO3-, SO42-, CO2), que éaceptor de elétron.

Os Aceptores Preferenciais, os quais liberam mais energia são O2, NO3-, SO42-, CO2.Quanto a Respiração, os organismos classificam-se em aeróbios estritos, que utilizam

oxigênio, os facultativos que utilizam oxigênio e depois o nitrato e os anaeróbios queutilizam o sulfato e o dióxido de carbono.As formas preferenciais são:

1o Aeróbia / O2;2oAnóxica / NO3- (desnitrificação) ;3o Anaeróbia / SO42- (dessulfatação) ;4o Anaeróbia / CO2 (metanogênese) .

No caso da metanogênese, têm-se os tipos Hidrogenotrófica, onde o metano produzido a partir do H+, e a Acetotrófica, onde o metano produzido a partir do C orgânico na formade acetato (ácido acético). O conjunto de reações acima citado apresenta as seguintes

formulações:1) Aeróbia:

C6H12O6 + 6O2>6C02 + 6H2O

2) Desnitrificação (Condições Anóxicas):2NO3- -N + 2H+> N2 + 2,5O2 + H20

3) Dessulfatação (Condições Anaeróbias):CH3COOH + SO42- + 2H+> H2S + 2H2O +2CO2

4) MetanogêneseHidrogenotrófica (Condições Anaeróbias)4H2 + CO2> CH4 + 2H2O

5) MetanogêneseAcetotrófica (Condições Anaeróbias)CH3C00H > CH4 + CO2

Neste contexto, observar que a produção de lodo é maior nas reações aeróbias pois estasliberam mais energia, implicando em maior velocidade na reprodução domicroorganismos e conseqüente maior velocidade (maiores taxas) na estabilização daMO. O substrato menos oxidado (mais reduzido) tem mais energia. Logo, o mesmodispõe de mais elétrons para doar.

1.2.2 Sobre a Tipologia dos Microrganismos

Basicamente são as Bactérias, as Algas, os Protozoários, os Rotíferos e os Fungos. AsBactérias são organismos unicelulares e os principais estabilizadores da MO. Podem serheterotróficas ou autotróficas e atuam nos Processos Aeróbios, Anaeróbios eFacultativos. As bactérias Heterotróficas usam matéria orgânica como fonte de energia ecarbono e são classificadas em função do uso do oxigênio, a saber:

Aeróbias: O.D (livre)Matéria Orgânica+ O.D (LIVRE) CO2 + H2O + Energia


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Anaeróbias: ausência de O.D, usam oxigênio ligado a outros compostos.Matéria Orgânica+ NO-3 CO2 + N2 + EnergiaMatéria Orgânica+ SO-4 CO2 + H2S + EnergiaMatéria Orgânica Ácidos Orgânicos + CO2 + H2O + Energia

CH4 + CO2 + Energia

As bactérias Autotróficas usam matéria inorgânica como fonte de e CO2 como fonte decarbono. A classificação é a seguinte:

Da nitrificação: Oxidam NH3 em primeiro NO-2 e em segundo NO-3.

Do enxofre:H2S + Oxigênio H2 SO4 +EnergiaMatéria Orgânica+ SO-4 CO2 + H2S + EnergiaMatéria Orgânica Ácidos Orgânicos + CO2 + H2O + Energia

CH4 + CO2 + Energia Do ferro:

Fe ++ (ferroso) + Oxigênio Fe+++ (férrico) +EnergiaFe +++ em solução aquosa Fe (OH)3+Energia : Assimilado pelas bactériase posteriormente liberado.

As Algas utilizam CO2 na fotossíntese e para sobrevivência e reprodução e liberam O2.A energia é solar, porém, na falta de luz, o O2 é usado para degradar o nutrientearmazenado, visando a produção de energia. Cabe ainda destacar que as mesmas sãoatuantes nas lagoas facultativas e produzem oxigênio livre via fotossíntese.

Os Protozoários são organismos Unicelulares que se alimentam de Algas, Bactérias eoutros Microorganismos. Alguns são Patogênicos e atuam nos Processos Aeróbios eFacultativos. Já os Rotíferos alimentam-se de Bactérias e MO a presença dos mesmosno Efluente indica eficiência do tratamento. Já os Fungos sobrevivem em baixo pH esão filamentosos e, assim, dificultam decantabilidade do lodo.

1.2.3 Crescimento dos Microrganismos

O crescimento dos microrganismos pode ser disperso, onde há formação de flocos queficam suspensos na água, e aderido, onde há fixação sobre um meio suporte, formando biofilme.

