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U N I V E R S I D A D E D O V A L E D O I T A J A Í CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS
DA TERRA E DO MAR Curso de Engenharia Ambiental
PROJETO DO SISTEMA COLETOR E DO TRATAMENTO DOS ESGOTOS SANITÁRIOS DE UM LOTEAMENTO RESIDENCIAL
Ac: Pâmella Ruany Gonçalves Motter
Orientador: Janete Feijó, MSc.
Itajaí, junho/2013
ii
U N I V E R S I D A D E D O V A L E D O I T A J A Í CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS
DA TERRA E DO MAR Curso de Engenharia Ambiental
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
PROJETO DO SISTEMA COLETOR E DO TRATAMENTO DOS ESGOTOS SANITÁRIOS DE UM LOTEAMENTO RESIDENCIAL
Pâmella Ruany Gonçalves Motter
Monografia apresentada à banca examinadora do Trabalho de Conclusão de Curso de Engenharia Ambiental como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Ambiental.
Itajaí, junho/2013
iv
DEDICATÓRIA
Aos meus pais Cirlei e Jurilda, a meus irmãos Jorge e Renata e ao meu namorado João
Victor, pela paciência e amor que me dedicam.
v
AGRADECIMENTOS
Acima de tudo quero agradecer a Deus, por estar sempre ao meu lado.
Aos meus Pais Cirlei e Jurilda, que me deram toda a estrutura para que me tornasse a
pessoa que sou hoje. Pela confiança e pelo amor que me fortalece todos os dias.
Aos meus irmãos Jorge e Renata, por terem me aturando nos momentos de estresse e
estarem sempre presentes na minha vida.
Ao meu namorado João Victor, pela paciência e por tornar minha vida cada dia mais feliz.
Em especial agradeço minha professora Janete, que foi uma orientadora extraordinária,
estando sempre presente, esclarecendo as minhas dúvidas, tendo muita paciência,
competência, confiança, conhecimentos e principalmente a amizade.
Aos meus colegas de turma, que ao longo desses anos, se tornaram grandes amigos.
A todos os meus professores que são os maiores responsáveis por eu estar concluindo esta
etapa da minha vida, compartilhando a cada dia os seus conhecimentos.
Agradeço meus familiares.
Obrigada a todos vocês por participarem desta minha etapa, pois direta, ou indiretamente
me fizeram crescer, tanto pessoalmente como profissionalmente.
Obrigada por tudo!
vi
RESUMO
A poluição dos recursos hídricos é uma das formas de poluição ambiental resultante do
lançamento de esgotos domésticos e industriais sem tratamento nos corpos de água e da
contaminação destes por produtos químicos, tais como, fertilizantes e agrotóxicos, entre
outros. No Brasil, o lançamento indiscriminado de esgoto doméstico não tratado é ainda a
principal fonte de poluição dos corpos d’água. Neste contexto o objetivo deste trabalho foi
propor alternativas de tratamento para o efluente doméstico gerado em um loteamento
residencial, de porte médio, localizado no município de São João Batista, Santa Catarina.
No presente trabalho foi diagnosticada a situação de saneamento no Brasil, no Estado e no
Município, além da definição da carga orgânica, do volume e da vazão de esgotos gerada.
Foi realizado o dimensionamento do tratamento individual, constituido de tanque séptico
seguido de filtro anaeróbio, o dimensionamento do sistema coletor, além de alternativas de
tratamento coletivo, sendo decanto-digestor seguido de filtro biológico, decanto-digestor
seguido de Wetlands, uma unidade de lodos ativados por batelada e, ainda, um reator
anaeróbio de fluxo ascendente, possibilitando assim a escolha da melhor alternativa de
tratamento, comparando área requerida para implantação, investimento e qualidade do
efluente, para o empreendimento em estudo.
Palavras-chave: Saneamento, Esgotamento Sanitário, Tratamento de Esgotos.
vii
ABSTRACT
The pollution of water resources is one of the forms of environmental pollution resulting from
the release of domestic and industrial sewage untreated into bodies of water and
contamination by these chemicals, such as fertilizers and pesticides, among others. In Brazil,
the indiscriminate firing of untreated domestic sewage is still the main source of pollution of
water bodies. In this context, the objective of this work was to propose alternative treatment
for the wastewater generated in a residential subdivision, medium size, located in the
municipality of São João Batista, Santa Catarina. In this paper we diagnosed the situation of
sanitation in Brazil, in the State and the City, and the definition of the organic load, the
volume and flow of sewage generated. Was performed sizing of individual treatment,
consisting of septic tank followed by anaerobic filter, system sizing catcher, plus treatment
alternatives collective being septic tank followed biological filter, septic tank followed
Wetlands, a unit of sludge activated by batch and also an anaerobic upflow, allowing the
choice of the best alternative treatment, comparing area required for deployment, investment
and quality of effluent for the project under study.
Keywords: Drainage, Sewerage, Wastewater Treatment.
viii
Sumário
1 Introdução ......................................................................................................................... 1
1.1 Justificativa ................................................................................................................ 2
1.2 Objetivos ................................................................................................................... 3
1.2.1 Geral .................................................................................................................. 3
1.2.2 Específicos ......................................................................................................... 3
2 Fundamentação Teórica ................................................................................................... 4
2.1 Saneamento .............................................................................................................. 4
2.1.1 Saneamento no Mundo ...................................................................................... 5
2.1.2 Saneamento no Brasil ........................................................................................ 6
2.1.3 Saneamento em Santa Catarina ........................................................................ 9
2.1.4 Saneamento em São João Batista ................................................................... 10
2.1.5 Programas de Incentivo ao Saneamento Básico ............................................. 10
2.2 Esgoto Sanitário ...................................................................................................... 11
2.3 Poluição ................................................................................................................... 13
2.3.1 Quantificação das Cargas Poluidoras .............................................................. 14
2.4 Tratamento de Esgoto ............................................................................................. 15
2.4.1 Processos de Tratamento dos Esgotos ........................................................... 15
2.4.2 Níveis de Tratamento ....................................................................................... 17
2.4.3 Unidades ou Operações Unitárias ................................................................... 19
2.5 Sistema de Tratamento de Esgoto .......................................................................... 21
2.5.1 Sistemas Individuais ........................................................................................ 21
2.5.2 Sistemas Coletivos ........................................................................................... 29
ix
2.6 Sistema Coletor de Esgoto ...................................................................................... 45
2.6.1 Órgãos Acessórios da Rede Coletora .............................................................. 46
2.6.2 Dimensionamento da Rede Coletora ............................................................... 47
2.7 Características Gerais do Município ....................................................................... 51
3 Metodologia .................................................................................................................... 53
3.1 Procedimento e Instrumentos de Coleta e Análise de Informações ....................... 53
3.1.1 Estimativa de População Atendida, Volume e Carga Orgânica do Esgoto ...... 53
3.1.2 Escolha e Dimensionamento dos Sistemas Individuais de Tratamento de
Esgotos 53
3.1.3 Dimensionamento dos Sistemas Coletivos de Tratamento de Esgoto ............ 54
3.1.4 Dimensionamento da Rede Coletora de Esgoto .............................................. 54
4 Resultados e Discussão ................................................................................................. 56
4.1 População Atendida, Volume e Carga Orgânica do Esgoto ................................... 56
4.2 Dimensionamento dos Sistemas Individuais de Tratamento de Esgoto ................. 56
4.3 Dimensionamento dos Sistemas Coletivos de Tratamento de Esgoto ................... 58
4.3.1 Decanto Digestor – Filtro Biológico .................................................................. 58
4.3.2 Dimensionamento Wetlands ............................................................................ 59
4.3.3 Dimensionamento Lodos Ativados ................................................................... 60
4.3.4 Dimensionamento UASB ................................................................................. 64
4.3.5 Dimensionamento da Rede Coletora de Esgotos ............................................ 65
5 Considerações Finais ..................................................................................................... 67
5.1 Recomendações ..................................................................................................... 71
6 Bibliografia ...................................................................................................................... 72
x
7 Anexos ............................................................................................................................ 77
xi
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Municípios com serviço de rede coletora de esgoto - Brasil - 2008 ........................ 6
Figura 2 – Índice de atendimento total de esgoto. ................................................................... 7
Figura 3 - Número de pessoas sem acesso à rede coletora de esgoto, separado por
Grandes Regiões – 2008. ........................................................................................................ 8
Figura 4 – Índice de atendimento total de esgoto referido aos municípios atendidos com
água. ........................................................................................................................................ 9
Figura 5 - Esquema de um sistema tanque séptico seguido por filtro anaeróbio .................. 29
Figura 6 - Esquema de uma ETE por meio de zona de raízes. ............................................. 33
Figura 7 - Esquema sistema de lodos ativados. .................................................................... 36
Figura 8 - Ciclos do processo operacional intermitente. ........................................................ 37
Figura 9 - Esquema de um reator UASB. .............................................................................. 42
Figura 10 - Localização do município de São João Batista e de seus vizinhos. ................... 52
xii
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Indicadores de saneamento básico no município de São João Batista, Estado de
Santa Catarina. ...................................................................................................................... 10
Tabela 2 - Contribuição diária de esgoto (C) e de lodo fresco (Lf) por tipo de prédio e de
ocupantes. ............................................................................................................................. 23
Tabela 3 - Período de detenção de despejos, por faixa de contribuição diária. .................... 24
Tabela 4 - Taxa de acumulação total de lodo (K), em dias, por intervalo entre limpezas e
temperatura do mês mais frio. ............................................................................................... 25
Tabela 5 - Contribuição diária de despejos e de carga orgânica por tipo de prédio e de
ocupantes. ............................................................................................................................. 27
Tabela 6 - Tempo de detenção hidráulica (T), por faixa de vazão e temperatura do esgoto. 28
Tabela 7 - Sistema individual de tratamento de esgoto – unidades prismáticas. .................. 57
Tabela 8 - Sistema individual de tratamento de esgoto – unidades cilíndricas. .................... 57
Tabela 9 – Decanto Digestor ................................................................................................. 58
Tabela 10 - Filtro Biológico .................................................................................................... 59
Tabela 11 – Dados para o dimensionamento do Wetlands. .................................................. 59
Tabela 12 – Dimensões do Wetlands. ................................................................................... 60
Tabela 13 – Dados de entrada para o dimensionamento de lodos ativados por batelada. ... 60
Tabela 14 – Dados de entrada para o dimensionamento de lodos ativados por batelada. ... 60
Tabela 15 – Dados de entrada para o dimensionamento de lodos ativados por batelada. ... 61
Tabela 16 – Dados de entrada para o dimensionamento de lodos ativados por batelada. ... 61
Tabela 17 – Duração de cada etapa do ciclo. ....................................................................... 62
Tabela 18 – Resultado dos cálculos do dimensionamento do reator para o sistema de lodos
ativados por batelada. ........................................................................................................... 63
Tabela 19 – Dados iniciais para dimensionamento do Reator UASB. .................................. 64
Tabela 20 – Resultado dos cálculos para dimensionamento do reator UASB. ..................... 64
Tabela 21 – Resumo das variáveis. ...................................................................................... 68
1
1 INTRODUÇÃO
A Política Nacional do Meio Ambiente, pela Lei nº 6938 de 31 de agosto de 1981, em seu
art. 3˚, parágrafo III, define poluição como:
(...)
degradação da qualidade ambiental resultante de atividades que
direta ou indiretamente:
a) prejudiquem a saúde, a segurança e o bem-estar da população;
criem condições adversas às atividades sociais e econômicas,
afetem desfavoravelmente a biota;
b) afetem as condições estéticas ou sanitárias do meio ambiente;
c) lancem matérias ou energia em desacordo com padrões
ambientais estabelecidos.
(...)
A poluição dos recursos hídricos é uma das formas de poluição ambiental que pode ser
resultante do lançamento de esgotos domésticos e industriais sem tratamento nos corpos de
água, e da contaminação destes por produtos químicos tais como fertilizantes e agrotóxicos,
entre outros.
A poluição causada pelo esgoto provoca a degradação dos corpos d’ água, recurso esse,
importante para sobrevivência das pessoas e dos seres vivos. Sabe-se que inúmeras
doenças graves estão relacionadas à poluição dos recursos hídricos, o que justifica a
implantação de sistemas de tratamento de efluente, visando à diminuição das fontes
geradoras de poluição, não só por razões ambientais mas também por razões de saúde
pública.
O tratamento de esgoto é uma das medidas para diminuir a poluição; ele tem como principal
finalidade remover impurezas presentes na água de forma que, quando lançado no corpo de
água receptor, esteja dentro dos padrões de qualidade necessários para não prejudicar o
meio ambiente, fauna e flora.
Von Sperling (1996) cita que os aspectos importantes na seleção de sistemas de tratamento
de esgoto são: eficiência, confiabilidade, disposição do lodo, requisitos de área, impactos
ambientais, custo de operação, custo de implantação, sustentabilidade e simplicidade. Cada
2
sistema deve ser analisado individualmente, adotando-se a melhor alternativa técnica e
econômica.
O Brasil passou no último século por um acelerado processo de urbanização. Nas primeiras
décadas do século XX, a maioria da população brasileira vivia na zona rural e, em poucas
décadas, com o processo de industrialização e a migração para os centros urbanos, o Brasil
chegou ao final do século XX como um país predominantemente urbano. Em 2000, a
população urbana chegou a 81,3% da população total. Essa rápida inversão provocou um
enorme déficit no setor de saneamento, tornando-se um dos principais problemas
ambientais brasileiros (MMA, 2009).
O Saneamento Básico é o conjunto de medidas, que visam preservar ou modificar as
condições do meio ambiente, com a finalidade de prevenir doenças e promover a saúde;
engloba o abastecimento de água, esgototamento sanitário, drenagem urbana e residuos
sólidos.
O objeto de estudo deste trabalho é um loteamento implantado em São João Batista, no
Estado de Santa Catarina, localizado a 70 km da capital do estado, Florianópolis. Sua
altitude é 30 m acima do nível do mar, o clima é temperado com temperaturas médias
variando entre 15°C e 25°C e sua área territorial é 220,2 km² (SEBRAE, 2010). Sua
população, segundo levantamento do CENSO-IBGE (2010), é de 26.226 habitantes.
1.1 JUSTIFICATIVA
Segundo o SEBRAE (2010), a maioria das residências, condomínios e indústrias na cidade
não possui tratamento adequado do esgoto e algumas casas possuem fossa e sumidouro, o
esgoto das demais residências segue por tubulações diretamente para os cursos de água.
Esse grande problema, enfrentando em todo o Brasil pode ser solucionado mediante a
conscientização dos governantes e das pessoas que são diretamente afetadas, e a
implantação dos sistemas de tratamento de efluentes.
Sendo assim, estudos que busquem alternativas para o tratamento e destinação final de
efluentes se apresenta como de extrema importância para o atual quadro de saneamento
apresentado pelo município de São João Batista, bem como a implantação desses sistemas
de tratamento visando diminuir a poluição dos recursos hidricos.
3
1.2 OBJETIVOS
1.2.1 Geral
Este trabalho tem como Objetivo Geral projetar o sistema coletor e o tratamento de esgoto
sanitário, individual e coletivo, de um loteamento residencial de padrão médio localizado no
município de São João Batista - Santa Catarina.
1.2.2 Específicos
a) Estimar a população atendida, o volume e a carga orgânica do esgoto sanitário
gerado no loteamento;
b) Indicar e dimensionar unidades de tratamento individual para os esgotos sanitários
gerados nas edificações do loteamento;
c) Dimensionar o sistema coletor de esgotos sanitários do loteamento;
d) Indicar e dimensionar alternativas para o tratamento coletivo dos esgotos sanitários
gerados no loteamento.
4
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
2.1 SANEAMENTO
A Organização Mundial da Saúde considera saneamento como o controle de todos os
fatores do meio físico do homem, que exercem ou podem exercer efeito deletério sobre o
seu bem-estar físico, mental ou social.
Outra definição clássica de saneamento, segundo Mota (2006), “é o conjunto de medidas
visando a preservar ou a modificar as condições do meio ambiente, com a finalidade de
previnir doenças e promover a saúde”. Proporcionar ao homem um ambiente que lhe
garanta condições apropriadas para promover sua saúde é um dos principais objetivos do
Saneamento (MOTA, 2006).
As atividades de saneamento são bem amplas, e vem crescendo à medida que aumentam
os problemas ambientais; seguem abaixo algumas das ações citadas por Mota (2006):
• abastecimento de água às populações, com a qualidade compatível com a proteção
de sua saúde e em quantidade suficiente para a garantia de condições básicas de
conforto;
• coleta, tratamento e disposição ambientalmente adequada e sanitariamente segura
de águas residuárias (esgotos sanitários, resíduos líquidos industriais e agrícolas);
• acondicionamento, coleta, transporte e/ou destino final dos resíduos sólidos
(incluindo os rejeitos provenientes das atividades doméstica, comercial e de serviços,
industrial e pública);
• drenagem de águas pluviais;
• controle da poluição ambiental (solo, água, ar, sonora, entre outras.);
• controle de vetores de doenças transmissíveis (insetos, roedores, moluscos, etc.);
• saneamento dos alimentos;
• saneamento e planejamento territorial;
• saneamento da habitação, dos locais de trabalho, de educação e de recreação e dos
hospitais;
• estudos de impactos ambientais.
A Lei nº 11.445, de 2007, estabelece as Diretrizes Nacionais para o Saneamento Básico
e para a Política Federal de Saneamento Básico; e define Saneamento Básico, em seu
artigo 3º, como o conjunto de serviços de abastecimento de água potável, de limpeza
5
urbana e manejos de resíduos, de esgotamento sanitário e de drenagem e manejo de
águas pluviais.
