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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE

CENTRO DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA

CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA

ANA LUIZA SLAMA DE FREITAS

REUSO DE ÁGUA CINZA RESIDENCIAL E PROPOSTA DE TRATAMENTO

NATAL - RN

2018

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE


REUSO DE ÁGUA CINZA RESIDENCIAL E PROPOSTA DE TRATAMENTO

Trabalho de conclusão de curso de graduação

apresentado ao Departamento de Engenharia

Química da Universidade do Rio Grande do Norte,

sob orientação da Professora Magna Angélica dos

Santos Bezerra Sousa, para obtenção do título de

Engenheira Química.

NATAL - RN

2018


REÚSO DE ÁGUA CINZA RESIDENCIAL E PROPOSTA DE TRATAMENTO

Trabalho de conclusão de curso de graduação

apresentado ao Departamento de Engenharia

Química da Universidade do Rio Grande do Norte,

sob orientação da Professora Magna Angélica dos

Santos Bezerra Sousa, para obtenção do título de

Engenheira Química.

Natal, 24 de outubro de 2018.

BANCA EXAMINADORA

Prof. Drª. Magna Angélica dos Santos Bezerra Sousa

Orientadora - UFRN

Prof. Dr. Gilson Gomes de Medeiros

Membro 1

Eng. Eduardo Wagner Vasconcelos de Andrade

Membro 2

AGRADECIMENTOS

Primeiramente, a Deus e ao universo por ter feito uma natureza tão perfeita e me dado a

chance da minha existência e com ela poder contribuir de forma positiva para este planeta;

Aos meus pais, Alcione Slama e José Ivo de Freitas que sempre me deram total apoio e

suporte em todas as minhas decisões e que me fizeram conhecer o amor incondicional, amo

vocês!

Ao meu namorado, Matheus Vinicius, por ter me dado todo o suporte e ajuda necessária para

encarar essa graduação e ser meu companheiro para todo e qualquer momento que eu precisei

até chegar aqui, te amo!

Aos meus irmãos Erasmo, Rafael e Camila, pois sei que com eles posso contar para sempre

com apoio e sinceridade, amo vocês!

Aos meus amigos que a Engenharia Química, principalmente a turma 2014.1, me trouxe e que

me ajudaram e compartilharam todos os momentos bons e ruins que uma graduação pode

trazer;

À minha amiga Erika Leite, por ser meu ombro amigo, minha parceira de trabalhos, minha

companheira de cinema e jogos por todos os momentos que vivemos juntas até aqui e pelo

total apoio e torcida por todas minhas decisões, te amo!

Aos meus amigos Rodrigo, Anna Glícia e Mariana, por terem feito minha alegria nessa

graduação e por compartilharmos nossos sentimentos em relação aos acontecimentos da vida

e podermos unir forças para superarmos, amo vocês!

Às minhas amigas de longa data, Mariana Varella e Giovana Ketry, pela amizade de mais de

dez anos que não se acaba, gratidão, amo vocês!

À minha orientadora, Magna Angélica, por me orientar na melhor escolha e liberdade para

este trabalho e por ter me ajudado sempre muito paciente e disposta;

À minha amiga, Anna Beatriz, que me ajudou com as análises que foram parte essencial para

a realização deste trabalho e por ser uma ótima diretora do CAEQ;

Aos meus professores da graduação Magna, Gilson, Eduardo e Humberto, que foram aqueles

de quem eu mais me aproximei e pude ter em suas aulas grandes aprendizados para minha

formação de Engenheira Química;

Ao Centro Acadêmico de Engenharia Química, pelo enorme prazer de ser parte dessa grande

entidade que me proporcionou uma enorme experiencia e me trouxe muitos aprendizados que

levarei para vida, assim como os integrantes que me ensinaram em 2015 e 2016 e pude

repassar em 2017, com isso participando de grandes mudanças para o curso ser cada vez

melhor para os alunos.

E por fim, à Universidade Federal do Rio Grande do Norte por oferecer esta graduação e dar

condições para realização de trabalhos como este.

RESUMO

A água é um direito humano imprescindível para a vida nesse planeta. É preciso haver uma

preocupação maior com os recursos hídricos para minimizar o risco de sua escassez no futuro.

