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QUALIDADE DA ÁGUA DA CHUVA COM BARREIRA DE PROTEÇÃO INSTALADA EM UM SISTEMA DE CAPTAÇÃO E ARMAZENAMENTO DE

ÁGUAS PLUVIAIS

Rodrigo Mazza GUIMARÃES1; Alfredo Akira OHNUMA JR2; Luciene PIMENTEL DA SILVA3; Daniele Maia BILA4; Rayssa V. Berquó JACOB5; Bruno Cesar Silva ROCHA6;.

RESUMO: Na ocorrência da precipitação, áreas de telhados de edificações tendem a carrear poluentes atmosféricos oriundos da urbanização de modo que afetam a qualidade da água da chuva armazenada em sistemas de captação e aproveitamento de águas pluviais. Este trabalho visa caracterizar a qualidade das águas pluviais anterior e posterior à determinada barreira de proteção denominado separador de fluxo inicial (SFI) de um sistema de captação de água de chuva instalado no Instituto de Aplicação ou CAp-UERJ. A metodologia consiste de análise in situ dos parâmetros: condutividade, pH, turbidez, TDS com sonda multiparamétrica e coleta de amostras para análise ex situ do parâmetro cor. Os pontos de coleta designados incluem: first-flush (FF) e reservatório (RR). Os resultados das análises físico-químicas indicaram desconformidade com os padrões da lei municipal de Niterói nº 2.586/2011 e NBR 15527/2007. Recomenda-se a equalização do pH por carbonato de cálcio e microfiltração. PALAVRAS-CHAVE: Qualidade de água pluviais; First flush; Armazenamento de água da chuva.

QUALITY RAINWATER WITH PROTECTIVE BARRIER IN A STORAGE AND CATCHMENT RAINWATER

ABSTRACT: In the events of rainfall, areas of buildings roofs tend to adduce atmospheric pollutants from urbanization so that affect the quality of water stored in rainwater harvesting systems. This work aims to characterize the quality of stormwater previous and subsequent to certain protective barrier called initial flow separator (SFI) of a rainwater collection system installed in Application Institute or CAp-UERJ. The methodology consists of in situ analysis of the parameters: conductivity, pH, turbidity, TDS with multiparameter probe and sample collection for ex situ color parameter analysis. The points assigned to collect include: first-flush (FF) and reservoir (RR). The results of physicochemical analyzes indicated disagreement with the standards of the by law Niterói nº 2.586 / 2011 and NBR 15527/2007. It is recommended to equalize the pH on microfiltration and calcium carbonate. KEYWORDS: Quality of rain water; First flush; rainwater storage. INTRODUÇÃO Ainda que o Brasil detenha cerca de 12,5 % da água doce disponível no planeta sua distribuição interna é desigual, à medida que se observam cerca de 81 % desse volume localizados na Região Amazônica de baixa densidade populacional, enquanto regiões hidrográficas que concentram 45,5% da população do país, apenas 2,7% dos recursos hídricos estão disponíveis. Rios localizados em regiões metropolitanas apresentam um estado crítico devido à alta demanda e grande quantidade de carga orgânica lançada (ANA, 2015). De modo associado às questões de disponibilidade hídrica irregular, nas condições apresentadas de estiagens prolongadas jamais observadas na história de dados pluviométricos monitorados desde o ano

1 Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ). Maracanã – Rio de Janeiro- RJ. E-mail: [email protected] 2 Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ). Maracanã – Rio de Janeiro- RJ. E-mail: [email protected] 3 Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ). Maracanã – Rio de Janeiro- RJ.. E-mail: [email protected] 4 Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ). Maracanã – Rio de Janeiro- RJ.. E-mail: [email protected] 5 Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ). Maracanã – Rio de Janeiro- RJ.. E-mail: [email protected] 6 Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ). Maracanã – Rio de Janeiro- RJ.. E-mail: [email protected]