O saneamento é entendido, segundo Rezende & Heller (2002) (apud MONTEIRO JUNIOR
et al, 2011), sobretudo “como ação de saúde pública, de dever do Estado e direito do
cidadão, pugnado pela universalização do atendimento, pelo direito ao serviço de qualidade,
com participação e controle social”.
No Brasil, o desenvolvimento das ações de saneamento, historicamente, esteve vinculado
aos aspectos econômicos, interesses dominantes, os quais foram os principais
determinantes do caráter das ações coletivas; ou seja, não considerando de fato a
superação das carências sociais do país. Isto determinou a exclusão de diversos segmentos
da sociedade das políticas de saneamento, as quais predominaram nas áreas de interesse
econômico. Assim, os investimentos prioritários no setor foram em abastecimento de água,
em detrimento das ações menos lucrativas, o que fragmentou a visão do saneamento, se
manifestando também institucionalmente em uma precária interação entre governos
estaduais e os municípios (MONTEIRO JUNIOR et al, 2011).
Segundo Pereira (2003), o número expressivo de municípios que não dispõem de coleta e
tratamento de esgotos ocorre em razão de o saneamento não ser encarado como prioridade
e, portanto, faltar política eficaz para direcionar as ações nesse setor. Isso faz com que os
programas de saneamento acabem tendo caráter individual e localizado em municípios
específicos, sendo que algumas questões político-partidário-administrativas dificultam a
formulação de política única de implantação de infra-estrutura sanitária nos municípios
brasileiros, o que naturalmente, prejudica a obtenção de recursos para esse tipo de
investimento.
2.1.1 Saneamento no Mundo
A Organização Mundial da Saúde - OMS e o Fundo das Nações Unidas para a Infância –
UNICEF, têm acompanhado a evolução dos índices de cobertura previsto nas Metas do
Milênio, no que se refere ao acesso a serviços de água e esgoto no mundo.
No período de 1990-2010, 1,8 bilhão de pessoas ganharam acesso aos serviços de
esgotamento sanitário. O número indica que a meta prevista para 2015, não será alcançada.
Os dados mostram que, mantido o ritmo atual, se alcançará em 2015, 63% da população,
em vez dos 75% previstos, que só seriam alcançados em 2026. Em 2012 existiam cerca de
2,5 bilhões de pessoas sem serviços adequados (ALONSO, 2012).
6
A situação é diferente quando os mesmos números são analisados considerando-se as
diferentes regiões do planeta. Em 2010, enquanto nos países desenvolvidos 95% da
população tinha acesso a serviços de esgotamento sanitário, o índice caía para 56% nos
países em desenvolvimento (ALONSO, 2012).
2.1.2 Saneamento no Brasil
A situação de saneamento no Brasil é crítica. Uma pesquisa de saneamento básico no País,
realizada pelo Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística - IBGE (2008), indica que
apenas 44% de domicílios tinham acesso à rede geral de esgoto naquele ano. O
contingente populacional sem a cobertura de esgoto, considerando-se apenas os municípios
sem rede coletora, era de aproximadamente 34,8 milhões de pessoas; ou seja, em 2008,
cerca de 18% da população brasileira estava exposta ao risco de contrair doenças em
decorrência da inexistência de rede coletora de esgoto.
Segundo a pesquisa, a abrangência dos serviços de saneamento básico no país é
caracterizada por desigualdades regionais. A pesquisa mostrou ainda, que apenas 28,5%
dos municípios brasileiros fizeram tratamento de seu esgoto (IBGE, 2008).
Figura 1 - Municípios com serviço de rede coletora de esgoto - Brasil - 2008
Fonte: IBGE, 2008.
7
De acordo com a Figura 1, o Nordeste é a região onde a falta de rede coletora de
esgotamento sanitário é mais grave, atingindo algo próximo a 15,3 milhões de habitantes,
com a escassez do serviço sendo maior nos Estados da Bahia, Maranhão e Piauí. Em
segundo lugar, a Região Norte do País, com cerca de 8,8 milhões de pessoas sem rede de
coleta de esgoto, das quais 60% no Estado do Pará. O Sul, com 6,3 milhões de pessoas,
ocupou a terceira posição, sendo o serviço ofertado em menor escala nos Estados de Santa
Catarina e Rio Grande do Sul. Na Região Centro-Oeste foram observados 3,2 milhões de
habitantes sem acesso ao serviço; no Sudeste, não contavam com rede coletora de esgoto
cerca de 1,2 milhão de pessoas.
O Sistema Nacional de Informações sobre Saneamento – SNIS, apresenta o índice de
atendimento total de esgoto, conforme pode ser observado na figura 2.
Figura 2 – Índice de atendimento total de esgoto.
Fonte: SNIS (2010).
8
Observa-se que o Estado de São Paulo e o Distrito Federal apresentam o maior índice de
atendimento total de esgoto, superior a 70%. Os Estados com o pior índice de atendimento
são Rondônia, Pará, Amapá e Piauí, com ate 10% de atendimento. Na segunda melhor
faixa, entre 40,1 a 70,0%, ficaram os Estados de Minas Gerais, Rio de Janeiro e Paraná. Os
demais Estados distribuíram-se nas outras duas faixas, sendo nove Estados entre 20,1% e
40%, e nove Estados na faixa de 10,1 a 20%. Os resultados obtidos pela pesquisa do SNIS
difere um pouco dos resultados do IBGE, tendo em vista que o IBGE, além de obter seu
dados através de uma pesquisa, o que muitas vezes pode estar gerando dados que não são
reais, leva em consideração que as valas de drenagem também são consideradas rede de
esgoto, por receberem esgoto tratado pelas unidades de tratamento individual.
Na figura 3 é possivel ver o montade de pessoas sem acesso à rede coletora de esgoto.
Figura 3 - Número de pessoas sem acesso à rede coletora de esgoto, separado por Grandes Regiões – 2008.
Fonte: IBGE, 2008.
A principal solução adotada para suprir a falta desse serviço foi a implantação de tanques
sépticos, popularmente chamados de fossas sépticas, que apresentou aumento em relação
ao levantamento realizado em 2000. Esse tipo de solução, ainda que longe do desejável,
implicou na diminuição do lançamento dos esgotos em valas a céu aberto, fossas secas e
em corpos de água, o que suaviza os impactos ambientais decorrentes da falta de rede
coletora de esgoto (IBGE, 2008).
9
2.1.3 Saneamento em Santa Catarina
Segundo pesquisa realizada em 2008 pela Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e
Ambiental - ABES, Santa Catarina é o segundo colocado no ranking de pior Estado
brasileiro em matéria de saneamento básico com implantação de sistema urbano de coleta e
tratamento de esgoto. Apenas 12% da população urbana dispõe de saneamento adequado,
e somente 30 municípios do Estado têm rede coletora e tratamento de esgoto.
Já no que diz respeito à forma de tratamento, Santa Catarina ocupa a 11º posição por dispor
de tanques sépticos, segundo o IBGE (2008). Das 293 cidades, apenas 16% têm tratamento
adequado de esgoto.
A Figura 4 mostra o índice de atendimento total de esgoto referido aos municípios atendidos
com abastecimento de água na região Sul do Brasil.
Figura 4 – Índice de atendimento total de esgoto referido aos municípios atendidos com água.
Fonte: IBGE, 2008.
10
2.1.4 Saneamento em São João Batista
São João Batista, assim como a maioria das cidades brasileiras, não é atendida com
sistema de coleta e tratamento de esgotos. A maioria das residências utiliza o sistema de
tanque séptico seguido de sumidouro.
A Tabela 1 é um comparativo de indicadores de saneamento básico entre São João Batista
e Santa Catarina, a qual indica que a maioria das residências na cidade (58,8%) utiliza o
sistema de tanque séptico, sendo que em segundo lugar vêm as fossas rudimentares, com
16,6% das residências. As valas apresentam um índice grande: 11,3%.
Tabela 1 - Indicadores de saneamento básico no município de São João Batista, Estado de Santa Catarina.
Fonte: (SEBRAE, 2010 apud IBGE – Censo 2000).
A falta de saneamento básico é atualmente a causa de um dos maiores problemas
ambientais e de contaminação dos recursos hídricos. Segundo Kresse (apud VAN KAICK,
2002), o esgoto doméstico é responsável por 90% dos lançamentos que contaminam os
cursos d’ água.
Adotando-se as medidas de saneamento básico é possível garantir a população melhores
condições de saúde bem como a preservação do meio ambiente.
2.1.5 Programas de Incentivo ao Saneamento Básico
2.1.5.1 Programa de Despoluição de Bacias Hidrográficas
O Programa de Despoluição de Bacias Hidrográficas – PRODES, foi criado pela Agência
Nacional de Águas - ANA, em março de 2001, e é uma iniciativa que não financia obras ou
equipamentos, e sim, paga pelos resultados alcançados, ou seja, pelo esgoto efetivamento
tratado.
11
Também conhecido como “programa de compra de esgoto tratado”, o PRODES consiste
na concessão de estímulo financeiro pela União, na forma de pagamento pelo esgoto
tratado, à prestadores de serviço de saneamento que investirem na implantação e operação
de Estações de Tratamento de Esgotos (ETE), desde que cumpridas as condições previstas
em contrato. No período de 2001 até 2011 foram contratadas 55 ETEs, envolvendo um valor
total dos contratos de R$ 200,18 milhões, mas que tiveram investimentos para implantação
por parte dos prestadores de serviços de 720 milhões (ANA, 2011).
2.1.5.2 Programa de Aceleração do Crescimento
O Programa de Aceleração do Crescimento – PAC, é um programa do Governo Federal,
criado em 2007, que visa promover a retomada do planejamento e execução de grandes
obras de infraestrutura social, urbana, logística e energética do país, contribuindo assim
para o desenvolvimento acelerado e sustentável do Brasil. Em 2011, o PAC entrou na sua
segunda fase, com o mesmo pensamento estratégico, aprimorado pelos anos de
experiência da fase anterior, proporcionando mais recursos e mais parcerias com estados e
municípios para a execução de obras estruturantes visando melhorar a qualidade de vida
nas cidades brasileiras (PAC, 2013).
Dentre os eixos do PAC, as obras de saneamento estão inseridas no eixo Cidade Melhor.
Elas visam contribuir para melhoria da qualidade de vida e redução da morbi-mortalidade
por doenças de veiculação hídrica, mediante a construção, a ampliação e a estruturação de
serviços de coleta e tratamento de esgoto. São financiáveis as ações de implantação e
ligação domiciliar, rede coletora, interceptor, coletor tronco, poços de visita, estação
elevatória, emissário, Estação de Tratamento de Esgoto bem como o lançamento ao corpo
receptor (FUNASA, 2013).
O Ministério da Saúde, por meio da Fundação Nacional de Saúde – FUNASA, financia obras
que contemplem uma etapa útil por convênio como forma de beneficiar a população em
curto espaço de tempo. Quanto aos aspectos técnicos os projetos deverão atender ao
Manual de Apresentação de Projetos de Sistemas de Esgotamento Sanitário, da Funasa e
atender as normas da Associação Brasileira de Normas Técnicas - ABNT (MINISTÉRIO
DAS CIDADES, 2013).
2.2 ESGOTO SANITÁRIO
A Resolução CONAMA nº 430/11 define esgotos sanitários como uma denominação
genérica para despejos líquidos residenciais, comerciais, águas de infiltração na rede
coletora, os quais podem conter parcela de efluentes industriais e efluentes não domésticos.
12
Segundo Von Sperling (1996), o esgoto sanitário é formado por esgoto doméstico, águas
de infiltração e despejos industriais, sendo que:
• O esgoto doméstico é proveniente das residências, do comércio e das repartições
públicas. A taxa de retorno é de 80% da vazão da água distribuída;
• As águas de infiltração são as que penetram na rede coletora de esgoto através de
juntas defeituosas das tubulações, paredes de poços de visita, etc. A taxa de
infiltração depende muito das juntas das tubulações, do tipo de elementos de
inspeção, do tipo de solo e da posição do lençol freático. Os valores médios são de
0,3 a 0,5 L/s.km;
• Os despejos industriais são efluentes de indústrias que, devido às características
favoráveis, são admitidos na rede de esgoto. Os esgotos industriais ocorrem em
pontos específicos da rede coletora e suas características dependem da indústria.
Os esgotos sanitários provém principalmente de residências, edifícios comerciais,
instituições ou quaisquer edificações que contenham instalações de banheiros, lavanderias,
cozinhas, ou qualquer dispositivo de utilização de água para fins domésticos. Compõem-se
essencialmente de água de banho, urina, fezes, papel, restos de comida, sabão,
detergentes e águas de lavagem (JORDÃO & PESSOA, 2009).
O esgoto sanitário contém, aproximadamente, 99,9% de água. O restante, 0,1%, é a fração
que inclui sólidos orgânicos e inorgânicos, suspensos e dissolvidos, bem como os
microorganismos (VON SPERLING, 2005).
De acordo com a FUNASA, as principais características físicas dos esgotos sanitários são
(FUNASA, 2004):
• Temperatura: em geral, é pouco superior à das águas de abastecimento. A
velocidade de decomposição do esgoto é proporcional ao aumento da temperatura;
• Odores: são causados pelos gases formados no processo de decomposição; assim,
o odor de mofo, típico de esgoto fresco, é razoavelmente suportável, e o odor de ovo
podre, insuportável, é típico do esgoto velho ou séptico, em virtude da presença de
gás sulfídrico;
• Cor e turbidez: indicam de imediato o estado de decomposição do esgoto. A
tonalidade acinzentada acompanhada de alguma turbidez é típica do esgoto fresco e
a cor preta é típica do esgoto velho;
13
• Variação de vazão: depende dos costumes dos habitantes. A vazão doméstica do
esgoto é calculada em função do consumo médio diário de água de um indivíduo.
Estima-se que para cada 100 litros de água consumida, são lançados
aproximadamente 80 litros de esgoto na rede coletora, ou seja, 80%.
As principais características químicas dos esgotos, de acordo com a FUNASA (2004), são:
• Matéria orgânica: cerca de 70% dos sólidos no esgoto são de origem orgânica,
geralmente esses compostos orgânicos são uma combinação de carbono, hidrogênio
e oxigênio, e algumas vezes com nitrogênio;
• Matéria inorgânica: é formada principalmente pela presença de areia e de
substâncias minerais dissolvidas.
Segundo a FUNASA (2004), as principais características biológicas do esgoto são:
• Microorganismos: os principais são as bactérias, os fungos, os protozoários, os vírus
e as algas;
• Indicadores de poluição: são vários organismos cuja presença num corpo de água
indica uma forma qualquer de poluição. Para indicar a poluição de origem humana
adotam-se os organismos do grupo coliformes como indicadores. As bactérias
coliformes são típicas do intestino humano e de outros animais de sangue quente.
Estão presentes nas fezes humanas (100 a 400 bilhões de coliformes/hab.dia) e são
de simples determinação.
2.3 POLUIÇÃO
Poluição, do latim polluere, significa estragar, sujar, corromper (SOUZA, 2001).
Segundo a Companhia de Saneamento Básico de São Paulo – SABESP (2004), poluição é
tudo aquilo que altera negativamente qualquer meio, criando condições adversas e
prejudicando a saúde, a segurança e o bem estar das pessoas.
A poluição é um dos grandes problemas do mundo; refere-se à degradação do ambiente por
um ou mais fatores prejudiciais à saúde deste. Ela pode ser causada pela liberação de
matéria e também de energia (luz, calor, som): os chamados poluentes (FELLENBERG,
1980).
14
A poluição das águas e a falta de saneamento são as principais causas das doenças de
veiculação hídrica, que provocam milhares de mortes anualmente no mundo (SABESP,
2004).
São várias as fontes de poluição da água: fontes naturais, águas de áreas agrícolas, águas
servidas ou esgotos e outras fontes diversas. As fontes de poluição ditas naturais não têm
nenhuma ou quase nenhuma ligação com as atividades antropogênicas. Elas estão
relacionadas aos fenômenos naturais existentes na cadeia do ciclo de vida. São
provenientes da poluição atmosférica, através da chuva; dos minerais dissolvidos, através
dos minerais presentes no solo, onde estão as águas subterrâneas; da dissolução da
vegetação, floração aquática e escoamento superficial (JORDÃO & PESSOA, 2009).
Um dos objetivos da Política Nacional de Recursos Hídricos, estabelecidos pela Lei n°
9433/97, é assegurar à atual e às futuras gerações a necessária disponibilidade de água em
padrões de qualidade adequados aos respectivos usos. É direito, mas também dever de
todos nós que utilizamos água que a utilizemos de forma adequada, pois este é um dos
recursos mais importantes para a sobrevivência do ser humano.
A resolução CONAMA nº 357/2005 estabelece que os efluentes de qualquer fonte poluidora
somente poderão ser lançados direta ou indiretamente nos corpos de água após devido
tratamento. As estações de tratamento de esgoto desempenham o papel de transformar o
esgoto em água que possa voltar para o curso de água sem prejuízos para o meio.
2.3.1 Quantificação das Cargas Poluidoras
Von Sperling (2005), destaca que para avaliar o impacto da poluição e da eficácia das
medidas de controle, é necessária a quantificação das carga poluidoras afluentes ao corpo
d’água. Para tanto são necessarios levantamentos de campo na área em estudo,
amostragem dos poluentes , análises de laboratório, medição de vazão entre outros dados.