No crescimento disperso, há formação de flocos, onde o floco consta de compostoaglutinado numa estrutura. A composição do mesmo é MO, material inerte emicrorganismos, havendo gradiente de OD no interior do floco. Este formado, a MOsuspensa é removida via sedimentação. No Crescimento Aderido, há formação deBiofilme onde há a fixação de microorganismos em suporte sólido ou suspenso. Assim,ocorre que o biofilme viabiliza retenção de elevada concentração de biomassa porconsiderável período de tempo. Os estágios de formação do Biofilme são os seguintes:


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Espessura Fina: Superfície do suporte não totalmente coberta Espessura Intermediária: Espessura constante da camada ativa Espessura Elevada:

- crescimento e decaimento bacteriano ocorrendo simultaneamente;- desalojamento de partes do biofilme;

- entupimento do biofiltro.Para engendrar um comparativo entre o crescimento disperso e aderido, é importanteconsiderar variáveis como o TDH, tempo de detenção hidráulica, e o Tgc, tempo degeração celular. Assim,

a) Sistema Disperso: para crescimento microbiano, Tdh>Tgc , de maneira aassegurar o crescimento das células dentro do reator.

b) Sistema com Biofilme Tdh pode ser menor que Tgc, pois as células ficam aderidas no suporte,

implicando em menor volume do reator; fixação das células no suporte reduz necessidade de posterior clarificação; taxa de remoção de substrato pode ser maior que para o sistema disperso; para biofilme de espessura elevada, há limitações para a difusão da MO no

mesmo.

A fim de exemplificação, entre os sistemas dispersos cabe citar as Lagoas deEstabilização e os Lodos Ativados, enquanto entre os aderidos cita-se o FiltroBiológico, Biodisco, Biofiltro Aerado, Filtro Anaeróbio, Disposição no Solo, entreoutros.

1.3 Aspectos Relacionados à Química do Tratamento do Esgoto

Os processos químicos, de larga aplicação no tratamento dos efluentes industriais, sãoimportantes tanto nos fenômenos de coagulação e floculação para posterior decantaçãodos sólidos não decantáveis, quanto nos fenômenos de desinfecção do esgoto.

2 Autodepuração de Cursos Hídricos

Equilíbrio natural entre os fenômenos de desoxigenação e reaeração em um recursohídrico, a medida que a matéria orgânica estabiliza-se ao longo do tempo. Adecomposição pode ser aeróbia e anaeróbia, enquanto a reaeração é física ou viafotossíntese. A formulação do processo, em condições aeróbias, pode ser pelo modeloStreeter-Phelps, conforme o seguinte equacionamento:

t .k o

t .k t .k

12

o1 221 10 D )1010( k k

Lk D

D: déficit de O.D no tempo t (mg/L);

K 1: coeficiente de desoxigenação (dia – 1) com valores de:

0.08 a 0.10 para esgoto tratado;0.20 a 0.30 para esgoto bruto.


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K 2: coeficiente de reaeração (dia – 1) com valores de:0.09 para escoamento lento;1.3 para escoamento rápido.

t: tempo após lançamento do esgoto (dia).

Do: Valores de saturação de OD (mg/L), que variam com a temperatura. Observartabela abaixo.

Temperatura (oC) p/água

10 15 20 25

O.Dsat (mg/L) 11.3 10.2 9.2 8.4

Sistemas de Tratamento de Esgoto1 Considerações Sobre o Tratamento

1.1 Efluentes Domésticos

Conforme já comentado, os sistemas de tratamento de esgoto têm por função basicamente a remoção de matéria orgânica, nutrientes e microorganismos patogênicos,e podem ser de natureza física, química e biológica. Não obstante, em função daeficiência destes processos de tratamento, os mesmos são também classificados em

preliminar, primário, secundário e terciário, configurando assim níveis de tratamento. Nos níveis preliminar e primário, predominam os processos físicos, enquanto no nívelsecundário predominam os processos biológicos. No nível terciário, por sua vez,ocorrem fenômenos químicos e biológicos, predominantemente.

Sobre alguns destes sistemas no entanto, são pertinentes algumas observações. Ossistemas de lodos ativados usuais classificam-se em convencionais, por aeração prolongada e de fluxo intermitente. São sistemas de grande eficiência na remoção dematéria orgânica, porém para tanto, faz-se necessário considerável consumo de energia.Os reatores anaeróbios no entanto são menos eficientes na remoção de matéria orgânicaque os sistemas de lodos ativados, mas além destes reatores não consumirem energia,geram a mesma em forma de biogás. Cabe citar os tipos Tanque Séptico, UASB,modelos estes usuais no Brasil. Outro tipo de sistema bastante usado no Brasil, principalmente na Região Nordeste em função do clima apropriado, é a Lagoa deEstabilização. Existem diversas variantes como a Lagoa Facultativa, a LagoaAnaeróbia, a Lagoa Aeróbia, Lagoa Aerada, e a Lagoa de Maturação (Polimento).Diversas combinações entre as mesmas são possíveis, configurando portanto sistemasconjugados.