Por isso, este trabalho propõe o reuso de águas cinzas de um prédio residencial. Foi feita toda

a análise físico-química (alcalinidade, dureza, cloreto, pH, turbidez e condutividade) de 5

amostras de água cinza coletadas. A partir dos resultados referentes às amostras, foi pensado

em um tratamento e dimensionada uma miniestação de tratamento para reuso não potável da

água em jardins e vasos sanitários. O resultado foi um tratamento simples com uma tela para

peneiramento de sólidos grosseiros, caixa de gordura para as águas cinzas escuras provenientes

das pias das cozinhas, um filtro em degraus com areia, cascalho e granada e, por fim, uma

desinfecção por pasteurização solar utilizando um coletor solar.

Palavras-chave: água, água cinza, reuso, caracterização, tratamento.

ABSTRACT

Water is an indispensable human right for life on this planet. There needs to be a greater concern

with water resources to minimize the risk of their scarcity in the future. Therefore, this work

proposes the reuse of gray water from a residential building. All physical-chemical analysis

(alkalinity, hardness, chloride, pH, turbidity and conductivity) of 5 collected gray water samples

were made. From the results referring to the samples, a treatment was designed and a mini-

treatment was designed for non-potable reuse of water in gardens and toilets. The result was a

simple treatment with a screening strainer for coarse solids, grease box for the dark gray water

from the kitchen sinks, a stepped filter with sand, gravel and grenade and, finally, a solar

pasteurization disinfection using a solar collector.

Key words: water, grey water, reuse, characterization, treatment.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Gráfico do pH das amostras de água cinza ............................................................ 23

Figura 2 – Gráfico de condutividade das amostras de água cinza ........................................... 24

Figura 3 – Gráfico de turbidez das amostras de água cinza .................................................... 24

Figura 4 – Gráfico de alcalinidade, dureza e teor de cloreto das amostras de água cinza ...... 25

Figura 5 – Sólidos sedimentáveis no cone de Imhoff ............................................................. 26

Figura 6 – Gráfico dos sólidos presentes na água cinza .......................................................... 28

Figura 7 – Gráfico de sólidos na água cinza detalhados ......................................................... 28

Figura 8 – Amostra coletada de água cinza (à esquerda) e amostra positiva para E. Coli. (à

direita), expostas à luz UV ....................................................................................................... 30

Figura 9 – Fluxograma do tratamento proposto ...................................................................... 31

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Porcentagem de água no planeta ............................................................................ 12

Tabela 2 – Disponibilidade per capita em nível dos estados brasileiros ................................. 13

Tabela 3 – Vazão por unidade hidráulico-sanitária ................................................................. 14

Tabela 4 – Parâmetros físico-químicos das amostras de água cinza ....................................... 23

Tabela 5 – Tratamento estatístico dos parâmetros físico-químicos ......................................... 26

Tabela 6 – Quantidade de sólidos nas amostras de água cinza................................................ 27

Tabela 7 – Tratamento estatístico dos sólidos ......................................................................... 29

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ABES Associação Brasileira de Engenharia Sanitária

AC Águas cinzas

DBO Demanda Bioquímica de Oxigênio

E. Coli Escherichia coli

EDTA Ácido Etilenodiamino Tetra-Acético

FDD Filtração direta descendente

SDF Sólidos dissolvidos fixos

SDT Sólidos dissolvidos totais

SDV Sólidos dissolvidos voláteis

SNIS Sistema Nacional de Informações sobre Saneamento

SODIS Solar disinfection

SOPAS Solar pasteurization

SSF Sólidos suspensos fixos

SST Sólidos suspensos totais

SSV Sólidos suspensos voláteis

ST Sólidos totais

STF Sólidos totais fixos

STV Sólidos totais voláteis

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ............................................................................................................... 11

2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ................................................................................. 12

2.1. Disponibilidade hídrica .............................................................................................. 12

2.2. Consumo de água ....................................................................................................... 14

2.3. Reuso de águas ........................................................................................................... 15

2.3.1. Tipos de reuso ..................................................................................................... 15

2.3.2. Reuso para fins não potáveis .............................................................................. 16

2.4. Águas Cinzas ............................................................................................................. 16

3. MATÉRIAIS E MÉTODOS ........................................................................................... 18

3.1. Alcalinidade total ....................................................................................................... 18

3.2. Dureza total ................................................................................................................ 19

3.3. Determinação de cloreto ............................................................................................ 19

3.4. Análise de sólidos ...................................................................................................... 20