Se esses dados não existirem ou não estiverem disponíveis, devem ser utilizados dados de
literatura. A carga é expressa em termos de massa por unidade de tempo.
Para o cálculo da carga de esgoto gerada no loteamento foi utilizada a fórmula descrita por
Von Sperling (2005):
𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 (𝐾𝑔𝑑𝑖𝑎
) =População (𝑝𝑒𝑠)𝑥 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑝𝑒𝑟 𝑐𝑎𝑝𝑖𝑡𝑎 ( 𝑔
𝑝𝑒𝑠.𝑑𝑖𝑎)
1000 (𝑔/𝐾𝑔) (1)
15
2.4 TRATAMENTO DE ESGOTO
O tratamento de esgotos e efluentes, de acordo com Pimenta et al. (2002), consiste na
estabilização da matéria orgânica presente nos mesmos. Assim, o tratamento busca
transformar a matéria orgânica em inorgânica (mineralização e consequente redução de
DBO) e a remoção de microorganismos patogênicos. Muitas opções de tratamento se
baseiam em processos que ocorrem normalmente na natureza, denominados
autodepuração ou estabilização. A autodepuração de um corpo aquático consiste na
capacidade de receber e depurar, através de mecanismos naturais, certa quantidade de
matéria orgânica. Este processo inclui toda assimilação, decantação e digestão de
compostos estranhos, inclusive os metais.
Atualmente, existem inúmeros processos para o tratamento de esgoto, sendo individuais ou
combinados. Vários fatores irão influenciar na escolha das opções de tratamento, a decisão
pelo processo a ser empregado deve levar em consideração, principalmente, as condições
do curso de água receptor (estudo de autodepuração e os limites definidos pela legislação
ambiental) e a característica do esgoto bruto gerado. É necessário certificar-se da eficiência
de cada processo unitário e de seu custo, além da disponibilidade de área (IMHOFF &
IMHOFF, 1998).
2.4.1 Processos de Tratamento dos Esgotos
2.4.1.1 Processos Físicos
Segundo Bassoi (2007), o tratamento por processos físicos é assim chamado pelos eventos
físicos que ocorrem na remoção ou transformação de poluentes nos esgotos. Os processos
físicos são utilizados basicamente para separar sólidos grosseiros em suspensão, sólidos
sedimentáveis, sólidos flutuantes e areia, mas também podem ser utilizados para equalizar
e homogeneizar um efluente.
Os sólidos grosseiros que podem ser removidos por processos físicos são considerados de
fácil retenção e remoção; eles devem ser removidos para a proteção dos dispositivos de
transporte e tratamento dos esgotos, visto que podem entupir e danificar esses dispositivos
(JORDÃO & PESSOA, 2009).
Os esgotos contêm uma grande quantidade de óleos, gorduras, ceras, provenientes de
restos de comida como margarina, óleos vegetais, gordura de carne, entre outros. É
importante a remoção desses poluentes para evitar a obstrução dos coletores, aderência
nas peças e acúmulo nas unidades de tratamento, provocando odores e, ainda aspectos
desagradáveis nos corpos receptores (JORDÃO & PESSOA, 2009).
16
A areia contida nos esgotos é na maioria das vezes constituída de material mineral. Deve
ser removida para evitar a abrasão nos equipamentos e tubulações, reduzir a possibilidade
de obstrução nos dispositivos da estação de tratamento e facilitar o manuseio e transporte
das fases líquidas e sólidas (JORDÃO & PESSOA, 2009).
De acordo com Imhoff & Imhoff (1998), a remoção de sólidos grosseiros em suspensão
pode ser feita com crivos, grades, peneiras e desintegradores; a remoção de sólidos
sedimentáveis com caixas de areia, centrifugadores e decantadores; e a remoção de óleos,
graxas e sólidos flutuantes com tanque de retenção de gordura.
Gradeamento, sedimentação e filtração são exemplos de tratamento por processos físicos.
2.4.1.2 Processos Químicos
Segundo Jordão & Pessoa (2009), os processos químicos são aqueles onde a utilização de
produtos químicos é necessária para aumentar a eficiência de remoção de um elemento ou
substância, modificar seu estado ou estrutura, ou simplesmente alterar suas características
químicas. Quase sempre são utilizados conjugados a processos físicos e algumas vezes a
processos biológicos.
De acordo com Guimarães & Nour (2001) os processos químicos mais utilizados no
tratamento de esgoto são: coagulação, floculação, precipitação química e oxidação química.
2.4.1.3 Processos Biológicos
Segundo Jordão & Pessoa (2009), os principais processos biológicos de tratamento são
oxidação biológica anaeróbia e aeróbia e digestão do lodo.
O tratamento de esgoto por processos biológicos depende da ação de microorganismos
presentes no esgoto, como as bactérias, os fungos, os protozoários, os vírus, as algas e os
grupos de animais e plantas. As bactérias representam o grupo de organismos mais
importante no processo de tratamento do esgoto; elas são responsáveis pela decomposição
e estabilização da matéria orgânica presente (JORDÃO & PESSOA, 2009).
De acordo com Jordão & Pessoa (2009), no processo de oxidação biológica, os
microorganismos decompõem a matéria orgânica contida no esgoto ou no lodo e
transformam substâncias complexas em produtos finais simples.
Nos processos aeróbios de tratamento são empregados microorganismos que utilizam o
oxigênio molecular, O2, para a sua alimentação e, consequentemente, a decomposição da
matéria orgânica presente no esgoto. Normalmente há um consórcio de microorganismos
17
atuando conjuntamente nos processos de estabilização da matéria orgânica. A
microfauna é composta por protozoários, fungos, leveduras, micrometazoários e bactérias
(GUIMARÃES & NOUR, 2001).
Há uma grande variedade de sistemas aeróbios de tratamento de águas residuais; as mais
empregadas são lagoas facultativas, lagoas aeradas, filtros biológicos aeróbios, valos de
oxidação, disposição controlada no solo e lodo ativado enfatiza Guimarães & Nour (2001).
Nos processos anaeróbios de tratamento são empregados microorganismos que degradam
a matéria orgânica presente no efluente, na ausência de oxigênio molecular. Nesse tipo de
processo, a grande maioria de microorganismos que compõem a microfauna também é de
bactérias, basicamente as acidogênicas e as metanogênicas. Como sistemas convencionais
anaeróbios, os mais utilizados são os digestores de lodo, tanques sépticos e lagoas
anaeróbias. Entre os sistemas de alta taxa, ou seja, aqueles que operam com alta carga
orgânica, destacam-se os filtros anaeróbios, reatores de manta de lodo, reatores
compartimentados e reatores de leito expandido ou fluidificado (GUIMARÃES & NOUR,
2001).
Assim, os processos biológicos de tratamento buscam reproduzir, em dispositivos
projetados, os fenômenos biológicos que estão presentes na natureza, condicionando-os em
área e tempo economicamente viáveis, consideram Jordão & Pessoa (2009).
2.4.2 Níveis de Tratamento
Jordão & Pessoa (2009) classificam as instalações de tratamento de esgoto em função do
grau de redução dos sólidos em suspensão e da demanda bioquímica ou química de
oxigênio proveniente da eficiência de uma ou mais unidades de tratamento. Com isto as
unidades de tratamento podem ser em nível preliminar, primário, secundário e terciário.
2.4.2.1 Tratamento Prelimiar
O tratamento preliminar, ou pré-tratamento, é a primeira etapa no processo de remoção das
impurezas da água; ele visa à remoção, por ação física, do material grosseiro, das partículas
em suspensão e da gordura presente no esgoto, com a finalidade de proteção dos
dispositivos de transporte dos esgotos, unidades de tratamento subsequentes e proteção
dos corpos receptores (VON SPERLING, 2005).
2.4.2.2 Tratamento Primário
O tratamento primário deve remover a matéria orgânica em suspensão; e a DBO –
Demanda Bioquímica de Oxigênio é removida parcialmente. Os processos de tratamento
18
primário são a decantação primária ou simples, precipitação química com baixa eficiência,
flotação e neutralização (NUNES, 2001).
Os tanques sépticos são também uma forma de tratamento de nível primário, onde os
sólidos sedimentáveis são removidos para o fundo, permanecendo um longo tempo
(algumas vezes), suficiente para sua estabilização (VON SPERLING, COSTA, & CASTRO,
1995).
2.4.2.3 Tratamento Secundário
Segundo Jordão & Pessoa (2009), nessa etapa ocorre principalmente remoção, por
processos biológicos, de sólidos e de matéria orgânica não sedimentável e, eventualmente,
nutrientes como nitrogênio e fósforo.
Basicamente, são reproduzidos os fenômenos naturais de estabilização da matéria orgânica
que ocorrem no corpo receptor, sendo que a diferença está na maior velocidade do
processo, na necessidade de utilização de uma área menor e na evolução do tratamento em
condições controladas.
O tratamento pode ocorrer por meio de reações bioquímicas e os processos podem ser
aeróbios ou anaeróbios. Os processos aeróbios simulam o processo natural de
decomposição, com eficiência no tratamento de partículas finas em suspensão. O oxigênio é
obtido por aeração mecânica (agitação) ou por insuflação de ar. Já os anaeróbios consistem
na estabilização de resíduos feita pela ação de microorganismos, na ausência de ar ou
oxigênio elementar (SILVA & CARVALHO, 2007).
De acordo com Von Sperling (1996), após as fases primária e secundária, a eliminação de
DBO deve alcançar 90%, dependendo do processo de tratamento.
2.4.2.4 Tratamento Terciário
No tratamento terciário ocorre a remoção de organismos patogênicos, remoção de
nutrientes, remoção de poluentes tóxicos ou não biodegradáveis ou eliminação adicional de
poluentes não degradados na fase secundária. Para a remoção desses poluentes pode-se
citar as seguintes etapas: filtração, cloração ou ozonização para a remoção de bactérias,
absorção por carvão ativado, e outros processos de absorção química para a remoção de
cor, redução de espuma e de sólidos inorgânicos tais como eletrodiálise, osmose reversa e
troca iônica (JORDÃO & PESSOA, 2009).
Para o lançamento final do esgoto no corpo receptor às vezes é necessário proceder a
desinfecção das águas residuais tratadas para a remoção dos organismos patogênicos ou,
19
em casos especiais, a remoção de determinados nutrientes, como o nitrogênio e o
fósforo, que podem acentuar, isoladamente ou em conjunto, a eutrofização das águas
receptoras (MELLO, 2007).
2.4.3 Unidades ou Operações Unitárias
As principais unidades ou operações unitárias aplicados ao tratamento dos esgotos
sanitários são as seguintes:
- Medição da vazão: é determinação da vazão na entrada da ETE com o objetivo de
conhecer a vazão de tratamento bem como de dosar os produtos químicos adequadamente.
Utiliza-se mais comumente vertedor ou Calha Parshall (ANDRADE NETO, 1997).
- Gradeamento: é a operação pela qual o material flutuante e a matéria em suspensão que
for maior que as aberturas da grade são retidos e removidos (JORDÃO & PESSOA, 2009).
- Desarenação: consiste na remoção da areia por sedimentação. Os grãos de areia, devido
às suas maiores dimensões e densidade, vão para o fundo do tanque, enquanto a matéria
orgânica, de sedimentação bem mais lenta, permanece em suspensão (SILVA &
CARVALHO, 2007).
- Homogeneização de Vazão: ocorre nos tanques de equalização e consiste em transformar
as vazões variáveis em vazões constantes de modo a melhorar a eficiência dos processos
posteriores (AZEVEDO NETTO, 1998).
- Floculação: é o processo físico que ocorre logo em seguida à coagulação e se baseia na
ocorrência de choques entre as partículas formadas anteriormente, de modo a produzir
outras de muito maior volume e densidade, agora chamadas de flocos. Esses flocos, que
são as impurezas que se deseja remover, podem ser separados do meio aquoso por meio
de sedimentação (VON SPERLING, 1996).
- Sedimentação: é operação pela qual a capacidade de carreamento e de erosão da água é
diminuída, até que as partículas em suspensão sedimentem pela ação da gravidade e não
possam mais ser relevantadas pela ação das correntes (JORDAO & PESSOA, 2009).
- Decanto-digestor: é um tanque simples ou compartimentado utilizado para reter, por
decantação, sólidos contidos nos esgotos, propiciando a decomposição dos sólidos
orgânicos decantados no seu interior, através da digestão anaeróbia, onde ocorre um
acúmulo temporário dos resíduos que são, posteriormente, removidos em períodos de
meses ou anos (CAMPOS, 1999).
20
- Oxidação Biológica: é o mecanismo pelo qual os microorganismos decompõem a
matéria orgânica presente nos esgotos, e transformam substâncias complexas em produtos
finais simples (JORDÃO & PESSOA, 2009).
- Flotação: é a operação responsável pela remoção dos sólidos menos densos que a água,
que sobem até a superfície líquida (VON SPERLING, 1996).
- Desinfecção: é operação em que os organismos vivos infecciosos são em potencial são
inativados (JORDÃO & PESSOA, 2009).
- Lodos Ativados: é o processo biológico onde o esgoto afluente, na presença de oxigênio
dissolvido, agitação mecânica e pelo crescimento e atuação de microorganismos
específicos, forma flocos denominados lodo ativado ou lodo biológico (VON SPERLING,
1997).
- Valos de Oxidação: são unidades compactas de tratamento por meio de aeração
prolongada, composto pelos seguintes componentes: dispositivo de entrada, tanque de
aeração, rotor de aeração e dispositivo de saída. O esgoto submetido ao processo de
aeração promove um crescimento do lodo (flocos biológicos) e reduz a DBO (JORDÃO &
PESSOA, 2009).
- Biodiscos: consiste na disposição de uma série de discos considerados meio-suporte que
giram vagarosamente, onde a biomassa cresce aderida; são ligeiramente espaçados e
montados num eixo horizontal (KAWANO, M.,& HANDA, R. M, 2008).
- Reator anaeróbio de manta de lodo: a biomassa que cresce no meio, pode formar
pequenos grânulos que auxiliam no aumento da eficiência do tratamento. O volume
requerido é bastante reduzido, o fluxo do líquido é ascendente e os gases (metano e gás
carbônico) são coletados na parte superior, de acordo com Chernicharo (1997).
- Filtração Biológica: consiste na passagem do esgoto através de um meio filtrante
permeável onde os microorganismos são afixados, através do qual o líquido é percolado,
sendo o tratamento integralmente biológico (JORDÃO & PESSOA, 2009).
- Lagoas Aeradas: a aeração é mecanizada no fornecimento de oxigênio às bactérias, com
diferença de que não ocorre a recirculação como nos lodos ativados. A aeração é a máxima
possível (JORDÃO & PESSOA, 2009).
21
- Lagoas Anaeróbias: o tratamento acontece na ausência de oxigênio. São usadas com
grande vantagem para o pré-tratamento de águas residuárias, com grande concentração de
carga orgânica e alto teor de sólidos (CAMPOS, 1999).
- Lagoas Facultativas: se caracteriza por possuir zonas aeróbias e anaeróbias, sendo
aeróbias nas camadas superiores próximas à superfície das águas, enquanto que nas
camadas próximas ao fundo da lagoa ocorrem condições anaeróbias (JORDÃO & PESSOA,
2009).
- Lagoa de Maturação: é geralmente usada como o último estágio de tratamento após as
lagoas facultativas. Sua função principal é a destruição de organismos patogênicos ou a
remoção do excesso de nutrientes. As condições são predominantemente aeróbias (VON
SPERLING, 2005).
2.5 SISTEMA DE TRATAMENTO DE ESGOTO
2.5.1 Sistemas Individuais
São sistemas adotados para atendimento unifamiliar. Consistem usualmente no lançamento
dos esgotos domésticos gerados em uma unidade habitacional em tanque séptico seguido
de dispositivo de infiltração no solo (sumidouro, irrigação sub-superficial) (MONTEIRO
JUNIOR et al., 2011).
2.5.1.1 Tanque Séptico
Os tanques sépticos são unidades de tratamento primário de esgoto doméstico, destinadas
a receber a contribuição de um ou mais domicílios e com capacidade de dar ao esgoto um
tratamento de acordo com a sua simplicidade e custo. No tanque séptico ocorre a separação
e a transformação físico-química da matéria sólida contida no esgoto, a sedimentação dos
sólidos e a retenção do material graxo, transformando-os em substâncias simples e estáveis
(JORDÃO & PESSOA, 2009).
O esgoto deve ser lançado em um tanque e, uma vez feito isso, bactérias anaeróbias agem
sobre a parte sólida do esgoto, decompondo-o. Esta decomposição é importante, pois torna
o esgoto residual com menor quantidade de matéria orgânica (ABNT, 1997).
Esse tipo de unidade consiste em um tanque enterrado, que recebe os esgotos, retém a
parte sólida e inicia o processo biológico de purificação da parte líquida (efluente). Também
deve ficar num nível mais baixo do terreno e longe de poços, cisternas ou de qualquer outra
22
fonte de captação de água para evitar contaminações, no caso de eventual vazamento. O
tamanho do tanque séptico depende do número de usuários.