1.2 Efluentes Industriais

1.2.1 Estudos Preliminares para Concepção do Sistema de Tratamento


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Inicialmente, algumas variáveis quantitativas e qualitativas devem ser definidas. Asquantitativas são a vazão, a população equivalente (Pe) e a população hidráulicaequivalente (Phe). As variáveis qualitativas são várias, onde a natureza do despejodefinirá aquelas a serem identificadas. Em geral, são importantes a DBO, DQO, óleos egraxas, pH, sólidos totais, suspensos e dissolvidos, nutrientes, metais pesados, entre

outras.A vazão é específica para cada indústria, assim como sua variação ao longo do tempo.A população equivalente é o número de habitantes que produzem uma carga orgânicaigual ao esgoto de uma determinada indústria. A população hidráulica equivalente, porsua vez, é o número de habitantes que produzem uma vazão igual a de uma determinadaindústria. Quanto a caracterização qualitativa do esgoto industrial, para fins deilustração, é apresentada uma caracterização genérica do mesmo na tabela a seguir, naqual constam também valores de variáveis usuais em esgoto sanitário, para fins decomparação.

Tabela: Algumas Características do Esgoto Doméstico e IndustrialParâmetros Esgoto Doméstico Esgoto Industrial

Laticínios Abat. de BovinosSólidos Totais

(mg/L)800 1600 3300

DBO (mg/L) 200 1000 1400 NTotal (mg/L) 35 50 150

FósforoTotal(mg/L)

10 12 16

Observar o quanto é alta a DBO do esgoto de laticínios e abatedouros de bovinosquando comparados ao esgoto doméstico. São características fundamentais naconcepção do tratamento do esgoto industrial. Ou do sistema público de tratamento deesgoto, que recebe uma composição de esgoto doméstico e industrial. A concentraçãoda matéria orgânica, entre outras variáveis não menos importantes, definem se hánecessidade ou não de pré-tratamento de esgoto na própria indústria. Os efluentesindustriais necessitam de pré-tratamento também quando o esgoto é nocivo à saúde,interfere no sistema de tratamento, obstrui e agride tubulações e equipamentos e estão atemperaturas elevadas. São questões importantíssimas a serem observadas antes dolançamento do esgoto na rede pública de esgotamento sanitário.

1.2.2 Processos de Tratamento de Efluentes IndustriaisOs efluentes industriais apresentam características muito específicas em função danatureza do processo industrial. Neste sentido, processo de tratamento deve serconcebido e projetado caso a caso. No entanto, é possível sintetizar princípios gerais para o tratamento dos efluentes industriais. Os métodos de tratamento de efluentesindustriais classificam-se em físicos, químicos e biológicos. Os tratamentos físicos sãoimportantes para remoção de sólidos em geral, óleos e gorduras. Os sólidos grosseirossão retidos pelo gradeamento, enquanto os sólidos finos são retidos por peneiras. Aareia é retida me caixas de areia ou desarenadores.

No tanque retentor, a seção transversal de escoamento aumenta enquanto a velocidade ea turbulência do mesmo diminuem. Nestas condições, os sólidos mais densos que o


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líquido decantam e os menos densos ascendem. No entanto, neste processo de ascensão,os sólidos de maior dimensão ascendem mais rapidamente que aqueles de menordimensão. A taxa de aplicação, que é a própria velocidade mínima (Vmín) de ascensão,é dada pela seguinte equação:

Vmín = Q / As,onde Q é a vazão do líquido e As é a superfície livre.

Para a remoção dos sólidos mais densos que os líquidos tem-se a decantação e aflotação. Na decantação, os sólidos sedimentáveis tendem a se separem do líquido. Naflotação, o ar comprimido é insuflado e, consequentemente, dissolvido no líquido. O ardissolve-se na água a 20oC na concentração de 75 mg/l, quando sob à pressão absolutade 4,0 Kg / cm2. No entanto, sob pressão atmosférica, para a mesma temperatura, o ardissolve-se na água à concentração de 20 mg/l. Neste sentido, quando esta água saturadade ar é submetida à pressão atmosférica, 55,00 mg/l de ar se transfere para a atmosfera ecarreia as partículas mais densas que a água.

O tratamento químico é empregado para remoção de substâncias coloidais e dissolvidas,entre as quais cabe destacar as causadoras de cor e turbidez, e os metais pesados. Acoagulação e floculação são importantes nesse processo. O tratamento químico éimportante também para a neutralização dos despejos industriais. Considerando que oscorpos hídricos receptores devam ser mantidos em faixas adequadas e pH, se o efluentea ser tratado estiver acidificado, logo precisará ser neutralizado por uma base. Porexemplo, é possível utilizar soda cáustica para neutralizar o ácido sulfúrico que acidificao efluente. Quando, no entanto, o efluente estiver alcalinizado, será necessárioneutralizá-lo com o uso de um ácido. O próprio ácido sulfúrico pode ser utilizado comoneutralizador de uma base.