3.4.1. Tarar cápsulas e membranas ............................................................................... 20

3.4.2. Análise dos sólidos da amostra ........................................................................... 21

3.5. Análise microbiológica .............................................................................................. 22

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO .................................................................................... 23

4.1. Analise físico-química da água cinza ........................................................................ 23

4.2. Resíduo sólido na água cinza ..................................................................................... 26

4.3. Análise microbiológica .............................................................................................. 29

5. PROPOSTA DE TRATAMENTO DA ETE ................................................................. 31

6. DADOS DO PROJETO .................................................................................................. 32

7. CONCLUSÃO ................................................................................................................. 34

8. REFÊRENCIAS .............................................................................................................. 35

11

1. INTRODUÇÃO

Já é comprovado que a falta de água potável será um problema para os próximos anos,

devido ao aumento da demanda e à poluição de inúmeros corpos d’água. Como a água é

necessária em inúmeras atividades humanas, como dessedentação e alimentação, atividades

industriais e agropecuária, é de suma importância dispor de corpos hídricos adequados para a

realização dessas atividades. Apesar da pequena porcentagem para pronta utilização, o Brasil

possui um dos maiores volumes de água doce do mundo. Entretanto, foi visto que São Paulo

sofreu com uma grave crise hídrica que iniciou em 2014.

Devido a esses problemas, é preciso se pensar em formas mais inteligentes e sustentáveis

de uso da água. Já existem diversas formas de tratamento de água e efluentes que podem ser

empregadas para a distribuição e consumo da população. Uma dessas formas é o reuso da água.

Esse reuso pode ser indireto ou direto, planejado ou não.

Este trabalho propõe o reuso direto planejado de águas cinzas (AC), ou seja, águas de

pias de cozinha e banheiro, chuveiro e máquina de lavar roupa. Uma proposta de tratamento

dessas águas é fazer o reuso não potável como na paisagística e em vasos sanitários, e

dimensionar toda a miniestação para esse tratamento.

Com este tipo de aproveitamento das águas já utilizadas, é possível uma economia muito

maior da água e diminuir drasticamente o seu desperdício, e assim tentar sempre melhorar o

sistema de águas com vistas à prevenção da sua escassez no Brasil e, por extensão, em todo o

planeta.

12

2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

2.1. Disponibilidade hídrica

A água encontra-se disponível sob várias formas e é uma das substâncias mais comuns

existentes na natureza, cobrindo cerca de 70% da superfície do planeta. É encontrada,

principalmente, no estado líquido, constituindo-se como um recurso natural renovável por meio

do ciclo hidrológico. É fundamental que os recursos hídricos apresentem condições físicas e

químicas adequadas para sua utilização pelos organismos que compõem as cadeias alimentares.

Assim, a disponibilidade de água significa que ela está presente não somente em quantidade

adequada em uma dada região, mas também que sua qualidade deve ser satisfatória para suprir

as necessidades de um conjunto de seres vivos (BRAGA et al., 2005).

Segundo Von Sperling apud Libânio (2010), aproximadamente 97% do volume total de

água correspondem aos mares, oceanos e lagos de água salgada. Entretanto, apesar de existir

em abundância, a maior parte não é aproveitada diretamente em razão ao alto custo comparados

aos processos convencionais de tratamento de água para fins domésticos, de acordo com Braga

et al. (2005). Dos 3% existentes de água doce, 68,9% estão disponíveis em calotas polares,

sendo praticamente inaproveitáveis para fins de abastecimento para a quase totalidade da

população terrestre (LIBÂNIO, 2010).

Tabela 1 - Porcentagem de água no planeta

Fonte: Braga et al. (2005).

Localização Área (𝟏𝟎𝟔 Km²) Volume (𝟏𝟎𝟔 Km³) Porcentagem da

água total (%)

Oceanos 361,3 1338 96,5

Água subterrânea 134,8 23,4 1,7

Doce 10,53 0,76 0,055

Umidade do solo 0,016 0,0012 0,05

Calotas polares 16,2 24,1 1,74

Geleiras 0,22 0,041 0,003

Lagos 2,06 0,176 0,013

Doce 1,24 0,091 0,007

Salgado 0,82 0,085 0,006

Pântanos 2,7 0,011 0,0008

Rios 14,88 0,002 0,0002

Biomassa 0,001 0,0001 0,003

Vapor na atmosfera 0,013 0,001 0,04

Total de água doce 35 2,53

Total 510 1386 100

13

Com o planeta sendo superpopuloso, ainda assim o volume total para abastecimento

humano corresponde à menor parcela, cerca de 10%, enquanto outros setores, como os de

produção, consomem a maior parte de água potável, sendo 65% para uso agrícola e 25% para

uso industrial. Apesar do Brasil possuir uma significante disponibilidade hídrica, o país

apresenta uma má distribuição desse recurso. Na tabela abaixo, é possível verificar como a água

está distribuída por pessoa em nível dos Estados brasileiros (MANCUSO & SANTOS, 2003)

Tabela 2 – Disponibilidade per capita em nível dos estados brasileiros.