As etapas do tratamento no tanque séptico, de acordo com Mello (2007), são as seguintes:
• Os sólidos sedimentáveis presentes no esgoto vão ao fundo do tanque, passando a
constituir uma camada de lodo;
• Os óleos e graxas e outros materiais mais leves presentes no esgoto sobem até a
superfície do tanque, formando uma camada de escuma;
• O esgoto, livre dos materiais sedimentáveis e flutuantes, flui entre as camadas de
lodo e de escuma, deixando o tanque séptico em sua extremidade oposta, de onde é
encaminhado a uma unidade de pós-tratamento ou de disposição final;
• O material orgânico retido no fundo do tanque sofre uma decomposição facultativa e
anaeróbia, sendo convertido em compostos mais estáveis, como gás carbônico,
metano e sulfeto. Embora o sulfeto seja produzido nos tanques sépticos, problemas
de odor não são usualmente observados, uma vez que este se combina com metais
acumulados no lodo, vindo a formar sulfetos metálicos insolúveis;
• A decomposição anaeróbia proporciona uma redução contínua do volume de lodo
depositado no fundo do tanque, mas há sempre uma acumulação ao longo dos
meses de operação do tanque séptico. Como consequência, a acumulação de lodo e
de escuma leva a uma redução do volume útil do tanque, demandando a remoção
periódica desses materiais.
A eficiência do tratamento em relação à remoção da DBO pode variar entre 30 a 50%, a
remoção de sólidos suspensos entre 20 a 90% e a remoção de óleos e graxas entre 70 a
90%, de acordo com Von Sperling (1996).
Os tanques sépticos tem a finalidade de impedir a poluição de mananciais destinados ao
abastecimento doméstico, não alterar a vida das populações aquáticas, não prejudicar a
balneabilidade de praias e outros locais e não ocasionar a poluição de águas subterrâneas
(JORDÃO & PESSOA, 2009).
2.5.1.1.1 Dimensionamento
O dimensionamento do tanque séptico deve atender a disposição da Norma Brasileira NBR
7229:1993. O tanque séptico pode possuir uma única câmara, câmaras em série, ou
câmaras sobrepostas. Além disso, sua seção transversal pode ser retangular ou circular. De
acordo com a NBR 7229:1993, o tanque séptico deve respeitar as seguintes medidas:
• No caso de seção circular, o diâmetro mínimo deve ser de 1,10 m;
23
• Em seções retangulares, a largura interna mínima deve ser de 0,80 m;
• A relação comprimento/largura para tanques prismáticos retangulares será no
mínimo 2:1 e no máximo 4:1;
• A profundidade útil mínima e máxima é determinada por faixa de volume da seguinte
forma:
o Até 6,0 m³: 1,20 m ≤ Putil ≤ 2,20 m
o De 6,0 m³ à 10,0 m³ : 1,50 m ≤ Putil ≤ 2,50 m
o Mais do que 10,0 m³: 1,80 ≤ Putil ≤ 2,80 m
O volume do tanque séptico deve ser calculado pela seguinte fórmula:
𝑽 = 𝟏𝟎𝟎𝟎 + 𝑵 𝒙 (𝑪 𝒙 𝑻 + 𝑲 𝒙 𝑳𝒇) (2) Onde,
V = volume calculado, em L;
N = número de pessoas;
C = contribuição de despejos, em L/pessoa x dia;
T = período de detenção de despejos, em dias;
K = taxa de acumulação de lodo digerido, em dias, equivalente ao tempo de acumulação de
lodo fresco;
Lf = contribuição de lodo fresco, em L/pessoa x dia.
a) Volume calculado: é o espaço interno mínimo necessário ao correto funcionamento
do tanque séptico, correspondente à somatória dos volumes destinados à digestão,
decantação e armazenamento da escuma.
b) Número de pessoas a serem atendidas: é o número de pessoas que habitam o local.
Entretanto, há possibilidade de variação do número de ocupantes em qualquer
residência. Em virtude disso, a NBR 7229:1993 adotou os seguintes padrões:
i) 2 pessoas por quarto, exceto quarto de empregada;
ii) 1 pessoa por dependência destinada à empregada doméstica.
c) Contribuição de despejos: é a contribuição diária, por habitante, de esgoto. Está
relacionada com o padrão da edificação. A norma NBR 7229:1993 sugere os
seguintes padrões, conforme a Tabela 2:
d) Contribuição de lodo fresco: representa a contribuição de lodo fresco por pessoa em
um dia. A NBR 7229:1993 especifica os valores apresentados na Tabela 2.
Tabela 2 - Contribuição diária de esgoto (C) e de lodo fresco (Lf) por tipo de prédio e de ocupantes.
Prédio Unidade Contribuição de Esgotos
(C) Lodo fresco
(Lf)
24
Prédio Unidade Contribuição de Esgotos
(C) Lodo fresco
(Lf)
Residência padrão alto Pessoa 160 1,0 Ocupantes Residência padrão médio Pessoa 130 1,0
Permanentes
Residência padrão baixo Pessoa 100 1,0
Hotel (exceto lavanderia e cozinha)
Pessoa 100 1,0
Alojamento provisório Pessoa 80 1,0
Fábrica em geral Pessoa 70 0,30
Ocupantes Escritório Pessoa 50 0,20
temporários Edifícios públicos ou
Pessoa 50 0,20
Escolas (externatos) e locais de l ê i
Pessoa 50 0,20
Bares Pessoa 6 0,10
Restaurantes e similares Refeições 25 0,10
Cinemas, teatros e locais de curta permanência
Lugar 2 0,02
Sanitários públicos* Bacia sanitária
480 4,0
*Apenas de acesso aberto ao público (estação rodoviária, ferroviária, logradouro público, estádio
esportivo, etc.).
Fonte: NBR 7229:1993
e) Período de detenção de despejos: é o período em que o esgoto fica retido no tanque
séptico. Ele varia de acordo com o volume de contribuição diária de despejos,
conforme a Tabela 3.
f) Taxa de acumulação total de lodo digerido: representa a taxa de acumulação de lodo
em dias e está relacionada com o intervalo de limpeza do tanque séptico e com a
média da temperatura ambiente do mês mais frio, onde o tanque opera. A NBR
7229:1993 especifica os valores apresentados na Tabela 4.
Tabela 3 - Período de detenção de despejos, por faixa de contribuição diária.
Contribuição Diária Tempo de Detenção - T
( l ) Dias Horas
Até 1500 1,00 24
De 1501 à 3000 0,92 22
25
Contribuição Diária Tempo de Detenção - T
( l ) Dias Horas
De 3001 à 4500 0,83 20
De 4501 à 6000 0,75 18
De 6001 à 7500 0,67 16
De 7501 à 9000 0,58 14
Mais de 9000 0,50 12
Fonte: NBR 7229:1993
Tabela 4 - Taxa de acumulação total de lodo (K), em dias, por intervalo entre limpezas e temperatura do mês mais frio.
Intervalo entre Valores de K por faixa de temperatura ambiente (t), em ͦC
limpezas (anos) t ≤ 10 10 ≤t ≤ 20 t ≥ 20
1 94 65 57
2 134 105 97
3 174 145 137
4 214 185 177
5 254 225 217
Fonte: NBR 7229:1993
Seguindo as recomendações da NBR 7229:1993, deve-se estar atento a algumas
informações:
• Respeitar distâncias mínimas de 1,5 metros de construções, limites do terreno, ramal
predial de água e sumidouro;
• Respeitar distâncias mínimas de 3 metros de árvores e demais pontos de rede
pública de água;
• Respeitar as distâncias mínimas de 15 metros de poços freáticos e corpos de água
(superficiais);
• O tanque séptico deve ser construído de forma que possua resistências mecânicas,
e química, e seja impermeável;
• As tubulações de entrada e saída deverão possuir formato de “T”, sendo que a
tubulação de saída deverá estar imersa em um terço da altura útil do tanque. A
tubulação de entrada estará imersa 5 centímetros a menos que a tubulação de
saída. No caso do uso de chicanas em placas de concreto armado, devem estar
afastadas 25 cm da parede do tanque.
26
2.5.1.2 Filtro Anaeróbio
Os filtros anaeróbios consistem em um tanque contendo material de enchimento, pedras
britadas ou outro material inerte, que forma um leito fixo, alimentado com esgoto ou efluente
de outra unidade de tratamento. Na superfície do material de enchimento ocorre a fixação e
o desenvolvimento de microorganismos, que se agrupam na forma de flocos ou grânulos,
nos interstícios deste material. O fluxo através do meio filtrante, e do lodo ativo, é que
confere alta eficiência aos filtros anaeróbios (ANDRADE NETO, 2006).
O filtro anaeróbio, de acordo com Campos (1999), é um conjunto de partes imóveis de
material inerte coberto de microorganismos e com espaços vazios que podem ser
parcialmente ocupados por lodo ativo na forma de flocos e grânulos, por meio do qual
percola esgoto em fluxo ascendente, descendente ou horizontal.
Embora os filtros anaeróbios possam ser utilizados como unidades principais de tratamento
dos esgotos, são mais adequados para pós-tratamento. Prestam-se para pós-tratamento de
outras unidades anaeróbias, conferindo elevadas segurança operacional e maior
estabilidade ao efluente (CAMPOS, 1999).
O meio filtrante nos filtros anaeróbios, aplicados ao tratamento de esgoto, é o próprio lodo
que adere ao meio suporte e que se acumula nos interstícios. As principais finalidades do
material de enchimento, de acordo com Andrade Neto (2006), são:
a) facilitar a agregação de microorganismos;
b) dificultar a perda de sólidos biológicos e propiciar o acúmulo de grande quantidade
de lodo ativo;
c) ajudar a distribuir uniformemente o fluxo no reator.
Podem ser utilizados vários materiais para enchimento dos filtros; deve-se se preferir
materiais inertes, resistentes e leves, que facilitem a distribuição do fluxo e dificultem a
obstrução (ANDRADE NETO, 2006).
O material filtrante para filtro anaeróbio, segundo a NBR 13.969:1997, deve ser especificado
como a seguir:
a) brita, peças de plástico (em anéis ou estruturados) ou outros materiais resistentes ao
meio agressivo. No caso de brita, utilizar a nº 4 ou nº 5, com as dimensões mais uniformes
possíveis. Não deve ser permitida a mistura de pedras com dimensões distintas, a não ser
em camadas separadas, para não causar a obstrução precoce do filtro;
27
b) a área específica do material filtrante não deve ser considerada como parâmetro na
escolha do material filtrante.
O dimensionamento do filtro anaeróbio deve atender a disposição da Norma Brasileira NBR
13969:1997. O filtro anaeróbio deve possuir volume útil mínimo do leito filtrante de 1.000
litros, a altura do leito filtrante deve ser limitada a 1,20 m, já incluindo o fundo falso, sendo
que o fundo falso deve ter 0,60 m (ABNT, 1997).
2.5.1.2.1 Dimensionamento
Para efeitos de cálculo, o dimensionamento do filtro anaeróbio deve ser feito de acordo com
a NBR 13969:1997, pela seguinte fórmula:
𝑉 = 1,6 𝑥 𝑁 𝑥 𝐶 𝑥 𝑇 (3)
Onde,
V = volume calculado, em L;
N = número de pessoas;
C = contribuição de despejos, em L/pessoa x dia (Tabela 5);
T = período de detenção de despejos, em dias (Tabela 6).
Tabela 5 - Contribuição diária de despejos e de carga orgânica por tipo de prédio e de ocupantes.
Prédio Unidade Contribuição de esgotos
(L/d)
Contribuição de carga orgânica
(g DBO5,20/d)
Ocupantes
permanentes
Residência padrão alto Pessoa 160 50
Residência padrão médio Pessoa 130 45
Residência padrão baixo Pessoa 100 40
Hotel (exceto lavanderia e cozinha)
Pessoa 100 30
Alojamento provisório Pessoa 80 30
Ocupantes
temporários
Fábrica em geral Pessoa 70 25
Escritório Pessoa 50 25
Edifícios públicos ou comerciais
Pessoa 50 25
Escolas (externatos) e locais de longa permanência
Pessoa 50 20
Bares Pessoa 6 6
Restaurantes e similares Pessoa 25 25
28
Prédio Unidade Contribuição de esgotos
(L/d)
Contribuição de carga orgânica
(g DBO5,20/d) Cinemas, teatros e locais de outra permanência
Lugar 2 1
Sanitários públicos* Bacia sanitária
120 120
Fonte: NBR 13969:1997
Tabela 6 - Tempo de detenção hidráulica (T), por faixa de vazão e temperatura do esgoto.
Vazão (L/dia) Temperatura média do mês mais frio
Abaixo de 15oC Entre 15oC e 25oC Maior que 25oC
Até 1500 1,17 1,0 0,92
De 1501 a 3000 1,08 0,92 0,83
De 3001 a 4500 1,00 0,83 0,75
De 4501 a 6000 0,92 0,75 0,67
De 6001 a 7500 0,83 0,67 0,58
De 7501 a 9000 0,75 0,58 0,50
Acima de 9000 0,75 0,50 0,50
Fonte: NBR 13969:1997
2.5.1.3 Aplicação do Sistema Tanque Séptico – Filtro Anaeróbio
Von Sperling (1996) destaca que o sistema de tanque séptico seguido de filtro anaeróbio,
como mostra a Figura 5, vem sendo amplamente utilizado para comunidades de pequeno
porte. O tanque séptico remove a maior parte dos sólidos em suspensão e a matéria
orgânica afluente do tanque se dirige ao filtro anaeróbio, onde ocorre a sua remoção, em
condições anaeróbias. A eficiência do sistema tanque séptico – filtro anaeróbio é
usualmente inferior à dos processos aeróbios, embora seja suficiente na maior parte das
situações.
29
Figura 5 - Esquema de um sistema tanque séptico seguido por filtro anaeróbio
Fonte: TS-FA, 2010.
Segundo Andrade Neto (1997), o tanque séptico é responsável pela maior parcela de
remoção de DBO e sólidos sedimentáveis no sistema tanque séptico – filtro anaeróbio. O
filtro anaeróbio é uma unidade de polimento. A eficiência dos filtros na remoção de carga
orgânica e sólidos está associada à atividade biológica, fortemente influenciada pela
temperatura e, principalmente, à duas variáveis de projeto: tempo de detenção celular ou
tempo de retenção de sólidos biológicos no interior do filtro, e tempo de detenção hidráulica.
2.5.2 Sistemas Coletivos
Pereira & Silva (2010) destacam que o crescimento populacional e a redução de áreas livres
nas habitações dificultam a utilização de sistemas individuais de tratamento de esgoto,
caracterizando os sistemas de esgotamento sanitario coletivos mais adequados. Esse
sistema é constituido pelas unidades de coleta, elevação tratamento e destino final.
Os sistemas coletivos de tratamento de esgoto são sistemas geralmente dimensionados
para um número razoavelmente grande de contribuintes, como em loteamentos,
condomínios ou até mesmo bairros. Uma das grandes vantagens desse sistema é a
eliminação de estações elevatórias.
Quando a coleta, o tratamento e a descarga (ou reuso) de efluentes acontecem próximo ao
local onde foram gerados, o sistema de tratamento é chamado descentralizado.
A expressão “saneamento descentralizado” está associada à idéia de diversidade e se
contrapõe às idéias de centralismo, que correspondem a concepções monoculturais. O
tratamento de esgotos por sistemas descentralizados devem dar enfoque ao conceito de
30
desenvolvimento sustentável, na medida em que promovem concepções locais, mais
próximas das pessoas e integradas aos ecossistemas e suas leis. Desse modo, promove-se
a participação da sociedade e, também, a produção de conhecimento (LETINGA, 2001,
apud SAMUEL, 2011).
Os sistemas coletivos descentralizados facilitam a implantação dos sistemas de tratamento
de esgoto em comunidades. Wilderer e Schreff (apud PHILIPPI & SEZERINO, 2004),
apontam três grandes vantagens para os sistemas: redução do transporte dos esgotos, o
que implica na provável eliminação de elevatórias e reservatórios de estocagem; geração de
grandes oportunidades de reutilização local dos efluentes e de recarga de aquíferos; e
problemas numa unidade simples não causam colapso em todo o sistema.
Será proposto no presente estudo as seguintes unidades de tratamento coletivo e
descentralizado de esgotos: decanto-digestor seguido de filtro biológico, decanto-digestor
seguido de wetlands, uma unidade de lodos ativados e, ainda, um reator anaeróbio de fluxo
ascendente.
2.5.2.1 Decanto-Digestor
Decanto-digestores são, basicamente, tanques simples ou divididos em compartimentos
horizontais (câmaras em série) ou verticais (câmaras sobrepostas), utilizadas com o objetivo
de reter por decantação os sólidos contidos nos esgotos, propiciar a decomposição dos
sólidos orgânicos decantados no seu próprio interior e acumular temporariamente os
resíduos, com volume reduzido pela digestão anaeróbia, até que sejam removidos em
períodos de meses ou anos (CAMPOS, 1999).
Os decanto-digestores podem ser utilizados para o tratamento de esgoto de residências
como também de pequenas aglomerações e até mesmo cidades. São reatores biológicos
anaeróbios, onde ocorrem reações químicas com a interferência de microorganismos, os
quais participam ativamente no decréscimo da matéria orgânica. Nesses tanques, o esgoto
é tratado na ausência de oxigênio livre (ambiente anaeróbio), ocorrendo a formação de uma
biomassa anaeróbia (lodo anaeróbio) e formação do biogás, que é composto principalmente
de metano e gás carbônico. Sua principal limitação, comparando outros reatores
anaeróbios, é a baixa eficiência na remoção da matéria orgânica dissolvida, mesmo com o
tempo de detenção hidráulica maior (CAMPOS, 1999).
Campos (1999) destaca que decantação, sedimentação e flotação dos sólidos dos esgotos,
e desagregação e digestão dos sólidos sedimentáveis e do material flutuante são,
respectivamente, as funções dos decanto-digestores nas suas várias configurações.