Porém, no processo de neutralização, sais são formados. No caso de adição de sodacáustica para neutralizar o ácido sulfúrico, já comentado, é gerado o sulfato de sódiosolúvel. Isto posto, faz-se importante destacar que para a remoção de sais pode serutilizada a osmose reversa. Neste processo o caminho natural imposto pela pressãoosmótica é revertido. No caminho natural na osmose os sais contidos em uma solução,em menor concentração, deslocam-se através de um corpo semipermeável para umasolução de maior concentração. Este deslocamento, portanto, ocorre sob pressãoosmótica. Não obstante, na osmose reversa a pressão osmótica é superada por uma

pressão aplicada ao sistema, onde o líquido é forçado a deslocar-se pela membranasemipermeável da solução mais concentrada para a solução menos concentrada. Neste processo são removidos sais, assim como contaminantes orgânicos, íons, vírus, bactérias e colóides.

Os tratamentos biológicos são importantíssimos também para o tratamento dos efluentesindustriais. Para efluentes com considerável demanda bioquímica de oxigênio, quando éo caso, por exemplo, de efluentes de laticínios e abatedouros de bovinos, conforme jáapresentado, a lagoa anaeróbia é muito apropriada e útil para a remoção de uma parcelaconsiderável de matéria orgânica. Já as lagoas de maturação igualmente são de grandeaplicação, tanto na remoção de patógenos quanto na remoção de nutrientes.


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2 Apresentação dos Sistemas de Tratamento de Esgoto

2.1 Tratamento Preliminar

Consta de gradeamento grosseiro e fino, caixa de areia e medidor de vazão. Desta

maneira, o Tratamento Preliminar objetiva proteger sistemas de recalque, sistemas detratamento e corpo receptor. A remoção de sólidos grosseiros ocorre pela instalação deGrades e Trituradores. A remoção de areia é importante para evitar abrasividade eobstruções no sistema, além de facilitar o escoamento do lodo. Os tipos usuais são aCaixa de Areia e o Desarenador. A remoção de gorduras e sólidos flutuantes é paraevitar a obstrução dos coletores, aderências nas peças, sobrecarga das unidades detratamento. Os tipos usuais são as caixas de gordura domiciliares, tanques aerados,disposição de remoção em decantadores. E o medidor de vazão é importantíssimo para omonitoramento da ETE. Tal medidor pode ser uma calha Parshall, por exemplo.

2.2 Tratamento Primário

O Tratamento Primário objetiva a sedimentação e digestão de matéria sedimentável,além da retenção de óleos e graxas. O material sedimentável forma um lodo o qual deveser digerido e estabilizado. Após isso, o mesmo deve ser disposto em Leitos deSecagem, Lagoas de Lodo, Filtro Prensa, Filtro a Vácuo e Centrífuga. Os óleos e graxasretidas formam um sobrenadante conhecido como escuma, e deve ser removida dotanque periodicamente.

2.2.1 Fossas Sépticas e Tratamentos Complementares

2.2.2.1 Fossas Sépticas

As fossas sépticas são dispositivos de tratamento de esgoto cuja finalidade básica é aremoção de matéria orgânica. Trata-se de um sistema bastante difundido no Brasil dadasua simplicidade construtiva, fator este facilitador para sua utilização em domicílios ecomunidades de pequeno porte que não estejam cobertas por sistemas públicos detratamento de esgoto. Trata-se de uma unidade (prismática ou circular) de escoamentohorizontal e contínuo e, quanto ao seu funcionamento, basicamente atuam os processosfísicos de decantação, dos sólidos em suspensão, e de flotação de óleos e graxas, alémdos processos biológicos de estabilização anaeróbia da matéria orgânica. Quanto afunção dos tanques sépticos, os seguintes pontos são importantes como a proteção dos

corpos hídricos e dos solos, o controle da proliferação de insetos, a promoção da saúde pública, etc. Assim, o uso do sistema de tanque séptico somente é indicado para:

Área desprovida de rede pública coletora de esgoto; Alternativa de tratamento de esgoto em áreas providas de rede coletora local. Retenção prévia dos sólidos sedimentáveis, quando da utilização de rede

coletora com diâmetro e/ou declividade reduzidos para transporte de efluentelivre de sólidos sedimentáveis.