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10º Simpósio Brasileiro de Captação e Manejo de Água de Chuva

de 1910 (ANA, 2015), o resultado é a incapacidade dos volumes mínimos armazenados de atender os usos múltiplos dos recursos hídricos, especialmente aonde a demanda é alta, como nos casos das regiões metropolitanas. Atrelado ao aspecto quantitativo de baixos níveis nos reservatórios de abastecimento de água, os problemas da escassez de água aumentam quando relacionados com as cargas de poluição difusa ocasionados pela drenagem urbana. Nesse sentido, os contaminantes de origem urbana são mais difíceis de controlar do que as cargas de regime estacionário devido a natureza intermitente das chuvas e sua sazonalidade interferir nas condições de qualidade da água em parâmetros específicos (LI et al., 2007). Além disso, às condições climáticas da região na ocorrência de períodos secos e úmidos afetam à concentração da emissão de poluentes, cuja origem ocorre principalmente no primeiro volume de descarga ou first flush dos volumes escoados das águas pluviais urbanas (LEE et al., 2004). O presente trabalho tem como objetivo principal caracterizar a qualidade do volume de descarte inicial ou first flush e de armazenamento da água da chuva de um determinado sistema para parâmetros físico-químicos e microbiológicos. Pretende-se também discutir brevemente os efeitos da sazonalidade na qualidade das amostras. MATERIAIS E MÉTODOS O sistema de captação e armazenamento de águas pluviais encontra-se localizado no Instituto de Aplicação Fernando Rodrigues da Silveira ou Instituto de Aplicação da UERJ (CAp-UERJ) no bairro do Rio Comprido, região central do município do Rio de Janeiro. Trata-se de um bairro com elevado adensamento populacional e intensamente urbanizado, próximo aos bairros da Tijuca e Centro. A área é uma das principais zonas de transição entre as regiões norte e sul da cidade através da Avenida Paulo de Frontin e Elevado Engenheiro Freyssinet ambos com elevado tráfego de veículos (Figura 1).

Figura 1: Mapa geográfico da localização do CAp-UERJ.

As amostras coletadas para análise físico-química e biológica das águas pluviais armazenadas no sistema de captação ocorre na seleção de 2 (dois) pontos caracterizados por barreira de proteção denominada de separador de fluxo inicial (SFI), sendo: first flush (FF) e reservatório (RR). Com características físicas específicas, o SFI instalado consiste da separação automática de cerca de 15 litros de volume pluvial por um sistema de bóia que se eleva à medida que ocorre o preenchimento do volume de descarte (GUIMARÃES et al., 2015). Composto por telha metálica e área de 80 m2 de captação, as condições instaladas na cobertura da quadra permitem a detenção equivalente à uma lâmina de 0,2 mm de precipitação (Figura 2).

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Figura 2: Esquema de localização do separador de fluxo inicial (SFI) e amostras de first flush (FF) e de reservação (RR).