31
Podem ser construídos em câmaras simples ou divididas em compartimentos verticais ou
horizontais. Podem ter forma retangular ou cilíndrica, e são dotados de aberturas para
entrada do esgoto e saída do efluente tratado.
2.5.2.1.1 Dimensionamento
Tendo em vista as semelhanças para o dimensionamento entre o decanto-digestor e o
tanque séptico, seguem-se as mesmas especificações, conforme a NBR 7229:1993, já
vistas no item 2.5.1.1.1.
2.5.2.2 Filtro Biológico
No filtro biológico aeróbico, o esgoto é aplicado continuamente sobre a superfície filtrante e
percola entre um meio suporte, comumente pedras. A DBO é estabilizada aerobicamente
por bactérias que crescem aderidas ao meio suporte O líquido percola pelo tanque, saindo
pelo fundo, ao passo que a matéria orgânica fica retida pelas bactérias. Os espaços livres
são vazios, o que permite a circulação de ar (KAWANO & HANDA, 2008). Os organismos
predominantes no processo são bactérias aeróbias e anaeróbias, fungos, algas,
protozoários, larvas e insetos.
O filtro biológico anaeróbico, objeto do presente estudo, caracteriza-se por ser uma
configuração de reator no interior do qual se preenche parte do seu volume com material de
enchimento inerte, que permanece estacionário, e onde se forma a manta de lodo biológico
fixo, uma vez que aí se desenvolve uma biomassa aderida. O material de enchimento serve
como suporte para os microorganismos, que formam películas ou biofilmes na sua
superfície, propiciando alta retenção de biomassa no reator. Portanto, o filtro anaeróbio é
tipicamente um reator com imobilização de biomassa por aderência em meio suporte fixo,
que se mantém estacionário.
2.5.2.2.1 Dimensionamento
O filtro biológico anaeróbio pode ser dimensionado de acordo com a NBR 13969:1997,
conforme já apresentado no item 2.5.1.2.1.
2.5.2.3 Wetlands
Wetlands, cuja tradução pode ser “terras molhadas”, são frequentemente encontrados na
literatura como brejos, banhados, zona de raízes, terras úmidas, leitos cultivados ou leitos
hidropônicos de areia. Eles são ecossistemas que passam a maior parte do tempo cobertos
por água.
32
Tem-se observado que os wetlands naturais tem a capacidade de alterar a qualidade das
águas que por elas passam, através de diferentes mecanismos: físicos, químicos e
biológicos. Por esse motivo, tem se buscado introduzir wetlands artificiais como forma de
tratamento de água, os quais são denominados wetlands construídos
(LAUTENSCHALAGER, 2001).
A utilização de plantas aquáticas no tratamento de esgotos sanitários é uma técnica bem
antiga, utilizada pelos Astecas (PHILIPPI & SEZERINO, 2004). Wetland construído é um
sistema artificialmente projetado para utilizar plantas aquáticas (macrófitas) em substratos
(como areia, solo ou cascalho), onde ocorre a proliferação de biofilmes que agregam
populações variadas de microorganismos, que através de processos biológicos, químicos e
físicos, tratam os esgotos (SOUSA, VAN HAANDEL, COSENTINO, & GUIMARÃES, 2000).
O sistema de tratamento de esgoto por zona de raízes é um sistema físico-biológico, com
parte do filtro constituído de plantas. O esgoto bruto é lançado através de uma rede de
tubulações perfuradas que é instalada logo abaixo da zona de raízes, ou área plantada. Esta
área é dimensionada de acordo com a demanda de esgoto já pré-determinada (VAN KAICK,
2002).
Nesse tipo de estação, o efluente primeiro passa por um tratamento primário, geralmente
por um tanque séptico, onde são removidos os sólidos sedimentáveis; logo após, o efluente
é encaminhado através de uma rede de tubulações perfuradas para ETE por zona de raízes
onde é iniciado o tratamento secundário. No fundo do filtro ficam as tubulações de coleta do
efluente tratado, que são conduzidos para fora da estação através da diferença de nível.
Para evitar a contaminação do solo ou até mesmo do lençol freático e infiltrações
indesejáveis no sistema, a ETE deve ser impermeabilizada com lona plástica resistente, ou
por uma estrutura de concreto armado (VAN KAICK, 2002). A Figura 6 mostra o esquema
de uma ETE por meio de zona de raízes.
33
Figura 6 - Esquema de uma ETE por meio de zona de raízes.
Fonte: Van Kaick, (2002).
De acordo com Sousa, Van Haandel, Cosentino, & Guimarães (2000), as plantas escolhidas
devem apresentar a característica de liberar oxigênio por suas raízes, possibilitando o
desenvolvimento de bactérias hospedeiras que forneçam que forneçam nutrientes, como o
nitrogênio e o fósforo, para a vegetação, diminuindo a carga orgânica do efluente. Através
deste sistema é possível tratar localmente o esgoto doméstico, evitando, assim, que ocorra
poluição de cursos e fontes d’água, sendo possível reaproveitá-lo em atividades que não
demandem o uso de água potável. É importante ressaltar que este é um sistema
predominantemente biológico, não utilizando produtos químicos, equipamentos ou demanda
de energia, e não produzindo metano. Com isso, não há o mau cheiro característico de
processos anaeróbios.
Kuviatkoski (2004) relata que dentre as desvantagens deste sistema estão a limitação com
relação à topografia do terreno e a necessidade de grandes áreas para a sua execução.
Com relação às plantas a serem utilizadas, existem cerca de 150 espécies que possuem
resultados satisfatórios no tratamento por zona de raízes. Dentre elas, destacam-se
Pharabmites australis, Typha sp., Acorus calamus, Iris pseudocorus, Schoenaplectus
lacustris, Papirus sp. e Zizaniopsis bonariensis.
2.5.2.3.1 Dimensionamento
34
Os principais critérios de projeto para os Wetlands de escoamento sub-superficial são o
tempo de detenção hidráulica, a carga orgânica, a carga de sólidos, a profundidade do meio
e o tipo do mesmo (REED et al., 1998 apud FEIJÓ, 2001).
Devido à existência de poucos critérios específicos para o dimensionamento dos módulos
de tratamento utilizando vegetais e a semelhança entre as unidades de tratamento
complementar de esgoto Wetlands e filtro de areia, foram adotados alguns critérios
construtivos e de dimensionamento previstos no filtro de areia, normatizado pela NBR
13.6969:1997 da ABNT.
Para o cálculo da vazão, é necessário conhecer o número de pessoas atendidas, bem como
a contribuição diária de esgoto, como mostra a formula a baixo:
𝑄 = 𝑁 𝑥 𝐶 (4)
Onde,
Q = Vazão, em L/dia ou m3/dia;
N = Número de pessoas;
C = Contribuição diária, em L/pessoa x dia
Para o calculo da área utiliza-se a vazão e a taxa de aplicação de esgoto, adotada segundo
a NBR 13969/97.
𝐴 = 𝑄𝑇𝑎
(5)
Onde,
A = Área superficial, em m;
Q= Vazão, em m3/dia;
Ta = Taxa de aplicação, em L/dia x m2.
O comprimento, podem ser definido de acordo com o tamanho que o projetista desejar,
desde que respeitando os valores mínimos da NBR 13969/97 e a relação entres os dois.
A largura pode ser encontrada pela fórmula a seguir:
𝐿 = 𝐴𝐶 (6)
Onde,
L= Largura, em m;
A = Área superficial, em m3;
C = Comprimento, em m.
35
2.5.2.4 Lodos Ativados
O processo de lodos ativados tem sido uma tecnologia bastante utilizada para o tratamento
de esgotos domésticos e industriais, apresentando elevada eficiência de tratamento,
flexibilidade operacional, possibilidade de remoção de nutrientes, entre outras vantagens.
Entretanto, lhe são atribuídas algumas desvantagens como elevada mecanização, alto custo
de implantação e manutenção, operação mais sofisticada e necessidade de tratamento de
um grande volume de lodo gerado (VON SPERLING, 1996).
De acordo com Von Sperling (1996), o processo de tratamento por lodos ativados pode ser
de três diferentes tipos:
• Lodos ativados convencional: a concentração de biomassa no reator é bastante
elevada, devido à recirculação dos sólidos (bactérias) sedimentadas no fundo do
decantador secundário. A biomassa permanece no sistema mais tempo do que o
líquido, o que garante uma elevada eficiência na remoção da DBO. Há uma
necessidade de remoção de uma quantidade de lodo (bactérias) equivalente à que é
produzida. Este lodo removido necessida de posterior tratamento, ou seja, uma nova
etapa no processo chamada tratamento do lodo. O fornecimento de oxigenio é feito
por aeradores mecânicos ou por ar difuso. A montante do reator há uma unidade de
decantação primária, de forma a remover os sólidos sedimentáveis do esgoto bruto.
• Lodos ativados por aeração prolongada: similar ao sistema anterior, com a diferença
que a biomassa permanece mais tempo no sistema, sendo para tanto os tanques de
aeração maiores. Com isto, há menos DBO disponível para as bactérias, o que faz
com que elas se utilizem da matéria orgânica do próprio material celular para a sua
manutenção. Em decorrência, o lodo excedente retirado (bactérias) já sai
estabilizado. Não se incluem normalmente unidades de decantação primária.
• Lodos ativados de fluxo intermitente: a operação do sistema é intermitente. Assim,
no mesmo tanque ocorrem, em fases diferentes, as etapas de reação (aeradores
ligados) e sedimentação (aeradores desligados). Quando os aeradores estão
desligados, os sólidos sedimentam, ocasião em que se retira o efluente
(sobrenadante). Ao se religar os aeradores, os sólidos sedimentados retornam à
massa líquida, o que dispensa elevatórias de recirculação. Não há decantadores
secundários.
A Figura 7 mostra as etapas do tratamento por lodos ativados.
36
Figura 7 - Esquema sistema de lodos ativados.
Fonte: Von Sperling, 1996.
2.5.2.4.1 Sistemas de Operação Intermitente (Batelada)
O principio do processo de lodos ativados com operação intermitente consiste na
incorporação de todas as unidades de processos e operações normalmente associadas ao
tratamento convencional de lodos ativados, quais sejam, decantação primária, oxidação
biológica e decantação secundária em um único tanque. Neste caso, esses processos e
37
operações passam a ser simplesmente sequências no tempo, e não em unidades
separadas, como ocorre nos processos convencionais de fluxo continuo (VON SPERLING,
1997).
As etapas do ciclo de operação são:
• Enchimento (entrada do esgoto bruto ou decantado no reator)
• Reação (aeração/mistura da massa líquida contida no reator)
• Sedimentação (sedimentação e separação dos sólidos em suspensão do esgoto
tratado)
• Esvaziamento (retirada do esgoto tratado do reator)
• Repouso (ajuste de ciclos e remoção do lodo excedente)
Figura 8 - Ciclos do processo operacional intermitente.
Fonte: Von Sperling (1997).
38
2.5.2.4.2 Dimensionamento
A metodologia mais utilizada para o dimensionamento do sistema de lodos ativados é a
proposta por Von Sperling (1997), onde as proncipais variantes para os calculos são: idade
do lodo e concentração de sólidos.
a) Duração de certas etapas do ciclo
Tempo total do ciclo, em horas/ciclo:
𝑇𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑔𝑒𝑟𝑎çã𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑓𝑙𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑝𝑜𝑟 𝑑𝑖𝑎𝑚
(7)
Tempo ativo, em horas:
𝑇𝑎𝑡𝑖𝑣𝑜 = 𝑇𝑒𝑛𝑐ℎ + 𝑇𝑟𝑒𝑎𝑐 = 𝑇𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 − (𝑇𝑠𝑒𝑑𝑖𝑚 + 𝑇𝑟𝑒𝑡𝑖𝑟 + 𝑇𝑟𝑒𝑝𝑜𝑢) (8)
Tempo de entrada de afluente no ciclo, em horas:
𝑇𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 = 𝑇𝑔𝑒𝑟𝑎𝑐𝑎𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑓𝑙𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒𝑚
(9)
b) Volume do reator
Volume de reação, em m3:
𝑉𝑟𝑒𝑎𝑐 = 𝑌 𝑥 𝜃𝑐 𝑥 𝑄 𝑥 (𝑆𝑜−𝑆)𝑋𝑣 𝑥 (1+𝑓𝑏 𝑥 𝐾𝑑 𝑥 𝜃𝑐)
(10)
Volume total do reator, em m3:
𝑉𝑡𝑜𝑡 = 𝑉𝑟𝑒𝑎𝑐 𝑥 𝑇𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑇𝑎𝑡𝑖𝑣𝑜
(11)
c) Concentração e massa de SSTA
Concentração de sólidos totais no reator, na fase de reação, em mg/L:
39
𝑋 = 𝑋𝑣𝑆𝑆𝑉
𝑆𝑆� (12)
Massa de SSTA no reator, em kgSS:
𝑀𝑥 = 𝑋 𝑥 𝑉𝑡𝑜𝑡1000
(13)
d) Volume e altura de enchimento
Volume de enchimento em cada ciclo, em m3:
𝑉𝑒𝑛𝑐ℎ = 𝑄𝑚
(14)
Altura de enchimento, em m:
𝐻𝑒𝑛𝑐ℎ = 𝐻𝑡𝑜𝑡 𝑥 𝑉𝑒𝑛𝑐ℎ𝑉𝑡𝑜𝑡
(15)
e) Tempo de sedimentação dos sólidos
A velocidade de sedimentação, em m / h, é dada por:
𝑣 = 8,6 𝑥 𝑒(−0,50 𝑥 𝑋/1000) (16)
Altura de transição, em m:
𝐻𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠 = 𝑓𝐻𝑒𝑛𝑐ℎ 𝑥 𝐻𝑒𝑛𝑐ℎ (17)
Tempo gasto para que a interface lodo-líquido sedimente a distância Hench + Htrans, em
horas:
𝑡 = (𝐻𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠+𝐻𝑒𝑛𝑐ℎ)𝑣
(18)
40
f) Altura das camadas
Altura lodo, em m:
𝐻𝑙𝑜𝑑𝑜 = 𝐻𝑡𝑜𝑡 − (𝐻𝑒𝑛𝑐ℎ + 𝐻𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠) (19)
g) Resumo dos volumes
Volume transição, em m3:
𝑉𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠 = �𝐻𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝐻𝑡𝑜𝑡
� 𝑥 𝑉𝑡𝑜𝑡 (20)
Volume lodo, em m3:
𝑉𝑙𝑜𝑑𝑜 = �𝐻𝑙𝑜𝑑𝑜𝐻𝑡𝑜𝑡
� 𝑥 𝑉𝑡𝑜𝑡 (21)
h) Concentração de SS no lodo sedimentado
Concentração de SS na camada de lodo sedimentado, em mg/L:
𝑋𝑟 = 𝑀𝑥 𝑥 1000𝑉𝑙𝑜𝑑𝑜
(22)
i) Número de reatores
Adotar três reatores, outros números podem ser tentados, e verificado o melhor
dimensionamento:
n = 3
j) Volume de cada reator
Volume de cada reator, em m3:
𝑉𝑟𝑒𝑎𝑡𝑜𝑟 = 𝑉𝑡𝑜𝑡𝑛
(23)
41
k) Tempo de enchimento e reação resultantes em cada ciclo
Tempo de enchimento, em horas:
𝑇𝑒𝑛𝑐ℎ = 𝑇𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎𝑛
(24)
Tempo de reação, em horas:
𝑇𝑟𝑒𝑎𝑐 = 𝑇𝑎𝑡𝑖𝑣𝑜 − 𝑇𝑒𝑛𝑐ℎ (25)
l) Vazão de retirada do reator
Número de retiradas de efluente por dia, em retiradas/dia:
𝑁𝑟𝑒𝑡𝑖𝑟𝑎𝑑𝑎𝑠 = 𝑚 𝑥 𝑛 (26)
Volume de cada retirada, em m3/retirada:
𝑉 = 𝑄(𝑚 𝑥 𝑛) (27)
Vazão de cada retirada, em L/s
𝑄 = 𝑉𝑇𝑟𝑒𝑟
(28)
m) Requisitos de oxigênio para produção de lodo
𝑎′ = �𝐷𝐵𝑂𝑢𝐷𝐵𝑂5
� − �𝐷𝐵𝑂𝑢𝑋𝑏
� .𝑌 (29)
𝑏′ = �𝐷𝐵𝑂𝑢𝑋𝑏
� 𝑥 𝐹𝑏 𝑥 𝐾𝑑 (30)
42
2.5.2.5 Reator UASB
O Reator UASB é uma tecnologia de tratamento biológico de esgotos baseada na
decomposição anaeróbia da matéria orgânica. Consiste em uma coluna de escoamento
ascendente, composta de uma zona de digestão, uma zona de sedimentação e o dispositivo
separador de fases gás-sólido-líquido. O esgoto aflui ao reator e após ser distribuído pelo
seu fundo, segue uma trajetória ascendente, desde a sua parte mais baixa até encontrar a
manta de lodo, onde ocorre a mistura, a biodegradação e a digestão anaeróbia do conteúdo
orgânico, tendo como subproduto a geração de gases metano, carbônico e sulfídrico. Ainda
em escoamento ascendente, e através de passagens definidas pela estrutura dos
dispositivos de coleta de gases e de sedimentação, o esgoto alcança a zona de
sedimentação. A manutenção de um leito de sólidos em suspensão constitui a manta de
lodo, e em função do fluxo contínuo e ascendente de esgotos; nesta é que ocorre a
decomposição do substrato orgânico pela ação de organismos anaeróbios (UFRJ, 2004). A
Figura 9 mostra o esquema de um reator UASB.