Os tipos de tanques são a Câmara única, as Câmaras em série e as Câmaras sobrepostas.Quanto a forma, podem ser prismáticas e circulares. A Geometria dos Tanques

prismáticos, com relação as medidas internas mínimas por exemplo, a norma vigenteestabelece que a relação comprimento / largura (C/L) a ser adotada nos projetos esteja


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na faixa de 2,0 à 4,0. Para tanques circulares no entanto, deve ser observado a relação D 2.H , sendo D o diâmetro e H a altura do tanque. Recomenda ainda profundidades

máximas (Hmáx) e mínimas (Hmin) em função do volume útil, quais sejam:

Para Vu< 6,0 m³ Hmáx = 2,20 m ; Hmín = 1,20 mPara 6,0 m³ 10,0 m³ Hmáx = 2,80 m ; Hmín = 1,80 m

A eficiência do sistema e a definição da Disposição do efluente são outros pontosimportantes para a aplicação dessa tecnologia. Segundo JORDÃO, PESSOA (1975),experiências indicaram valores de eficiência na faixa de 35 a 60% na remoção de DBO,e aproximadamente 60% na remoção de sólidos em suspensão. Sperling et al (1996), noentanto, apresentam valores de eficiência de remoção de 30 a 40% de remoção dematéria orgânica, 60 a 70% na remoção de sólidos em suspensão e 30 a 40% deremoção de patogênicos. A bibliografia é consensual no fato que tal eficiência é

moderada no referente a remoção da matéria orgânica e fraca na remoção de patógenos.

Tais evidências são esclarecedoras indicando a necessidade de tratamento adicional doefluente da fossa séptica, tanto para potencializar a remoção de matéria orgânica, quantoa remoção de patogênicos. Para tanto existem diversas alternativas como filtroanaeróbio, vala de infiltração, vala de filtração, disposição controlada no solo, assimcomo aquelas específicas à desinfecção como a cloração, ultravioleta, ozônio, entreoutros. Tais alternativas serão apresentadas na sequência.

Enfim, uma questão, já abordada, deve ser ressaltada: a fossa séptica, para os fins que se

propõe, é um sistema útil na remoção parcial da matéria orgânica, mas pouco eficaz naremoção de microorganismos patogênicos, fato este que sugere a contínua busca desoluções mais resolutivas que garantam a proteção ambiental e segurança sanitária.Dentre as variáveis para o projeto e dimensionamento, é fato que as mesmas são várias,entre as quais cabe citar a contribuição per capita diária de esgoto (C), a contribuição per capita de lodo fresco, o número de contribuintes (N), o tempo de detenção (Td), ataxa de acumulação de lodo digerido, a área horizontal (A) e o volume útil (Vu).

A norma pertinente é a NBR 7229 “Projeto, Construção e Operação de Sistemas deTanques Sépticos”, onde a metodologia de dimensionamento e recomendações diversassão apresentadas. A contribuição C é função do número de pessoas por residência e dos

valores de contribuição per capita por tipologia de residência. O Período de Detençãodos Despejos (Td), outro preceito importante da norma em questão. Esta se refere aotempo de detenção, estabelecendo que, para uma faixa de contribuição diária de 1.500 Là 9.000 L, o Td varia inversamente proporcional de 1,00 dia à 0,5 dia. Para odimensionamento, a NBR 7229 apresenta a seguinte rotina:

a) Número total de pessoas ou habitantes na edificação:

b) Contribuição de despejos (C): Tabela 1 NBR 7229.

c) Contribuição diária total (C’):

C’ = C x no de pessoas ou habitantes na edificação.


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d) Período de detenção (T): Tabela 2 NBR 7229.

e) Taxa de acumulação de lodo digerido (k): Tabela 3 NBR 7229.

f) Contribuição de lodo fresco (Lf ): TABELA 1 NBR 7229.g) Volume útil do tanque séptico: V = 1000 + N.(C.T+ K.Lf )

Esse volume é o volume útil do tanque, respectivo ao volume de ocupado pelo esgotoque está sendo tratado. O volume “seco”, aquele que nãoestá em contato com o tanque,deve ser somado ao útil para se obter o volume total.

Na execução, deve ser observado:

Para o afastamento mínimo das fontes de água recomenda-se 20,00 metros; A localização da fossa deve facilitar a conexão do coletor predial ao futurocoletor público; Deve haver facilidade de acesso para viabilizar a limpeza do tanque séptico.

E, para a Operação, deve-se observar que a remoção do lodo digerido deve obedecer ao previsto em projeto e que a disposição do mesmo deve ser em aterro sanitário, na ETEou na rede coletora de esgoto.

2.2.2.1 Disposição dos Efluentes das Fossas Sépticas

Sumidouro

Consta de um poço para infiltração do esgoto no solo. O dimensionamento é função daTaxa de Absorção do Solo (TAS).

a. Requisito Básico: TAS 40 l / m2.dia, condição esperada em solos com argilaarenosa e, ou, siltosa.

b. Dados de Projeto

Área de Infiltração: considerar a área vertical (abaixo da tubulação de

entrada),acrescida da superfície do fundo. Diâmetro interno mínimo = 0,30 m. Distância mínima do fundo do sumidouro e o nível máximo do lençol

freático: 1,50m. Distância mínima do Sumidouro aos poços de água: 20,0 m. Área de Absorção do Esgoto (A): A = ПR 2 + 2ПR . H = Q / TAS,

sendo R, H e Q o raio, a altura útil e a vazão afluente do sumidouro,respectivamente.