Situação Estado

Abundância > 20.000

m³/hab.ano

Roraima

Amazonas

Amapá

Acre

Mato Grosso

Pará

Tocantins

Rondonia

Goiás

Mato Grosso do Sul

Rio Grande do sul

Muito Rico > 10.000

m³/hab.ano

Maranhão

Santa Catarina

Paraná

Minas Gerais

Rico > 5.000 m³/hab.ano Piauí

Espirito Santo

Situação correta >2.500

m³/hab.ano

Bahia

São Paulo

Pobre < 2.500 m³/hab.ano

Ceará

Rio de Janeiro

Rio Grande do Norte

Distrito Federal

Alagoas

Sergipe

Situação crítica < 1.500

m³/hab.ano

Paraíba

Pernambuco Fonte: Libânio (2010).

14

2.2. Consumo de água

O homem tem usado a água não só para suprir suas necessidades metabólicas, mas

também para outros fins. Existem regiões no planeta com intensa demanda de água, tais como

os grandes centros urbanos, os polos industriais e as zonas de irrigação. Essa demanda pode

superar a oferta de água, seja pela falta, seja devido à qualidade da água local estar prejudicada

por causa da poluição. Tal degradação da sua qualidade pode afetar a oferta de água e gerar

graves problemas de desequilíbrio ambiental (BRAGA et al., 2005).

Como comentado, a água é utilizada em todos os segmentos da sociedade e está presente

no uso doméstico, comercial, industrial, público e agrícola. De forma geral, pode-se dizer que

a demanda resulta da soma do consumo com o desperdício. O desperdício é caracterizado pelo

uso de quantidades de água além do que é preciso para um determinado fim, como banhos

prolongados, e pelas perdas, como vazamentos na rede de distribuição (PROSAB – ABES,

2006).

A água usada para abastecimento doméstico deve apresentar características sanitárias e

toxicológicas adequadas, tais como estar livre de organismos patogênicos e substâncias tóxicas,

para prevenir danos à saúde e ao bem-estar das pessoas. Organismos patogênicos são aqueles

que transmitem doenças pela ingestão ou contato com a água contaminada, como bactérias,

vírus, parasitas, protozoários, que podem causar doenças (BRAGA et al., 2005).

Ainda de acordo com Braga (2009), é preciso definir a vazão de água usada em cada

aparelho hidráulico-sanitário e assim poder utilizar para achar a vazão total e poder realizar o

dimensionamento do tratamento proposto. Segundo a ABES, cada unidade hidráulico-sanitária

produz um percentual de esgoto residencial, visto na Tabela 3 abaixo.

Tabela 3 – Vazão por unidade hidráulico-sanitária.

Consumo Interno Vazão por unidade hidráulica-

sanitária

Vaso sanitário 30%

Máquina de lavar roupa 18%

Chuveiros 20%

Pia do banheiro 13%

Pia da cozinha 19%

Total 100% Fonte: Braga (2009).

15

A proposta de trata e reuso de águas cinzas feita neste trabalho considerou os dados de

vazão da cidade de Natal do ano de 2013, coletadas no artigo DEEPASK (2018), a partir de

dados do Ministério das Cidades (SNIS). A vazão em Natal no ano de 2013 foi 130,3

L/Habitante/Dia.

2.3. Reuso de águas

Segundo Telles et al. (2010), o reuso de água pode ser entendido como o aproveitamento

do efluente após uma extensão de seu tratamento, com ou sem investimentos adicionais, sendo

o reuso de água considerado uma maneira inteligente para aplicação em diversos setores e por

ser um conceito sustentável dos recursos ambientas.

As técnicas de tratamento de efluentes já existem e a aplicação vai de acordo com a

necessidade, o custo e o objetivo que se almeja. A eficiência do projeto está diretamente ligada

às condições de sua viabilidade técnica e econômica (TELLES et al., 2010).