Figura 9 - Esquema de um reator UASB.
Fonte: Adequarliamb, 2012.
2.5.2.5.1 Dimensionamento
a) Cálculo do reator
Volume total, em m3
𝑉𝑡 = 𝑄 × 𝑡 (31)
Onde,
43
Q = Vazão média do projeto, em m3;
t = Tempo de detenção, fixado em 10 horas;
Volume unitário, em m3
𝑉 = 𝑉𝑡𝑛º 𝑑𝑒 𝑢𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑠
(32)
Onde,
Vt = Volume total, em m3;
Número de unidades, fixado em 1;
Área unitária, em m2
𝐴 = 𝑉ℎ (33)
Onde,
V = Volume unitário, em m3;
h = Altura útil, em m;
b) Sistema de distribuição do lodo
Área de influência de cada tubo, fixado = 2,4 m2/tubo
Número de tubos
𝑛 = 𝐴𝐴𝑡𝑢𝑏𝑜
(34)
Onde,
A = Área unitária, em m2;
Atubo = Área de influência de cada tubo, fixado em 2,4 m2/tubo;
Seção de cada tubo, em m2
𝑆 = 𝜋 𝑥 𝐷2
4 (35)
Onde,
D = Diâmetro, fixado em 75 mm;
Velocidade de escoamento, em m/s
𝑣 = 𝑄𝑆 (36)
Onde,
Q = Vazão, em m3/s;
44
S = Seção de cada tubo, em m2;
c) Sistema de digestão do lodo Velocidade ascensional do lodo na câmara de digestão, em m/h
𝑣𝑎 = 𝑄𝐴 (37)
Onde,
Q = Vazão média, em m3/s;
A = Área unitária, em m2;
d) Sistema de decantação Número de compartimentos de decantação
𝑛𝑑 = 𝐿𝑙𝑑 𝑥 𝑙𝑔
(38)
Onde,
L = Largura reator, em m;
ld = Largura do compartimento de decantação, em m;
lg = Largura do coletor de gás, em m;
Área superficial de cada compartimento de decantação, em m2
𝐴 = 𝐶 𝑥 𝑙𝑑 (39)
Onde,
C = Comprimento do reator, em m;
ld = Largura do coletor de gás, em m;
Área de decantação por reator, em m2
𝐴𝑑 = 𝐴𝑛𝑑
(40)
Onde,
A = Área superficial de cada compartimento de decantação, em m2;
nd = Número de compartimentos de decantação;
Velocidade ascencional do esgoto nos compartimentos de decantação, em m/h
𝑣𝑑 = 𝑄𝐴𝑑
(41)
45
Onde,
Q = Vazão, em m3/h;
Ad = Área de decantação por reator, em m2;
e) Massa de lodo gerada Admite-se a produção de 0,18 kg SST/kg DQO afluente.
Massa de lodo gerada, em kgSST/dia
𝑀 = 0,18 �𝑆𝑆𝑇𝑘𝑔
𝐷𝑄𝑂𝑎𝑓𝑙� × 9573 [𝐷𝑄𝑂𝑎𝑓𝑙] = 1723,14 (42)
Volume gerado de lodo, em m3/dia
𝑉𝐿 = 𝑀(𝑑 ×1000)×(𝑇𝑠÷100) (43)
Onde,
M= Massa de lodo gerada, fixado 1723 Kg
d = Densidade típica, fixado em 1,02;
Ts = Teor de sólidos, fixado em 4%
2.6 SISTEMA COLETOR DE ESGOTO
Os sistemas coletores consistem em canalizações que recebem o lançamento dos esgotos,
transportando-os ao seu destino final de forma sanitariamente adequada. Em alguns casos,
a região a ser atendida poderá estar situada em área afastada do restante da comunidade.
Segundo Alem Sobrinho e Tsutiya (1999), sistema coletor é um conjunto de canalizações
destinadas a receber e conduzir os esgotos dos edifícios. Este sistema tem a seguinte
classificação:
• Coletor Predial ou Ligação Domiciliar: corresponde à canalização responsável
pela interligação predial do imóvel ao sistema público, instalada a partir do interior da
propriedade (terreno) ou do passeio até o coletor secundário. É dotado,
preferencialmente, de caixa de inspeção e ramal predial com diâmetro mínimo de
100 mm. Os materiais mais utilizados são PVC e manilha cerâmica, sendo que este
último está praticamente em desuso.
• Coletores Secundários ou de Rua: são canalizações destinadas a recolher e
transportar os esgotos provenientes das ligações domiciliares, geralmente
assentadas no passeio ou via de tráfego. Os diâmetros variam de 150 mm à 400
46
mm, possibilitando a interligação das ligações domiciliares com a própria
canalização. Os materiais utilizados são PVC e manilha cerâmica, cujo emprego
resulta em diferentes valores de taxas de infiltração.
• Coletor Tronco: é o coletor principal de uma bacia de drenagem, de diâmetro
superior a 400 mm, que recebe os efluentes de vários coletores de esgoto (coletores
secundários), conduzindo-os para um emissário ou interceptador. Os materiais mais
utilizados são manilha cerâmica e concreto.
Para iniciar o dimensionamento, deve-se determinar o seguinte:
a) Pré-traçado ou lançamento da rede coletora de esgotos. O traçado da rede deve
respeitar o escoamento natural do terreno, se for possível.
b) Os trechos deverão ser numerados em ordem crescente de vazões, isto é, de
montante para jusante.
c) Na planilha de cálculo anotam-se os trechos, as cotas do terreno e o comprimento
dos trechos.
d) Determinação das vazões de projeto da rede coletora.
2.6.1 Órgãos Acessórios da Rede Coletora
Nas redes de esgotos sanitários poderão ocorrer entupimentos ou obstruções devido ao
esgoto conter uma pequena parcela de sólidos e as tubulações se desenvolverem muitas
vezes com pequena declividade. Logo, é preciso que as canalizações tenham dispositivos
para evitar ou mesmo minimizar os entupimentos nos pontos singulares das tubulações
(início de coletores, mudanças de direção, declividade, diâmetro, material e junção de
tubulação). Estes dispositivos, que também possibilitam o acesso de pessoas ou
equipamentos nestes pontos, são os órgãos acessórios que são de fundamental importância
nas redes coletoras de esgotos.
Poço de Visita (PV): são câmaras de inspeção que possibilitam acesso para observação e
limpeza, com equipamentos apropriados, dos elementos componentes do sistema. São
utilizados como elementos para a junção de coletores, mudanças de declividade, direção,
diâmetro e material, no início dos coletores, no ingresso e na saída dos sifões e das
travessias.
Crespo (1997) considera que no início dos coletores de pequeno diâmetro, os poços de
visita podem ser substituídos por terminais de limpeza, e, nos trechos retos, por tubos de
inspeção. Esses elementos permitem somente a penetração de mangueiras, cabos ou
dispositivos para a limpeza dos coletores.
47
Tubo de Inspeção e Limpeza (TIL) ou Poço de Inspeção (PI): dispositivo não visitável que
permite a inspeção visual e introdução de equipamentos de limpeza. Pode ser usado em
substituição ao PV nos seguintes casos:
• Na reunião de até dois coletores;
• Nos pontos com degrau de altura inferior a 0,50 m;
• A jusante de ligações prediais cujas contribuições podem acarretar problemas de
manutenção;
• Em profundidades até 3,0 m;
• Em extremidades de coletores com diâmetro inferior a 400 mm.
Terminal de Limpeza (TL): dispositivo que permite a introdução de equipamentos de
limpeza, sem inspeção visual, localizado na cabeceira do coletor. Pode ser usado em
substituição ao PV no início dos coletores.
Caixa de Passagem (CP): câmara sem acesso, utilizada em substituição ao PV nos casos
em que houver mudanças de direção e declividade. Localizada em pontos singulares por
necessidade construtiva, podem ser substituídas por conexões (ancoradas) somente
quando as deflexões coincidirem com a destas peças. Permite a passagem de equipamento
para limpeza do trecho a jusante. Por não ficarem visíveis na superfície do terreno (ficam
enterradas), as posições das CP devem ser obrigatoriamente cadastradas.
Degrau (DG): é a diferença de cota menor ou igual a 0,50 m entre o coletor de montante e
de jusante do acessório onde é executado o degrau.
Tubo de Queda (TQ): dispositivo instalado no PV, ligando o coletor de montante com degrau
superior a 0,50 m em relação à profundidade do acessório. Objetiva evitar respingos que
prejudiquem o trabalho no poço. Consiste numa canalização especial, em PVC, instalada
dentro ou fora do PV.
2.6.2 Dimensionamento da Rede Coletora
Para o dimensionamento da rede coletora de esgotos, o método mais utilizado é o da
Tensão Trativa (σ) (PEREIRA & SILVA, 2010).
De acordo com Azevedo Netto et al.(1998) a tensão trativa é a grandeza física que promove
o arraste do material sedimentado. É a força que promove a autolimpeza do conduto
atuando junto à parede da tubulação na parcela correspondente ao perímetro molhado.
48
O roteiro de cálculos para o dimensionamento da rede, de acordo com o método da
Tensão Trativa pode ser visto a baixo:
a) Vazão de Contribuição (Q)
𝑄 = 𝑃 𝑥 𝑋 𝑥 𝐾1 𝑥 𝐾2 𝑥 𝐶86400
(44)
Onde,
Q = Vazão de contribuição, em L/s;
P = Número de pessoas;
X = Consumo per capita de água, em L/pessoa. x dia;
K1 = Ccoeficiente do dia de maior consumo (1,2);
K2 = Coeficiente da hora de maior consumo (1,5);
C = Coeficiente de retorno (0,8).
b) Vazão de Contribuição Linear (q)
𝑞 = 𝑃 𝑥 𝑋 𝑥 𝐾1 𝑥 𝐾2 𝑥 𝐶 86400 𝑥 𝐿
+ 𝑇𝑖 𝑜𝑢 𝑞 = 𝑄𝐿
+ 𝑇𝑖 (45)
Onde,
q = Vazão de contribuição linear, em L/s x m;
L = Extensão da rede coletora, em m;
Ti = Taxa de infiltração (0,00005 ≤ Ti ≤ 0,001 L/s x m).
c) Vazão de Montante = 0 em L/s;
d) Vazão no Trecho = TLq × ,em L/s; (46)
Onde,
LT = Extensão do trecho, em m.
e) Vazão de Jusante = vazão de montante + vazão no trecho, em L/s;
f) Vazão do Acessório de Jusante (Q) = ≥ 1,5 L/s
(se vazão de jusante for menor que 1,5 L/s , adota-se 1,5 L/s)
g) Declividade (I)
𝐼 = 𝐶𝐶𝑀𝑜𝑛𝑡 − 𝐶𝐶𝐽𝑢𝑠𝐿𝑡
(47)
49
𝐼 = 0,0055 𝑥 𝑄−0.47 (48)
Imín = 0,0045 m/m
Onde,
I = Declividade no trecho, em m/m;
Q = Vazão, em L/s;
CCMont = Cota do coletor de montante, em m;
CCJus = Cota do coletor de jusante, em m;
Lt = comprimento do trecho, em m;
h) Cota do Terreno de Montante (CTMont) = tirar da planta ou perfil, em m;
i) Cota do Terreno de Jusante (CTJus) = tirar da planta ou perfil, em m;
j) Cota do Coletor de Montante (CCMont) = CTMont – PCMont, em m;
k) Cota do Coletor de Jusante (CCJus) = CTJus – PCJus, em m;
l) Profundidade do Coletor de Montante (PCMont) = CTMont – CCMont, em m;
m) Profundidade do Coletor de Jusante (PCJus) = CTJus – CCJus, em m;
n) Profundidade do Acessório de Jusante (PAJus) = maior profundidade, em m;
o) Lâmina (h/Ø)
ℎ / Ø = 0,1405 𝑥 𝑄0,482 𝑥 Ø−1,285 𝑥 𝐼−0,241 (49) para h/Ø ≤ 0,30
ℎ / Ø = 0,0256 𝑥 𝑄 𝑥 Ø−83 𝑥 𝐼−0,5 + 0,19066 (50) para 0,30 < h/Ø ≤ 0,75
Onde,
h/Ø = Lâmina;
Q = Vazão do acessório de jusante, em m3/s;
Ø = Diâmetro, em m;
I = Declividade no trecho, em m/m.
p) Velocidade (V)
𝑉 = 15,8442 𝑥 𝑄0,25 𝑥 𝐼0,375 (51)
Onde,
50
V = Velocidade no trecho, em m/s;
Q = Vazão do acessório de jusante, em m3/s;
I = Declividade no trecho, em m/m.
q) Velocidade Crítica (Vc)
𝑉𝑐 = 18,7925 𝑥 𝑅ℎ0,5 (52) Vc ≥ V, exceto quando I > 0,3 m/m
××
−××=θπ
θφ sen180125,0Rh (53)
×−×= φθ h21arccos2 (54)
Onde,
Vc = Velocidade crítica, em m/s;
Rh = Raio hidráulico, em m;
θ = Ângulo do RH (°C)
Ø= Diâmetro do coletor, em m.
r) Tensão Trativa (σ)
IRH ××=10000σ (55)
Onde,
σ = Tensão trativa (Pa) σ≥ 1 Pa
2.6.2.1 Critérios de Dimensionamento
Vazão: para todos os trechos da rede devem ser estimadas as vazões de início (Qi) e de
final (Qf) de plano, para verificação do funcionamento do trecho nas situações extremas de
horizonte do projeto, sendo que a vazão a considerar para determinação das dimensões de
qualquer trecho não deverá ser inferior a 1,50 L/s.
Infiltração: a infiltração no sistema de esgotamento ocorre através de tubos defeituosos,
fissuras ou rupturas nas tubulações, juntas ou conexões mal executadas, juntas ou paredes
de poços de visita. A quantidade de água infiltrada depende de diversos fatores como
extensão da rede coletora, área servida, tipo de solo, profundidade do lençol freático,
topografia e densidade populacional. A taxa de infiltração é normalmente expressa em
51
termos de vazão por extensão de rede coletora. Valores médios usualmente utilizados
tem sido da ordem de 0,3 a 0,8 L/s x Km.
Seção: nos sistemas de esgotamento, em geral, a seção circular é a mais empregada,
considerando-se que essa é a que apresenta maior rendimento se comparada às demais
seções em condições equivalentes, visto ser a que apresenta maior raio hidráulico, além de
menor consumo de matéria prima para moldagem dos tubos. Grandes vazões, no entanto,
implicam em grandes diâmetros, sendo o mínimo igual a 150 mm.
Declividade: a declividade da rede coletora de esgotos deverá ser de tal modo que, além de
garantir as mínimas condições de arraste, impliqueem menor escavação possível, associada
a um diâmetro escolhido de tal maneira que transporte a vazão final de projeto em
condições normalizadas para cálculo de tubulações de esgoto sanitário.
Lâmina: as lâminas d’água devem alcançar, no máximo, 75% do diâmetro do coletor para a
garantia das condições de escoamento livre e de ventilação. São determinadas admitindo-se
o escoamento em regime permanente e uniforme e para a vazão final.
Velocidade: quanto maior a velocidade, melhores são as condições de arraste. Mas, por
outro lado, velocidades excessivas colocariam em risco a estrutura das tubulações (juntas,
paredes internas, ...). A velocidade máxima de final de projeto não deve ultrapassar a
velocidade crítica de cada trecho, e não deve ser superior a 5,0 m/s.
Tensão Trativa: para assegurar a autolimpeza, evitando-se que os sólidos pesados se
sedimentem ao longo dos condutos e possam obstruí-los com o tempo, e limitar a espessura
da camada de limo interna nas paredes, reduzindo a produção de sulfetos, recomenda-se
que para cada trecho seja verificado um valor mínimo de tensão trativa igual a 1,0 Pa (1
N/m2).
2.7 CARACTERÍSTICAS GERAIS DO MUNICÍPIO
São João Batista, município pertencente ao estado de Santa Catarina, Brasil, está localizado
nas coordenadas 27,27 ºS e 48,84 ºW. Dista 75 km da capital do estado, Florianópolis.
Integra a GRANFPOLIS - Associação dos Municípios da Região da Grande Florianópolis, e
faz parte da Secretaria de Desenvolvimento Regional de Brusque. Sua economia gira
basicamente em torno da produção de calçados, seguido pela prestação de serviços e
agricultura (PMSJB, 2012).
52
Figura 10 - Localização do município de São João Batista e de seus vizinhos.
Fonte: Google Maps.
A Bacia Hidrográfica do Rio Tijucas localiza-se no litoral centro do Estado de Santa
Catarina, entre as coordenadas geográficas de longitude Oeste 49°19’43” e 48°27’42” e,
latitude sul 27°46’36” e 27°02’35”. É composta por 13 municípios (Angelina, Biguaçú,
Bombinhas, Canelinha, Governador Celso Ramos, Itapema, Leoberto Leal, Major Gercino,
Nova Trento, Porto Belo, Rancho Queimado, São João Batista, Tijucas) e possui Comitê de
Gerenciamento criado pelo Decreto Estadual n° 2.918, de quatro de setembro de 2001
(SDM, 1997).
O curso hídrico principal da região que dá nome a bacia é o rio Tijucas que nasce na serra
da Boa Vista em uma altitude de próxima aos 1000 m acima do nível do mar, no município
de Rancho Queimado. Sua bacia de drenagem tem uma área total de 2.859 km² e apresenta
três realidades sócio-antropogênicas e ambientais derivadas das características locais e da
ocupação realizada, sendo classificadas como Baixo, Médio e Alto Vale do rio Tijucas (SDM,
1997).