Volume do Sumidouro (V):V = ПR 2 . H

c. Detalhes Construtivos Material: alvenaria, pedra ou concreto; Material fundo do sumidouro: camada de 50 cm de brita.


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Valas de Infiltração

São valas através das quais o esgoto se infiltra no solo.

a. Requisito básico:40 l / m2.dia > TAS > 20 l / m2.dia, faixa esperada em solos

com argila medianamente compacta à argila pouco siltosa ou arenosa. b. Dados de Projeto:

Número mínimo de valas: 2 unidades Distância mínima do fundo da vala e o nível máximo do lençol freático:

1,50m. Distância mínima entre a vala de infiltração e os poços de água: 20,0 m Declividade da Tubulação: 1:300 a 1:500 Espaçamento entre valas 1,0 m Largura mínima: 0,50m Altura: 0,50 a 1,00m Comprimento máximo de cada vala: 30m Critério de Dimensionamento Considerando a Área de Infiltração: A = Q / TAS ; C = A / L , sendo C o comprimento e L a largura útil da vala.

Considerar a área lateral (abaixo da tubulação de entrada) acrescida da áreado fundo da vala.

Critério Prático Alternativo de Dimensionamento: L = 6 m x nº de pessoasatendidas.

c. Detalhes construtivos

Deve ser observado: Distribuição dos efluentes para as valas através de caixas de distribuição; Usual: duas valas por fossa séptica.

Valas de Filtração

Valas destinadas a filtrar os efluentes antes de serem lançados em águas superficiais.

a. Requisito Básico: Uso em solos de baixa taxa de absorção. TAS < 20 l / m2.dia.Tal taxa é esperada em solo com rocha (argila compacta) à rocha alterada e àargila medianamente compacta.

b. Dados de Projeto

Constituição: Tubulação distribuidora. (superior); Meio filtrante; Tubulaçãoreceptora (inferior).

Dimensões limites:Altura: 1,2 H 1,5 m; Largura: L 0,5 m; Comprimento máximo por vala:25,0 m;

Declividade da Tubulação: 1:300 a 1:500

Diâmetro mínimo da tubulação: min. = 100 mm; Distância mínima entre vala de filtração e poço de água : 20,0 m.


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Distância entre valas: 1,0 m Critério de Dimensionamento Considerando a Área de Infiltração: A = Q / TA ; C = A / L , sendo TA a taxa de aplicação, C o comprimento e L

a largura útil da vala. Considerar a área lateral (abaixo da tubulação deentrada) acrescida da área do fundo da vala. Valores para TA sãoapresentados na tabela abaixo:

Tabela: Valores de Taxas de AplicaçãoTA ( l/m . dia ) Condições Fonte

< 100 Oriundo do TS NBR 13969 / 1997de 82 a 200 Oriundo do TS FILHO, et al, 2001,apud EPA

40 Oriundo do TS FILHO, et al, 2001,apud EPA200 Oriundo de SA FILHO, et al, 2001,apud EPA< 50 Oriundo do TS para T


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c. Dimensionamento

O equacionamento básico é o seguinte: T C N V ...6,1 onde,

V : volume do filtro; N: número de contribuintes;C : contribuição por contribuinteT : tempo de detenção

Os valores desses parâmetros são aqueles apresentados na NBR 7229, os quais jácitados no dimensionamento da fossa séptica.

d. Detalhes Construtivos

São os seguintes:

Material: concreto, alvenaria; Tubos: material cerâmico, ferro fundido; Caixa de distribuição: para dois ou mais filtros.

2.2.2 Lagoas de Estabilização: Lagoa Anaeróbia

As lagoas de estabilização são lagoas naturais ou artificiais, com a finalidade de trataresgotos sanitários. Quanto a tipologia existem, numa classificação geral, as lagoasanaeróbias, facultativas, aeróbias e aeradas. As lagoas anaeróbias são utilizadas comotratamento primário, enquanto as demais são consideradas tratamento secundário. Aslagoas anaeróbias são aquelas onde a estabilização da matéria orgânica ocorre através daatuação conjunta de bactérias acidogênicas e bactérias metanogênicas, sendo estasúltimas estritamente anaeróbias.

O fato de usualmente serem lagoas relativamente profundas (4 a 5 m) e de pequena área,associado ao fato de serem projetadas para trabalharem sob grandes cargas volumétricasde DBO, propicia que a estabilização da matéria orgânica seja estritamente anaeróbia.São lagoas de considerável aplicabilidade na operação de pré-tratamento pois reduzem,normalmente, 50 a 60% de DBO de esgoto afluente, condição esta que viabiliza aredução das dimensões dos sistemas de tratamento posteriores. O fator porém queeventualmente se estabelece é a liberação de maus odores. Tal ocorrência deve serconsiderada, principalmente quando na locação deste tipo de lagoa.