Apesar da dificuldade de atendimento da demanda, o reuso da água para fins não

potáveis substitui mananciais próximos e de qualidade adequada, o que ajuda no combate ao

problema de escassez. Com a política do reuso, importantes volumes de água potável são

poupados, usando-se a água de qualidade inferior, geralmente efluentes secundários pós-

tratados, para atendimento de finalidades que podem prescindir da potabilidade (ABES, 1997).

A crescente demanda da água tem feito do reuso planejado um tema atual e de grande

importância. Entretanto, é importante considerá-lo mais abrangente que o uso racional ou

eficiente da água. O reuso compreende também o controle de perdas e desperdícios e a

minimização da produção de efluentes e do consumo de água (TELLES et al., 2010).

2.3.1. Tipos de reuso

Quando a água é reutilizada, consideram-se algumas de suas aplicações como reuso,

mesmo de forma direta ou indireta, que decorrem de ações planejadas ou não (UNIÁGUA,

2005 apud TELLES et al., 2010):

• Reuso indireto não planejado das águas: é quando o esgoto, após ser tratado ou

não, é lançado em um corpo hídrico (lago, reservatório ou aquífero

subterrâneo) onde ocorre a sua diluição, e após um tempo de residência, este

16

mesmo corpo hídrico é utilizado como manancial, sendo efetuada a captação,

seguida de tratamento adequado e posterior distribuição da água.

• Reuso indireto planejado das águas: ocorre quando o efluente tratado é

descarregado de forma planejada nos corpos de águas superficiais ou

subterrâneos, para serem utilizados a jusante, de maneira controlada, no

atendimento a algum beneficiário. É necessário que o corpo receptor

intermediário seja um corpo hídrico não poluído, para, através de diluição

adequada, reduzir a carga poluidora a níveis aceitáveis.

• Reuso direto planejado das águas: ocorre quando os efluentes, após o

tratamento, são encaminhados diretamente de seu ponto de descarga até o local

do reuso, não sendo descarregados no meio ambiente, como por exemplo o

reuso de águas cinzas como é feito neste trabalho.

• Reciclagem da água: é o reuso interno da água, antes de ir para o descarte. A

reciclagem funciona como fonte suplementar de abastecimento do uso original

e é um caso particular do reuso direto planejado.

2.3.2. Reuso para fins não potáveis

O reuso para fins não potáveis deve ser considerado a primeira opção para aplicação

urbana, por envolver menos riscos. De acordo com seu emprego, devem ser tomados cuidados

especiais que assegurem o controle da saúde pública, principalmente quando a prática envolve

o contato direto com o usuário: irrigação de gramados, de parques e jardins, lavagens de ruas,

reserva de proteção contra incêndios, sistemas decorativos, descargas sanitárias e lavagens de

trens e ônibus públicos. (HESPANHOL, 1999).

2.4. Águas Cinzas

Segundo Rampelotto (2014), as águas cinzas para reuso são o efluente doméstico que

não possui contribuição do vaso sanitário, ou seja, efluentes gerados pelo uso de chuveiros, pias

de banheiro e da cozinha e de máquinas de lavar roupa.

Por existir uma grande flexibilização de uso de aparelhos sanitários, não se pode

descartar o fato que as águas cinzas são passiveis de conter contaminação. Pode ocorrer,

17

frequentemente, situações de pessoas que fazem higienização no banho após a utilização do

vaso sanitário ou mesmo urinar durante o banho, ou lavagem de ferimentos em qualquer

torneira disponível (RAMPELOTTO, 2014).

A AC são águas residuais com baixo índice de matéria orgânica e bactérias patogênicas,

por medidas de DBO e coliformes fecais, pois são derivadas de chuveiros, pia de banheiro,

tanques etc. Quando são acrescentadas à AC de máquina de lavar roupas, aumenta-se a

concentração de substâncias e, portanto, aumentam os custos de tratamento. Do mesmo modo,

em águas residuais de pias de cozinha/máquina de lavar louça, os índices aumentam ainda mais

devido à grande quantidade de matéria orgânica, óleos e graxas e também pela possível

proliferação de bactérias. Essa água é denominada de “AC escura” (ALLEN et al., 2010 apud

RAMPELOTTO, 2014).