A cidade é atendida e abastecida de água atualmente pelo Serviço de Infra-Estrutura,
Saneamento e Abastecimento de Água Municipal - SISAM, que capta água do manancial
Ribeirão Vargem Pequena, trata e distribui para a cidade.
53
3 METODOLOGIA
Visando alcançar os objetivos específicos propostos neste trabalho, foi utilizada a
metodologia apresentada a seguir:
3.1 PROCEDIMENTO E INSTRUMENTOS DE COLETA E ANÁLISE DE
INFORMAÇÕES
3.1.1 Estimativa de População Atendida, Volume e Carga Orgânica do Esgoto
Para o desenvolvimento do presente projeto foi selecionado um loteamento na cidade de
São João Batista, sendo este de padrão econômico médio. A planta do loteamento foi
cedida pelo proprietário do mesmo e encontra-se no Anexo C. O loteamento possui 69 lotes,
a partir dos quais foi feita a estimativa da população atendida por meio da caracterização de
residências fictícias, compreendendo 4, 6 e 8 pessoas por residência, para os sistemas
individuais de tratamento.
Segundo IBGE 2010, a média brasileira de pessoas por residência é 3,3. Neste sentido,
para os sistemas coletivos de tratamento e para a rede coletora de esgoto foi considerado, 4
pessoas por residência, totalizando 276 pessoas atendidas.
A determinação da carga orgânica do esgoto sanitário gerado no loteamento foi feita a partir
de fórmula específica, recomendadas pela literatura pertinente e apresentadas no item
2.3.1.
A carga orgânica utilizada foi de 45 g de DBO/pessoa x dia, de acordo o padrão do
loteamento, proposto pela NBR 13.969:1997.
3.1.2 Escolha e Dimensionamento dos Sistemas Individuais de Tratamento de Esgotos
Para a escolha dos sistemas de tratamento de esgotos foi realizada uma pesquisa
bibliográfica onde se levantou as tecnologias utilizadas para o tratamento de esgoto
sanitário e quais destas tecnologias são viáveis para implantação em loteamentos. Foram
pesquisados livros e normas técnicas.
Optou-se, neste trabalho, pelo sistema de tratamento individual composto de tanque séptico
seguindo de filtro anaeróbio, por ser um dos mais utilizados dentre os sistemas de
tratamento obrigatórios previstos pela Lei Complementar nº 22 de 22 dezembro de 2009 do
município de São João Batista. Também, por se tratar de um sistema que exige menos
espaço para implantação, de fácil instalação e de baixo custo de aquisição de materiais e de
54
mão de obra. Foram dimensionadas unidades cilíndricas e prismáticas, sugerindo
oportunizar o proprietário fazer a escolha na ocasião da implantação.
Os cálculos para o dimensionamento foram feitos a partir de uma fundamentação teórica e
procedimental dos sistemas convencionais normatizados, onde as Normas Técnicas da
ABNT NBR 7229:1993 e NBR 13969:1997 apresentam as especificações correspondentes a
cada sistema de tratamento. Para a execução dos desenhos referentes aos sistemas, foi
utilizado o programa computacional Autocad.
3.1.3 Dimensionamento dos Sistemas Coletivos de Tratamento de Esgoto
Com a planta do loteamento, contabilizou-se o número de total de lotes. Destes, excluiu-se
aquele situado na cota mais baixa, no final da rua. Os demais correspondem ao número de
residências que o sistema atenderá. Neste sentido, foi considerada a saturação urbanística
do loteamento. Foi considerado, ainda, que toda a população residencial do loteamento
contribuirá para uma única estação de tratamento de esgotos, a ser implantada no lote
supracitado.
Para o tratamento coletivo dos esgotos, foram dimensionadas algumas alternativas de
tratamento, a saber: decanto-digestor seguido de filtro biológico, decanto-digestor seguido
de Wetlands, um sistema de lodos ativados e, ainda, um reator anaeróbio de fluxo
ascendente.
Os cálculos para o dimensionamento foram realizados a partir de uma fundamentação
teórica e procedimental dos sistemas convencionais normatizados, onde as Normas
Técnicas da ABNT NBR 7229:1993 e NBR 13969:1997 e a bibliografia pertinente
apresentam as especificações correspondentes a cada sistema de tratamento. Para a
execução dos desenhos referentes aos sistemas, foi utilizado o programa computacional
Autocad.
3.1.4 Dimensionamento da Rede Coletora de Esgoto
Para realizar o dimensionamento da rede coletora foi necessário o levantamento topográfico
do loteamento para a determinação das cotas altimétricas nos pontos de instalação dos
acessórios. Como o terreno foi posteriormente terraplanado, sem novo levantamento
topográfico, foi realizada, a partir do levantamento topográfico original, uma interpolação a
fim de definir as novas cotas nos pontos desejados, sendo que a diferença entre a cota mais
alta e a mais baixa é de três metros.
55
O traçado da rede coletora buscou atender todos os lotes edificáveis, sendo lançada a
partir da cota mais alta em direção à cota mais baixa do loteamento.
Os cálculos do dimensionamento foram realizados a partir de uma fundamentação teórica e
procedimental de projetos de rede coletora de esgoto, baseado em literaturas e da Norma
Técnica da ABNT NBR 9649:1986, onde encontram-se as especificações correspondentes
ao dimensionamento e projeto de rede coletora de esgoto. Para a execução dos desenhos
referentes ao loteamento, com a localização dos sistemas de tratamento e da rede coletora
de esgoto, foi utilizado o programa computacional Autocad.
56
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1 POPULAÇÃO ATENDIDA, VOLUME E CARGA ORGÂNICA DO ESGOTO
A fim de possibilitar o dimensionamento dos sistemas individuais e coletivos de tratamento,
bem como do sistema coletor de esgoto sanitário, foi necessaria a definição da população
atendida, assim como do volume e da carga orgânica do esgoto produzido no loteamento
em estudo.
Para o dimensionamento dos sistemas individuais de tratamento foram considerados
residências ficticias com 4, 6 e 8 pessoas. Para o dimensiomanento da rede coletora e dos
sistemas coletivos de tratamento foram considerados 69 lotes, sendo 69 residências, com 4
moradores por residências; resultando, neste caso, uma população total de 276 pessoas
atendidas.
Com relação ao volume de esgoto gerado diariamente, foram levantados volumes para as
residências com 4, 6 e 8 pessoas, padrão médio; resultando em 520 L/dia, 780 L/dia e 1040
L/dia, respectivamente. Considerando todo o loteamento em estudo, a geração diária de
esgoto ficou em 35.880 L/dia
A carga orgânica foi calculada de acordo com a fórmula apresentada no item 2.3.1.
𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 (𝐾𝑔𝑑𝑖𝑎
) =276 (𝑝𝑒𝑠. ) 𝑥 45 (𝑔𝐷𝐵𝑂
𝑑)
1000
Logo, considerando o número de pessoas e a carga per capita para o loteamento de padrão
médio (45 gDBO/dia), o resultado foi uma carga orgânica diária de 0,18 KgDBO/dia, 0,27
KgDBO/dia e 0,36 KgDBO/dia, respectivamente, para as residências com 4, 6 e 8 pessoas.
Já para todo o loteamento, a carga orgânica diária foi de 12,42 KgDBO/dia.
4.2 DIMENSIONAMENTO DOS SISTEMAS INDIVIDUAIS DE TRATAMENTO DE
ESGOTO
Os sistemas individuais de tratamento de esgotos foram dimensionados para residências
com 4, 6 e 8 pessoas, para o padrão médio, conforme descrito anteriormente. Foram
dimensionados tanques sépticos e filtros anaeróbios de seção circular e de seção
prismática. Para ambos os casos foram considerados os seguintes parâmetros de cálculo: C
= 130 L / pes x dia, T = 1,0 dia, K = 65 dias e Lf = 1,0 L / pes x dia, conforme
recomendações das Normas Técnicas da ABNT NBR 7229:1993 e NBR 13969:1997.
57
Os resultados obtidos no dimensionamento deste sistema podem ser vistos nas Tabelas 7
e 8:
Tabela 7 - Sistema individual de tratamento de esgoto – unidades prismáticas. TANQUE SÉPTICO (NBR - 7229:1993)
Prismático
nº pessoas
volume calc. (l)
volume calc. (m3)
altura útil (m)
área (m²)
largura adotada
(m)
comp. adotado
(m)
volume adotado (l)
N V V h A L C V. adotado 4 1780,00 1,78 1,20 1,48 0,90 1,80 1944,00 6 2170,00 2,17 1,20 1,81 1,00 2,00 2400,00 8 2560,00 2,56 1,20 2,13 1,05 2,10 2646,00
FILTRO ANAERÓBIO (NBR 13969:1997) Prismático
nº pessoas
volume calc. (l)
volume calc. (m3)
altura útil (m)
área (m²)
largura adotada
(m)
comp. adotado
(m)
volume adotado (l)
N V V h A L C V. adotado 4 832,00 1,00 1,20 0,83 0,95 0,95 1083,00 6 1248,00 1,248 1,20 1,04 1,05 1,05 1323,00 8 1664,00 1,664 1,20 1,39 1,20 1,20 1728,00
Tabela 8 - Sistema individual de tratamento de esgoto – unidades cilíndricas. TANQUE SÉPTICO (NBR - 7229:1993)
Cilíndrico nº
pessoas volume calc. (l)
volume calc. (m3)
altura útil (m)
área (m²)
diâmetro adot. (m)
volume adot. (l)
N V V h A D V. adotado 4 1780,00 1,78 1,20 1,48 1,40 1847,26 6 2170,00 2,17 1,20 1,81 1,55 2264,30 8 2560,00 2,56 1,20 2,13 1,65 2565,90
FILTRO ANAERÓBIO (NBR 13969:1997) Cilíndrico
nº pessoas volume calc. (l)
volume calc. (m3)
altura útil (m)
área (m²)
diâmetro adot. (m)
volume adot. (l)
N V V h A D V. adotado 4 832,00 1,000 1,20 0,83 1,05 1000,00 6 1248,00 1,248 1,20 1,04 1,20 1248,00
58
8 1664,00 1,664 1,20 1,39 1,35 1664,00
A profundidade útil utilizada foi a mínima definida pela NBR 7229:1993. A partir dela foram
calculados a área e, conforme o caso, o comprimento, a largula e o diâmetro do tanque
séptico e do filtro anaeróbio. No caso do filtro anaeróbio prismático, optou-se por uma
unidade prismática quadrada. Os valores calculados foram ajustados para melhorar adequá-
los ao mercado, arredondando-se a medida para variar de 5 em 5 centímetros.
O volume mínimo utilizado no filtro anaeróbio, segundo a NBR 13969:1997, é 1000,00 litros.
Para as residências com 4 pessoas, o valor calculado foi de 832,00 litros, inferior ao mínimo;
foi considerado então, o volume mínimo previsto.
4.3 DIMENSIONAMENTO DOS SISTEMAS COLETIVOS DE TRATAMENTO DE
ESGOTO
Foram dimensionadas quatro alternativas de sistemas coletivos para o tratamento dos
esgotos gerados. Para todos os sistemas foi considerado um loteamento de padrão médio,
conforme descrito anteriormente. Para o loteamento foram computados 69 lotes edificáveis,
considerando-se uma residência por lote, totalizando 276 pessoas.
4.3.1 Decanto Digestor – Filtro Biológico
Foram determinados os parâmetros de cálculo C = 130 l/pessoa x dia, T = 0,50 dia, K = 65
dia e Lf = 1,0 l/pessoa x dia, considerados conforme recomendações das Normas Técnicas
da ABNT NBR 7229:1993 e NBR 13969:1997. Já o filtro biológico segue o mesmo critério de
cálculo, apresentado anteriormente para o filtro anaeróbio; a diferença é que no filtro
biológico a população do projeto é única, sendo 276 pessoas.
Tabela 9 – Decanto Digestor
DECANTO-DIGESTOR (NBR 7229:1993)
nº de pessoas
volume calc. (l)
volume calc. (m3)
altura útil (m)
área (m²)
largura adot. (m)
comp. adot. (m)
volume adot. (l)
N V V h A b L Volume adot.
276 36880,00 36,88 2,00 18,44 3,00 6,15 36880,00
59
Tabela 10 - Filtro Biológico
FILTRO BIOLÓGICO (NBR 13969:1997)
nº pessoas
volume calc. (l)
volume calc. (m3)
altura útil (m)
área (m²)
largura adot. (m)
comp. adot. (m)
volume adot. (l)
N V V h A b L Volume adot.
276 28704,00 28,70 1,20 23,92 4,90 4,90 28812,00
Com os resultados obtidos apresentados, pode-se observar que as unidades do decanto
digestor retangulares prismáticas obedecem a uma relação comprimento/largura situada
entre 2:1 e 4:1; a altura é de 2,00 m, conforme recomendação da Norma Técnica NBR
13969/97.
Para o filtro biológico também foram dimensionadas unidades prismáticas. Adotou-se a
altura útil de 1,20 m e, a partir dela, foi possível calcular a área, bem como a largura e o
comprimento na unidade prismática, iguais por tratar-se de uma seção quadrada.
4.3.2 Dimensionamento Wetlands
Como apresentado anteriormente o Wetlands foi dimensionado de acordo com os métodos
construtivos do filtro de areia, contemplados na Norma Técnica NBR 13.969:1997. De
acordo com a mesma, a taxa de aplicação adotada para o cálculo da área superficial do filtro
de areia deve ser de 100 L/dia/m² quando da aplicação direta dos efluentes do tanque
séptico e 200 L/dia/m² para efluentes do processo aeróbio de tratamento. Logo a taxa de
aplicação adotada foi de 100 L/dia/m².
Ainda de acordo com a mesma Norma, o loteamento se enquadra como residencial de
padrão médio, resultando numa contribuição de diária de despejos de 130 L/pessoa x dia.
Tabela 11 – Dados para o dimensionamento do Wetlands. Dados do Wetland
Q (L/dia) = 35880,00 Ta (L/dia.m² ) = 100,00
A (m²) 358,80
Como a ocupação prevista é de 276 pessoas, tem-se um volume diário de esgoto de
35880,00 litros. Com a taxa de aplicação, foi possível calcular a área superficial para o
tratamento complementar dos esgotos gerados nas residências, que foi de 358,80 m².
60
Tabela 12 – Dimensões do Wetlands. Dimensões do Wetlands
comprimento (m) = 22,00 largura adotada (m) = 16,35
profundidade. útil (m) = 0,70 volume total (L) = 251.790,00
As dimensões internas foram prédefinidas de acordo com a área superficial, sendo
respeitada a relação mínima comprimento/largura recomendada de 2:1. O comprimento é
22,00 m e largura 16,35 m, totalizando uma área de 359,70 m² de área útil, sendo a
profundidade interna de 0,70 m.
4.3.3 Dimensionamento Lodos Ativados
Para o dimensionamento do sistema de lodos ativados por batelada, seguiu-se a
metodologia descrita por Von Sperling (1997) e apresentada no item 2.5.2.4.2.
Tabela 13 – Dados de entrada para o dimensionamento de lodos ativados por batelada. Dados do afluente e efluente
Vazão (m3/dia) Q = 35,88 Conc. DBO afluente (mg/l) So = 300 DBO solúvel efluente (mg/l) S = 9,00
Inicialmente foi calculado a vazão de esgoto gerado no loteamento; sabendo que o número
de pessoas é de 276 e a contribuição diária de despejos de 130 L/pessoa x dia, obteve-se
uma vazão diária de 35,88 m3/dia. A concentração de DBO afluente e a DBO solúvel do
efluente foram adotadas pela metodologia proposta pelo autor.
Tabela 14 – Dados de entrada para o dimensionamento de lodos ativados por batelada. Critérios do projeto
Idade do lodo (d) θc = 25 Conc. SSVTA (mg/l) Xv = 2500
Número de ciclos por dia (dia) m = 3 Tempo geração de afluente (h) t = 24
A idade do lodo relaciona-se ao tempo ativo do ciclo, o qual corresponde aos períodos de
enchimento e reação. Para estações de pequeno e médio porte a idade do lodo deve ser
entre 20 e 40 dias, no Brasil, como a temperatura é mais elevada, não se deve adotar idade
do lodo superior a 30 dias. A idade do lodo adota foi de 25 dias.
61
A concentração de sólidos em suspensão (SSVTA) refere-se à etapa de reação, em que
todos os sólidos estão suspensos no reator. A EPA (1993) apud Von Sperling (1997), sugere
a concentração de sólidos em suspensão durante a fase de reação, entre 1500 mg/l e 3500
mg/l. A concentração adotada foi de 2500 mg/l.
No caso de esgoto doméstico, considera-se a chegada de afluente durante 24 horas por dia.
O número de ciclos por dia é função do tempo total desejado para o ciclo. Assim, como a
duração do ciclo é de 8 horas, o número de ciclos será 3.
Tabela 15 – Dados de entrada para o dimensionamento de lodos ativados por batelada. Coeficientes cinéticos e estequiométricos Coef. Produção celular Y = 0,60
Coef. Respiração endógena (dia-1) Kd = 0,08 Fração biodegradável (mgXb/mgXv) Fb = 0,5714
Relação SSV/SS no reator SSV/SS 0,6900
Os coeficientes cinéticos e estequiométricos (Y, Kd, fb e SSVTA/SSTA) necessários para o
dimensionamento foram adotados de acordo com os dados propostos por Von Sperling
(1997).