2.3 Tratamento Secundário

O tratamento secundário é um processo onde a principal função é a remoção da matériaorgânica suspensa. Existem processos anaeróbios, facultativos e aeróbios. Entre osanaeróbios, destacam-se os Reatores Anaeróbios de Fluxo Ascendente e os FiltrosAnaeróbios, estes já apresentados como tratamento complementar das fossas sépticas.Como facultativos, destaca-se a Lagoa Facultativa, e como aeróbios destacam-se osLodos Ativados e a Filtração biológica.


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2.3.1 Reatores Anaeróbios de Fluxo Ascendente

Os reatores anaeróbios de fluxo ascendente são também conhecidos como reatores demanta de lodo. Sua configuração consta basicamente de um tanque (retangular oucilíndrico), onde o esgoto bruto entra pela sua base (fundo) e sai pelo topo,

caracterizando o fluxo ascendente. No fundo forma-se uma camada denominada leito delodo. Esta camada é constituída por sólidos totais em grande concentração, estescompostos por biomassa e substrato, entre outros componentes. Sobreposta ao leito delodo desenvolve-se outra camada de sólidos totais, estes em menores concentrações(mais dispersos) e com menores velocidades de sedimentação. Esta camada édenominada manta de lodo, na qual também há remoção de substrato, ainda que comeficiência inferior àquela propiciada pelo leito de lodo. Os gases formados pela digestãoanaeróbia também apresentam um fluxo ascendente, os quais serão convenientementeseparados das fases sólida e líquida no separador trifásico que é construído na partesuperior do tanque.

Tais características de funcionamento investem os reatores de manta de lodo dequalidades atrativas como, por exemplo, a necessidade de pequenas áreas, custos deconstrução e operação relativamente baixos, a reduzida produção de lodo, o consumonulo de energia, a aprazível remoção de matéria orgânica (aproximadamente 70% deDBO), entre outras. Isto posto, cumpre salientar que estas qualidades, apesar de fatoresnegativos possíveis como a exalação de odores desagradáveis, tem possibilitado aaplicação dos reatores anaeróbios de fluxo ascendente.

Vide figura a seguir.

A existência do separador trifásico possibilita o retorno de lado, tanto com substânciaquanto com biomassa, o que confere ao UASB a capacidade de elevados tempos deresidência celular (idade do lado), tempos estes bem superiores ao TDH. Esta relação,TRC >> TDH, caracteriza os sistemas anaeróbicos de alta taxa. Outro fator a serdestacado é que os reatores UASB propiciam excelente contato entre a biomassa esubstrato! Isto porque há considerável mistura biomassa esgoto ocasionada tanto pelofluxo ascendente quanto pelo gás ascendente. Os reatores UASB para o tratamento deesgotos domésticos são usados no Brasil com freqüência. O processo anaeróbio através

de reatores de manta de lodo apresenta inúmeras vantagens em relação aos processosaeróbios convencionais, tais como:


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Sistema compacto, com baixa demanda de área; Baixo custo de implantação e operação; Baixa produção de lodo; Baixo consumo de energia; Satisfatória eficiência de remoção de DBO/DQO, da ordem de 65 a 75%; Possibilidade de rápido reinício, mesmo após longas paralisações; Elevada concentração de lodo excedente; e Boa desidratabilidade do lodo.

No entanto, os reatores manta de lodo possuem algumas desvantagens, tais como:

Possibilidade de emanação de maus odores; Baixa capacidade do sistema em tolerar cargas tóxicas; Elevado intervalo de tempo necessário para a partida do sistema; e

Necessidade de uma etapa de pós-tratamento.Quanto aos princípios do processo dos reatores de manta de lodo, cabe destacar:

No início de operação do sistema:o Colocar quantidades suficientes de lodo anaeróbio;o Iniciar a alimentação em baixa taxa;o Aumentar a taxa de alimentação progressivamente, conforme o sucesso

da resposta do sistema; Alguns meses após o início do sistema:

o O leito do lodo encontra-se bastante concentrado (4 a 10%, ou seja, emtorno de 40.000 a 100.000 mg ST/l) junto ao fundo do reator;

o Lodo muito denso e com excelentes características de sedimentação;o Pode ocorrer desenvolvimento de grânulos (diâmetros de 1 a 5 mm);

Acima do leito de lodoo Desenvolve-se uma zona de crescimento bacteriano mais disperso,

denominada manta de lodo. Sólidos deslocam-se com velocidades baixase a concentração de lodo varia entre 1,5 e 3%.

Sistema auto-misturadoo Misturado através do movimento ascendente das bolhas de biogás e do

fluxo de esgotos através do reator.