Um tratamento de efluentes depende de sua composição para que se saiba o que é

preciso para retirar as substâncias e microrganismos indesejados. Neste trabalho, foram feitas

as análises físico-químicas e análises quantitativa de sólidos na AC para se determinar um

possível tratamento para essas águas. Com isso, é possível a viabilidade do reuso com a

proposta de ser um tratamento simples e com baixo custo de implementação e manutenção.

2.5.Desinfecção solar

Segundo o trabalho de Meierhofer (2002), a desinfecção solar (SODIS) se baseia na

incidência de radiação solar na água para promover a remoção dos organismos indesejados

presentes nela. A aplicação da SODIS é necessário seguir três parâmetros: uso de garrafas

plásticas de transparentes com volume de até 2 L; exposição solar das garrafas de 5 a 6 horas

sob sol pleno ou céu ligeiramente nublado, das 9:00 horas da manhã às 15:00 horas da tarde;

turvação da água não exceder a 30 NTU.

O sistema de pasteurização solar (SOPAS), utiliza-se apenas o aumento da temperatura,

em torno de 60 a 70 ºC, associados ao tempo necessário para inativação dos microrganismos

indesejados, cerca de 10 minutos para a maioria dos microrganismos. Por essa razão, a SOPAS

está sendo amplamente utilizado em detrimento da SODIS por conseguir tratar um volume

maior de água diário se utilizando um sistema contínuo para aquecimento de água

(RODRIGUES, 2018).

18

3. MATERIAIS E MÉTODOS

Neste trabalho, foram utilizadas águas cinzas coletadas em prédio residencial onde é

feita a proposta de tratamento. A coleta foi realizada utilizando-se 2 baldes de 7 L, uma bacia

de 14 L, uma bombona de 50 L e outra bombona de 20 L. Os baldes foram usados para coleta

da água da pia da cozinha e da pia do banheiro; a bacia, para água do banho; uma bombona de

50 L e uma bombona de 20 L, para misturas. Essas amostras coletadas foram então misturadas

a fim de se obter um efluente único.

Do efluente produzido, foram retiradas alíquotas de 1 L e 2 L e levadas ao laboratório,

para se fazer as análises físico-químicas de pH, turbidez, condutividade, alcalinidade total,

dureza total e determinação de cloretos; análise quantitativa de sólidos e análise qualitativa

microbiológica.

Para a medição de pH e condutividade foram utilizados um peagômetro DM-21

DIGIMED e um condutivímetro DM-31 DIGIMED. Para medição de turbidez, foi usado o

turbidímetro portátil microprocessado TB-1000P MS TECNOPON. As determinações dos

parâmetros físico-químicos e a conservação das amostras foram realizadas conforme

preconizados em APHA (1995)

3.1. Alcalinidade total

Os materiais utilizados para esse procedimento foram:

• Frasco de Erlenmeyer de 250 mL;

• Bureta;

• Pipeta volumétrica;

• Solução indicadora de fenolftaleína;

• Ácido sulfúrico de 0,02 N;

• Solução indicadora de alaranjado de metila.

Foram coletados 100 mL da amostra e introduzidos no frasco de Erlenmeyer,

adicionando-se 3 gotas de fenolftaleína. Quando a amostra ficava rosa, era feita a titulação com

ácido sulfúrico até o descoramento e então adicionavam-se 3 gotas de alaranjado de metila,

continuando-se a titulação. Quando não ficava rosa, eram adicionadas as 3 gotas de alaranjado

de metila e continuado a titulação. O valor do volume gasto foi anotado e calculado com a

seguinte equação.

19

mg de CaCO3L⁄ =

Vácido sulf. x N x 50 x 1000

Vamostra

3.2. Dureza total


• Proveta de 100 mL;

• Erlenmeyer de 250 mL;

• Pipeta de 1 mL;

• Indicador negro de eriocromo;

• Espátula;

• EDTA 0,02 N;

• Solução tampão pH 10.

Foram medidos 100 mL da amostra e transferidos para um frasco de Erlenmeyer de 250

mL. Após isso, foi adicionado 1 mL de solução tampão de pH 10, misturando-se bem. Em

seguida, foi adicionado o indicador negro de eriocromo em pó em uma quantidade muito

pequena, quase ínfima, com a espátula, e fez-se a titulação com solução de EDTA 0,02 N até a

coloração mudar de vermelho para azul. O valor do volume gasto foi anotado e usado para

calcular a dureza com a seguinte equação.

mg de CaCO3L⁄ =

VEDTA x N x 50 x 1000

Vamostra

3.3. Determinação de cloreto


• Erlenmeyer de 250 mL;

• Proveta de 100 mL;

• Pipeta de 5 mL;

• Bureta graduada;

• Becker de 250 mL;

20

• Água destilada;

• Solução padrão de nitrato de prata;

• Solução indicadora de cromato de potássio.