O armazenamento do volume do first flush (FF) tem como objetivo a caracterização dos primeiros minutos de chuva de modo a avaliar se a qualidade da água é inferior aos volumes posteriores. O volume retido no first flush é considerado de lavagem de toda atmosfera e superfície de captação, portanto, fundamental para diagnosticar a situação atmosférica antes de cada evento. A qualidade do volume armazenado no reservatório (RR) é fundamental para avaliar a eficácia do separador de fluxo inicial (SFI), caracterizado como de pré-filtragem e assim destinar o uso adequado da água captada. A partir de análises de parâmetros específicos é possível aprimorar as técnicas de tratamento e/ou propor mudanças físicas na instalação do sistema de captação como, por exemplo, no aumento do volume de descarte inicial ou first flush. Os volumes armazenados in situ constam de análises realizadas por sonda multiparâmetro de marca HORIBA modelo U52 previamente calibrada com a solução padrão HORIBA de pH 4,0. Os parâmetros analisados pelo equipamento utilizados neste trabalho incluem: pH, sólidos totais dissolvidos (TDS), condutividade elétrica, cor e turbidez. Para análises ex situ as coletas compõem-se de amostras de um litro de água condicionadas em frascos de polipropileno e conservadas em gelo para posterior análise no Laboratório de Engenharia Sanitária (LES), na Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ). As amostras condicionadas à temperatura ambiente eram homogeneizadas e então retirada a alíquota necessária de cada procedimento. Para análises laboratoriais foram utilizadas vidrarias básicas como: becker, balão volumétrico, pipeta volumétrica, tubo de ensaio, pipetas automáticas e espectrofotômetros. Os parâmetros analisados no laboratório consistiram de: alcalinidade e cor, com metodologias empregadas e baseadas no Standard Methods (APHA; AWWA & WEF, 2012). As coletas compreendem períodos chuvosos e secos, com amostragens de dezembro/2014 a dezembro/2015, correspondendo à 21 (vinte e uma) coletas. RESULTADOS E DISCUSSÃO O pH ou potencial hidrogeniônico representa um papel fundamental em ecossistemas aquáticos. A água da chuva é naturalmente ácida com pH em torno de 5,6, devido ao dióxido de carbono (CO2), contudo, essa acidez pode ser intensificada na presença de poluentes primários como o dióxido de enxofre, óxidos e nitrogênio, como SO2 e NOx (BAIRD, 2002). No presente estudo a análise do pH revelou caráter ácido da chuva. O pH variou de 2,93 a 6,54. A média geral foi de 5,65 ± 0,70 com 5,58 ± 0,73 no volume do FF e 5,72 ± 0,68 no volume RR. Em relação a lei municipal de Niterói nº 2.586/2011 cerca de 71 % das amostras estiveram em desconformidade com valores abaixo do limite de 6,00 (Figura 3 à esquerda). A NBR 15527/2007 estabelece a faixa de pH de 6,0 a 8,0 com objetivo de se evitar danificações nas tubulações de carbono e aço galvanizado. As amostras apresentaram caráter mais ácido que o

SFI

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comumente observado para chuvas compatíveis com grandes centros urbanos como Singapura e Londres (BAIRD, 2002; HU et al., 2003). Os sólidos dissolvidos totais (TDS) representam o material filtrante, ou seja, material que passa pelo filtro de porosidade de 0,45 µm após a etapa de filtração (APHA; AWWA & WEF, 1999) e a condutividade ou condutância específica é a medida da capacidade da água de conduzir corrente elétrica, sendo sensível às variações nas concentrações de sólidos dissolvidos totais e íons maiores (CHAPMAN & KIMSTACH, 1992). Para uso industrial é fundamental que a água apresente baixa condutividade (ESTEVES, 2011). Ambos os parâmetros são diretamente proporcionais visto que quanto maior a quantidade de partículas dissolvidas (sais) maior a capacidade da agua de conduzir corrente elétrica (BAUMGARTE & POZZA, 2001). No que se refere a sólidos dissolvidos totais (TDS) a concentração oscilou entre 0,016 e 0,259 mg.L-1. Conforme era esperado o volume do first flush (FF) apresentou maior média com 0,096 ± 0,070 mg.L-1 enquanto as amostras referentes ao reservatório (RR) apresentaram média de 0,039 ± 0,017 mg.L-1 (Figura 3 ao centro).A exemplo da condutividade e turbidez supracitadas as amostras com maiores valores foram novamente referentes ao first-flush (FF) enquanto as demais estações apresentaram valores semelhantes. A NBR 15527:2007 não cita quaisquer valores em relação a concentração de sólidos dissolvidos totais. Em relação a condutividade a variação foi 0,025 a 0,398 mS.cm-1. Assim como observado para TDS a condutividade média foi superior em FF com 0,149 ± 0,109 mS.cm-1 enquanto em RR a média foi de 0,061 ± 0,027 mS.cm-1 (Figura 3 à direita). Em relação aos valores estipulados assim como os sólidos totais a NBR 15527/2007 não cita quaisquer valores em relação a condutividade (Figura 3).

Figura 3: Box-plot do pH, TDS e condutividade de amostras de first flush (FF) e armazenadas em um reservatório (RR) de um sistema de captação de águas pluviais.