Sistema de remoção do substratoo Ocorre através de todo o leito e manta de lodo. Sistema trifásico para separação dos gases

o Situa-se na parte superior do reator;o Manutenção do lodo anaeróbio dentro do reator;o Possibilita que o reator seja operado com elevados tempos de retenção de

sólidos; eo Permite a retenção e o retorno do lodo.


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As figuras a seguir ilustram o reator em maiores detalhes.

2.3.2 Lagoas de Estabilização: Lagoas Facultativas, Aeróbias e Aeradas

2.3.2 Lagoas de Estabilização: Facultativas, Aeróbias e Aeradas

Conforme anteriormente comentado, as lagoas de estabilização são lagoas naturais ou

artificiais, com a finalidade de tratar esgotos sanitários, onde as lagoas facultativas,aeróbias e aeradas são consideradas tratamento secundário.

Corte esquemático de um reatorti o RALF. Fonte: SANEPAR

Representação esquemática de um reator circular


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Quanto as lagoas facultativas, é importante destacar que as mesmas contém ambos processos (aeróbios e anaeróbios) de digestão de matéria orgânica. A matéria orgânicasuspensa decantável (matéria orgânica particulada) ao decantar forma no fundo de lagoauma camada de lodo sob condições anaeróbias. Neste, o substrato é, portanto,

estabilizado anaerobiamente pelas bactérias pertinentes, sendo convertido em gáscarbônico, água, gás metano, entre outros. Já a matéria orgânica suspensa nãodecantável, composta por matéria orgânica dissolvida e matéria orgânica finamente particulada, permanecem dispersas na massa líquida e são decompostos pelas bactériasfacultativas, as quais sobrevivem seja na ausência, seja na presença do oxigênio. Ooxigênio é presente durante o dia quando as algas, através da fotossíntese viabilizada pela energia solar e pelo consumo de gás carbônico produzido pelas bactérias, produzoxigênio. No entanto, a noite, na escassez ou ausência de oxigênio dissolvido, as bactérias facultativas sobreviverão, conforme já comentado.

Nas lagoas aeróbias e aeradas por outro lado, a estabilização da matéria orgânica ocorreatravés da atuação das bactérias aeróbias. No entanto, nas lagoas aeróbias o oxigêniodissolvido é produzido pelas algas, através da fotossíntese, enquanto nas lagoas aeradaso oxigênio é injetado mecanicamente. Cabe ainda salientar que as lagoas aeróbiasusualmente são rasas e de grande área, pois a energia solar deve ser absorvida emgrande quantidade e atuar ao longo de toda coluna líquida. Já as lagoas aeradas terãosuas dimensões definidas em função da eficiência requerida, de maneira a especificar osdispositivos mecânicos injetores de ar.

2.3.3 Sistemas de Lodos Ativados

O sistema de Lodos Ativados é um sistema onde a principal função é a remoção damatéria orgânica suspensa, o que o caracteriza como um tratamento secundário. OTratamento Secundário ocorre no reator de lodos ativados onde atuam flocos de bactérias aeróbias para estabilizar a matéria orgânica suspensa. No sistemaconvencional, o tempo de contato de aproximadamente entre 2 a 6 horas, enquanto quena Aeração Prolongada, onde grande concentração de lodo ativado em contato com pequena carga orgânica, o tempo de contato é de aproximadamente entre 8 a 24 horas.A Aeração Prolongada elimina decantador primário e elimina digestão anaeróbia, pois olodo efluente sai bem estabilizado. Uma comparação entre Lodo Ativado x AeraçãoProlongada segue na Tabela a seguir:

Tabela: Comparação entre o Sistema Convencional e a Aeração ProlongadaParâmetro Lodo ativado Aeração Prol.

Tempo contato (h) 2 - 6 8 - 24Eliminação de kg DBO/dia .kg lodo 0,2 - 1,0 0,05 - 0,1

Concentração de lodo (g/l) 1,5 - 4,0 12,0Volume tanque (m3/kg DBO eliminada p/dia) 1,6 - 3,3 2,0 - 4,0

2.3.4 Filtros Biológicos

Consta de um leito percolador por onde o esgoto escoa no sentido descendente. Nesse

leito desenvolve-se uma película biológica na qual o esgoto é estabilizado. O meiofiltrante pode ser composto por pedras onde a altura do mesmo pode variar de 0,90 a 3,0


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escoamento é laminar e intermitente, e há a evapotranspiração influenciando no balançode massa. Os solos favoráveis são aqueles com baixa permeabilidade e solos argilososcom profundidade de 0,3 a 0,6 m. O sistema de disposição superficial no solo apresentavantagens como proporcionar tratamento secundário avançado, com uma operaçãorelativamente simples e barata, além de produzir uma cobertura vegetal que poderá ser

reaproveitada ou utilizada comercialmente. No entanto tal sistema apresentadesvantagens pois as taxas de aplicação podem ser restritas pelo tipo de crescimento dacultura

caderno de saneamento ambiental 2015 c4

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