Tabela 16 – Dados de entrada para o dimensionamento de lodos ativados por batelada. Altura e número de reatores
Altura total do reator (m) Htot = 4 Número de reatores n = 2
A altura total do reator (profundidade utill), deve ser selecionada em função do equipamento
de aeração e das condições locais. Os valores usualmente empregados estão entre 3,5 e
4,5 metros. A altura adotada foi de 4 metros.
Foi estipulado que haverá dois reatores; enquanto um funcionará, o outro estará em
repouso.
Primeiro deve-se fazer uma estimativa inicial da duração de algumas etapas do ciclo são
elas: tempo de sedimentação, tempo de retirada e tempo de repouso. Os ciclos operacionais
mais antigos variam de 6 a 48 horas, já os projetados recentemente variam de 6 a 12 horas,
sendo o escolhido 8 horas.
Após a estimativa, os dados podem ser confirmados pelo tempo total do ciclo encontrado; o
tempo ativo é o que define o volume do reator, e pressupõe a atividade de remoção durante
62
as fases de enchimento e reação. Na Tabela 17 encontra-se a duração de cada etapa do
ciclo.
Tabela 17 – Duração de cada etapa do ciclo. Estimativa de tempo do ciclo
Tempo de enchimento (h) T ench. = 4,00 Tempo de sedimentação (h) T sedim = 1,20
Tempo de reação (h) T reac. = 1,80 Tempo de retirada (h) T retir = 1,00 Tempo de repouso (h) T repou = 0,00
Tempo de total (h) T total = 8,00 Tempo de ativo (h) T ativo = 5,8
O volume do reator foi calculado através do volume de reação, sendo que o volume de
reação foi de 29,24 m3 e o volume total igual a 40,32 m3. A concentração de sólidos em
suspensão totais no reator na fase de reação foi obtida através da Fórmula 12 (pag. 39) e a
massa de SSTA através da Fórmula 13 (pag. 39), apresentados no item 2.5.2.4.2, o volume
de enchimento de cada ciclo foi calculado a partir da vazão e do número de ciclos diários,
sendo o resultado de 11,96 m3; e a altura de enchimento foi calculada a partir da altura total
e dos volumes de enchimento e total, resultando numa altura de 1,19 metros.
A velocidade de sedimentação dos sólidos é dada para diferentes sedimentabilidades do
lodo, segundo Von Sperling (1997). Assumindo-se uma sedimentabilidade dos sólidos
média, v = 8,6 x e(-0,50 x X/1000), a velocidade encontrada foi de 1,41 m/h. A altura de transição
foi encontrada adotando-se fHench = 0,1 (VON SPERLING, 1997) e multiplicando pela altura
de enchimento, a altura de transição foi de 0,12 metros. O tempo gasto para que a interface
lodo – líquido sedimente foi de 0,93 horas.
A altura do lodo foi calculada pela subtração da Htotal e das alturas de enchimento e
transição, resultando em 2,69 metros.
O volume de transição e o volume do lodo calculados, foram respectivamente 1,20 e 27,17
m3.
A concentração de sólidos suspensos (SS) na camada do lodo sedimentado calculada foi de
5377,69 mg/L.
Como foram adotados 2 reatores o volume de cada reator foi de 20,16 m3.
63
A vazão de retirada de efluente por dia foi calculada através do número de retiradas por
dia e o volume de cada retirada. Calculados o número de retiradas, igual a 6, e o volume de
cada retirada, igual a 5,98 m3/retirada, resultou em uma vazão de retirada de efluente igual a
5,98 m3.
Na Tabela número 18 encontram-se os resultados do cálculo do dimensionamento do reator
para o sistema de lodos ativados por batelada
Tabela 18 – Resultado dos cálculos do dimensionamento do reator para o sistema de lodos ativados por batelada.
Volume do Reator V reação (m3) = 29,24
V total (m3) = 40,32
Conc. massa de SSTA
X (mg/L)= 3623,19 Mx (KgSS)= 146,10
Volume e altura de ench. V ench. (m3) = 11,96 H ench. (m) = 1,19
Tempo sedim. sólidos v (m/h) = 1,41
H trans. (m) = 0,12 t (h) = 0,93
Altura das camadas H lodo (m) = 2,69
Volumes das camadas V trans. (m3) = 1,20 V lodo (m3) = 27,17
Conc. SS no lodo sediment. Xr (mg/L)= 5377,69
Volume de cada reator V reator (m3) = 20,16
Vazão de retirada N retiradas/dia = 6
V retirada (m3/ret.) = 5,98
Vazão retirada (m3) = 5,98
64
Req. Oxigenio a’ (Kg O2/Kg DBO)= 0,608 b’ (Kg O2/Kg SSV) = 0,065
4.3.4 Dimensionamento UASB
Para o dimensionamento do Reator Anaeróbio de Fluxo ascendente – UASB, foi utilizado o
roteiro apresentado por Jordão & Pessoa (2009).
Primeiramente foi calculada a vazão do projeto, sabendo que o número de pessoas
atendidas é de 276 e a contribuição de esgotos 130 L/pes.dia, obteve-se uma vazão de
35880,00 L/dia.
Tabela 19 – Dados iniciais para dimensionamento do Reator UASB. Dados iniciais
Pop = 276 Ce (L/pes.dia)= 130
Q (l/dia) = 35880 Q (mᶟ/dia) = 35,88 Q (mᶟ/s) = 0,000415278
L calc (m) = 1,73 C calc (m) = 1,73
A partir do cálculo da vazão possível calcular o volume do reator. Como a população é
razoavelmente pequena, foi optado por utilizar apenas um reator, esse com volume unitário
de 14,95 m3.
A área unitária do reator foi encontrada após a adoção de uma altura útil, fixada em 5
metros. Com o resultado do volume total e a altura útil pode-se calcular a área unitária,
resultando em 2,99 m2. As dimensões, comprimento e largura, foram calculadas a através
da raiz quadrada da área, resultando em valores de 1,73 metros; arredondados, para
facilitar a construção, para 1,75 metros.
Os demais cálculos realizados para o dimensionamento do reator UASB estão na tabela 20.
Tabela 20 – Resultado dos cálculos para dimensionamento do reator UASB. Cálculo do reator
Sistema digestão Lodo
V total (m3)= 14,95
va (m/h)= 0,50 n unid. = 1
65
V unit. (m3)= 14,95
Sistema decantação H útil (m) = 5
nd = 0,63
A (m) = 2,99
A (m2) = 4,38 L (m) = 1,75
Ad (m2)= 4,38
C (m) = 1,75
vd (m/h)= 0,34
Sistema distribuição do esgoto
Massa de lodo gerada A tubo (m2/tubo) = 2,4
M (KgSST/dia)= 1723,14
n tubos = 1,25
Teor S = 4% S tubo (m2) = 0,0044
d tipica = 1,02
v (m/s)= 0.1585
V lodo (m3/dia)= 42,23
4.3.5 Dimensionamento da Rede Coletora de Esgotos
Para o dimensionamento da rede coletora de esgotos, foram pré-determinados os seguintes
dados:
a) Classificação do Loteamento - padrão médio;
b) Consumo per capita de água – considerou-se 200 L/pessoa x dia;
c) Número de residências a serem atendidas no loteamento – considerou-se uma
residência por lote a ser edificado, ou seja, 69 residências;
d) Número de pessoas por residência – considerou-se 4 pessoas por residência,
totalizando 276 pessoas;
e) Traçado da rede coletora com o comprimento dos trechos – O traçado pode ser
visualizado no Anexo C; resultou num total de oito trechos, compreendendo a uma
extensão total de 552 metros;
f) Número de órgãos acessórios - 2 Poços de Visita;
g) Cota em cada ponto de instalação de órgão acessório – As cotas dos pontos onde
serão instalados os acessórios podem ser visualizadas na Planilha de cálculo, Anexo
C.
Após terem sido feitas todas estas considerações, foi gerada uma planilha de cálculo no
programa computacional Microsoft Excel, e então obteve-se os seguintes resultados
apresentados nas planilhas no Anexo C.
O sistema de tratamento coletivo de esgoto foi projetado para ser implantado em um lote
disponível para equipamentos públicos, que fica no ponto mais baixo do loteamento,
facilitando assim o dimensionamento da rede coletora, que resulta e trechos pouco
66
profundos. Como o loteamento está localizado em uma área em declive, tornou-se
indispensável o uso de estações elevatórias. Todos os detalhes de projeto do loteamento e
da rede coletora, assim como localização dos sistemas coletivos de tratamento de esgotos,
constam em pranchas no Anexo C.
67
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS
A falta de saneamento básico em todo país gera problemas ambientais graves e
consequências quanto à preservação dos recursos naturais; a disposição dos esgotos sem
tratamento nos corpos receptores faz parte desse grande problema. O descaso dos
governos e lideranças nessa área atrasa o desenvolvimento de tecnologias aplicadas ao
tratamento de esgoto nas cidades, interferindo na qualidade de vida e bem estar da
população.
Existem diferentes tecnologias para o tratamento de esgoto; mas é importante, para se obter
melhores resultados, que se escolha o processo que melhor se adapte às condições locais e
regionais, atenda a legislação em relação à eficiência e à qualidade do efluente que será
lançado nos corpos receptores e alcance os objetivos da população envolvida onde o
sistema for implantado.
Como a maioria das pessoas está acostumada a fazer somente mediante imposição ou
obrigatoriedade, seguem apenas o que está na lesgilação; ou seja, como a legislação
municipal que trata do código de obras exige apenas que seja instalado o tratamento de
esgoto por meio de tanques sépticos e filtro anaeróbio, a população se limita a isso. As
exceções partem da minoria de pessoas que se preocupa de fato com a conservação e
preservação do meio ambiente. Neste sentido, seria de extrema importância a legislação ser
mais rigorosa nessa questão.
Levando-se em consideração a qualidade do tratamento, o tanque séptico seguido por filtro
anaeróbio, de acordo com a literatura proposta por Von Sperling (2005), pode alçancar uma
eficiência entre 80 e 85% na remoção de DBO e 80 a 90% na remoção de sólidos em
suspensão. Nos sistemas de tratamento coletivo, o sistema de lodos ativados por batelada
oferece uma eficiência superior comparada as outras alternativas. Segundo Von Sperling
(2005), o sistema pode oferecer uma eficiência na remoção de DBO em torno de 90 a 97% e
na remoção de sólidos em suspensão entre 87 e 93%, enquanto que nos outros sistemas
coletivos a eficiência pode de 80 e 85% na remoção de DBO e 80 a 90% na remoção de
sólidos em suspensão nos decanto digestores seguidos por um tratamento secundário. Nos
reatores UASB a eficiência varia de 60 a 75% na remoção de DBO e 65 a 80% na remoção
de sólidos em suspensão; Já nos Wetlands as eficiências variam de 80 a 90% e de 87 a
93% na remoção de DBO, de sólidos em suspensão, respectivamente.
Segundo Von Sperling (2005) o custo de implantação de cada sistema varia de R$ 30,00 a
R$ 130,00, baseado em valores do ano de 2004. O sistema individual tanque séptico
68
seguido por filtro anaeróbio tem um custo de implantação de R$ 80,00 a R$ 130,00 por
habitante e o custo de manutenção e operação de R$ 6,00 a R$ 10,00 por habitante por
ano. Já nos sistemas coletivos, o tratamento por lodos ativados é o que apresenta maior
custo, variando de R$ 90,00 a R$ 120,00 por habitante para implantação e de R$ 10,00 a
R$ 20,00 por habitante para operação e manutenção. Os sistemas Wetlands tem um custo
de R$ 50,00 a R$ 80,00 por habitante para implantação e R$ 2,50 e R$ 4,00 por habitante
por ano, para operação e manutenção. Os reatores UASB tem um custo de R$ 30,00 a R$
50,00 por habitante para implantação e R$ 2,50 e R$ 4,00 por habitante por ano, para
operação e manutenção.
Entretanto, a presente pesquisa não focou a eficiência e os custos de implantação dos
sistemas implantados, ficando, as considerações acima, baseadas apenas nas
recomendações da literatura.
A área para implantação do sistema de tratamento esgoto é de grande relevância na hora
da escolha da alternativa. Como está cada vez mais difícil conseguir área disponível para a
implantação do sistema, cabe aos profissionais, selecionarem as melhores alternativas de
tratamento levando em consideração o conjunto de quesitos importantes para a escolha,
considerando a área disponível.
Com relação à área requerida, para a implantação do sistema individual será necessária
uma área de 0,49 m2/habitante para o sistema de tanque séptico seguido por filtro
anaeróbio. Nos sistemas coletivos dimensionados, o tratamento por lodos ativados
necessitará de 0,04 m2/habitante; o decanto digestor seguido por filtro biológico necessitará
de 0,16 m2/habitante; o reator UASB de 0,01 m2/habitante. O sistema que requer maior área
é o tratamento por Wetland’s, onde apenas o espaço para o mesmo deverá ser de 1,3
m2/habitante. A tabela 21 apresenta resumidamente os dados listados acima.
Tabela 21 – Resumo das variáveis.
Tratamento Área
requerida (m²/habitante)
Eficiência (DBO%)
Eficiência (SS%)
Custo implantação
Custo operação e manutenção (R$/hab/ano) (R$/hab)
TS -FA 0,49 80 - 85 80 - 90 80,00 - 130,00 6,00 - 10,00 DD - FB 0,16 80 - 85 80 - 90 80,00 - 130,00 6,00 - 10,00
Wetlands 1,30 80 - 90 87 - 93 50,00 - 80,00 2,50 - 4,00 Lodos
Ativados 0,04 90 - 97 87 - 93 90,00 - 120,00 10,00 - 20,00
UASB 0,01 60 - 75 65 - 80 30,00 - 50,00 2,50 - 4,00
69
Uma das vantagens dos sistemas individuais está pautada na execução e manutenção,
pois são sistemas simples, sem a necessidade de mão de obra especializada, e contam
com projetos já bastante conhecidos. Já no caso dos sistemas coletivos, geralmente são
projetos grandes, elaborados com mais critérios, envolvendo um número grande de
profissionais, mão de obra especializada, análise da região (topografia, solo, etc.), licitações,
entre outros.
Toda a unidade de tratamento de esgoto, quer seja ela complexa ou simplificada, necessita
de uma operação e manutenção constante. A implantação bem como a manutenção do
sistema coletivo decanto-digestor/filtro biologico é bem simples, sendo necessaria a limpeza,
definida pelo projetista durante o dimensionamento do sistema, podendo ser entre 1 e 5
anos.
O sistema Wetlands, apesar de requerer uma área grande, apresenta um custo de
implantação e manutenção relativamento baixo. As ações de manutenção, segundo Philippi
& Sezerino (2004), são relativamente simples, como poda ou retirada da vegetação
indesejada e controle do nivel do esgoto pela elevação ou rebaixamento da mangueira
flexível em períodos de estiagem ou épocas de chuva. Esses indicadores tornam esse
sistema bastante atrativo.
O sistema de lodos ativados por batelada, apesar de requerer pouca área para implantação,
tem um custo elevado, tanto de implantação como de manutenção. É um sistema ainda
pouco utilizado, que necessitará de um profissional especializado, tanto para a construção
do sistema quanto para a manutenção diária do mesmo; tornando-o assim menos
competitivo quando comparado às outras opções de tratamento.
O reator UASB requer pouca área no terreno e o custo de operação é relativamente baixo,
embora a manutenção exija mão de obra especializada. Por outro lado seu funcionamento
requer uma grande profundidade, variando de 4 a 6 metros, o que pode implicar em
necessidade de rebaixamento do lençol freático, contenção de sólidos instáveis por meio de
escoramentos ou mesmo detonação de rochas. Neste sentido seu custo de implantação
pode elevar-se relativamente. Mesmo assim esta opção é competitiva quando comparada
aos demais sistemas de tratamento.
Apesar de não se ter estudado no presente trabalho sobre a eficiência do tratamento e o
custo de implantação dos sistemas, tais parâmetros são essencias na escolha da melhor
alternativa de tratamento de esgotos. Neste sentido ,considerando todos os pontos
levantados acima, a melhor alternativa de tratamento vai depender do capital disponível
para investimento, da área disponível para a implantação, da disponibilidade de mão de
70
obra para a implantação, operação e manutenção requeridas, bem como a qualidade do
efluente que se deseja alcançar com o tratamento, afim de atender a legislação pertinente .
71
5.1 RECOMENDAÇÕES
Como recomendações para trabalhos futuros podem ser citados:
• A aplicação desta pesquisa em outros loteamentos do município ou em outros
municípios da região, considerando que a implantação de sistemas de tratamento de
esgoto é de grande importância para a diminuição dos problemas causados pela
poluição dos recursos hídricos;
• A análise da eficiência nos sistemas individuais e coletivos de tratamento de esgoto,
afim de proporcionar uma escolha mais criteriosa da melhor alternativa de
tratamento;
• O levantamento dos custos pertinentes a implantação, manutenção e operação dos
sistemas de tratamento para fins de comparação;
• O estudo de outras unidades de tratamento de esgoto, tanto individuais quanto
coletivas, afim de subsidiar a escolha da melhor alternativa, por parte do
empreendedor.
72
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7 ANEXOS
Anexo A
Tratamento Individual
Anexo B
Tratamento Coletivo
Anexo C
Planta do Loteamento
Rede Coletora
Planilha de Cálculo da Rede Coletora de Esgoto.