A turbidez é uma propriedade ótica da água e representa a atenuação da luz ao atravessar uma determinada amostra de água (CETESB, 2012). Segundo Von Sperling, (2014), águas provenientes de origem natural não trazem inconvenientes diretos, porém é esteticamente desagradável na água potável e os sólidos em suspensão podem servir para microorganismos patogênicos. Já a cor, segundo a CETESB (2012) é resultante da presença de sólidos dissolvidos, principalmente de material em estado coloidal orgânico e inorgânico. Ambos os parâmetros são diretamente proporcionais com correlações diretas. A turbidez no presente estudo variou de 0 a 800 UNT com maior média no volume do FF com 192 ± 193 UNT enquanto em RR a média foi de 3 ± 5 UNT. (Figura 4 à esquerda). A NBR 15527/2007 estipula o valor máximo de 2,0 UNT para usos mais restritivos e 5,0 UNT para usos menos restritivos. Portanto, uma parte das amostras do FF apresentaram desconformidade com a legislação adotada sendo necessário tratamento para adequação das mesmas. As amostras do RR ficaram fora do padrão para usos mais restritivos porém ficaram dentro da conformidade para padrões menos restritivos. A cor variou de 2 a 500 uH com média de 253 ± 183 uH em FF e 10 ±8 uH em RR (Figura 4 à direita). Ambos os parâmetros apresentaram resultados coerentes com o esperado com valores superiores no FF, visto que representa barreira de proteção considerada para os primeiros minutos de chuva, logo, com qualidade inferior. Dessa forma, nos dois pontos de coleta FF e RR foram registradas desconformidade com a legislação empregada. A NBR 15527/2007 estipula o valor máximo de 15 uH para usos não potáveis.

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Figura 4: Box-plot da turbidez e cor de amostras de first flush (FF) e armazenadas em um reservatório (RR) de um sistema de captação de águas pluviais.

CONCLUSÕES Após um ano de monitoramento conclui-se que constituir barreiras de proteção como sistema separador de fluxo inicial (SFI) nas amostras do first flush é fundamental como medida de descarte dos primeiros minutos de chuva devido à elevada turbidez e a concentração de sólidos totais dissolvidos. Embora haja diminuição significativa, a água reservada RR também apresentou desconformidade nos valores observados da turbidez com a legislação supracitada e, portanto, recomenda-se aumentar o volume descartado no first flush e/ou instalação de filtros específicos de capacidade de 200 µm. A fim de se eliminar possíveis riscos de ingestão desprecavida recomenda-se que a água reservada passe pelo processo de desinfecção por cloração. Além da turbidez, é fundamental também equacionar o pH da água em função de 80 % das amostras apresentarem resultados abaixo de 6,0 cujos padrões evidenciam processos de chuva ácida largamente observados em grandes centros urbanos. Para regularização do pH sugere-se o uso de pedras de carbonato de cálcio que em contato com a água torna o meio mais alcalino. Os autores agradecem ao Projeto de Manejo de Águas Pluviais em Meio Urbano (MAPLU), FINEP no âmbito da Chamada Pública Saneamento Ambiental e Habitação n° 07/2009, Rede Cooperativa de Pesquisa Área 1, Saneamento Ambiental, Tema Prioritário 1.4 e ao CNPq, Edital Chamada Universal MCTI/CNPq n° 14/2014, Faixa A Processo n° 457688/2014-9 pelo apoio financeiro ao desenvolvimento deste trabalho. Os autores também agradecem aos técnicos do Laboratório de Engenharia Sanitária (LES), da Faculdade de Engenharia da Universidade do Estado do Rio de Janeiro pelas análises laboratoriais ex situ de parâmetros discutidos neste artigo. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANA. Conjuntura dos Recursos Hídricos no Brasil (2014). BrasíliaANA, , 2015.

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CETESB. Relatório da Qualidade das Águas Superficiais no Estado de São Paulo 2011. [s.l: s.n.].

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GUIMARÃES, R.M., OHNUMA JR., A.A., PIMENTEL DA SILVA, L. MARQUES, M. Caracterização físico-química e biológica das águas pluviais nos períodos seco e úmido. In: XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos. Segurança hídrica e desenvolvimento sustentável: desafios do conhecimento e da gestão. Brasília-DF. 22-27 nov. 2015.

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VON SPERLING, Marcos. Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de esgotos. 4 ed. Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental/UFMG, Belo Horizonte, MG, 2014.

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