Foram medidos 100 mL da amostra e levados a um frasco de Erlenmeyer. Em outro

frasco de Erlenmeyer foram colocados 100 mL de água destilada para se fazer a prova do

branco. Foi adicionado 1 mL da solução indicadora de cromato de potássio em cada frasco de

Erlenmeyer. Primeiro, foi titulado com nitrato de prata a prova do branco, até a coloração mudar

de amarelo para marrom, anotando-se o volume gasto. Foi feito o mesmo procedimento com o

Erlenmeyer em que havia a amostra e também anotado o volume. Com os valores de volumes

gastos foram usados para calcular o teor de cloreto com a seguinte equação.

𝑚𝑔 𝑑𝑒 𝐶𝑙𝐿⁄ =

(𝑉𝐴𝑔𝑁𝑂3 𝑎𝑚𝑜𝑠𝑡𝑟𝑎 − 𝑉𝐴𝑔𝑁𝑂3 𝑏𝑟𝑎𝑛𝑐𝑜) 𝑥 𝑁 𝑥 35450

𝑉𝑎𝑚𝑜𝑠𝑡𝑟𝑎

3.4. Análise de sólidos

Para fazer as análises de sólidos das amostras, primeiro foi feita a tara das cápsulas e

membranas que iriam ser utilizadas, após feito isso que foram realizadas as análises.

3.4.1. Tara de cápsulas e membranas

Materiais e equipamentos utilizados:

• Cápsulas;

• Membranas;

• Pinças;

• Quitassato;

• Bomba;

• Mufla;

• Dessecador;

• Luvas.

21

Um a dois dias antes de fazer a coleta para análise, foi realizado a tara das cápsulas e

membranas, da seguinte forma: as cápsulas foram colocadas na mufla à temperatura de 550 ºC

por vinte minutos e, após isso colocadas no dessecador, permanecendo lá por 40 minutos. Na

sequência, foram feitas as pesagens, anotando-se a massa e repetindo-se esse procedimento até

que a massa fosse alterada em apenas 5 unidades na última casa decimal da balança, para se

determinar o valor exato da massa das cápsulas.

Para as membranas, foi utilizado o mesmo método, apenas diferenciando-se porque elas

eram lavadas com água destilada e depois levada à mufla.

3.4.2. Análise dos sólidos da amostra

Materiais e equipamentos utilizados:

• Cápsulas;

• Membranas;

• Pinças;

• Banho maria;

• Capela;

• Quitassato;

• Bomba;

• Estufa;

• Mufla;

• Dessecador;

• Luvas;

• Cone de Imhoff.

Em uma cápsula, foram colocados 100 mL da amostra. Em um quitassato, com auxílio

de uma bomba de vácuo, foi colocada a membrana sobre o filtro para se fazer a filtração de 100

mL da amostra. O líquido filtrado foi colocado em outra cápsula.

As duas cápsulas foram levadas para o banho-maria dentro da capela, a fim de evaporar

todo o líquido de dentro das cápsulas. Com a evaporação completa, as cápsulas foram colocadas

na estufa por 1 hora e, depois, no dessecador por 40 minutos. Após retirar as cápsulas do

dessecador, elas foram pesadas e determinadas as massas de sólidos totais (ST), sólidos

dissolvidos totais (SDT) e sólidos suspensos totais (SST).

22

Depois de pesadas, as cápsulas foram colocadas na mufla à uma temperatura de 550 ºC,

permanecendo lá por 20 minutos de onde foram levadas para o dessecador por 40 minutos.

Após passado esse tempo, foram pesadas e determinadas as massas de sólidos totais fixos

(STF), sólidos dissolvidos fixos (SDF) e sólidos suspensos fixos (SSF). Para determinar a

quantidade de sólidos voláteis, foi feita a diferença entre os sólidos totais e os fixos, e

encontrando-se os valores de sólidos totais voláteis (STV), sólidos dissolvidos voláteis (SDV)

e sólidos suspensos voláteis (SSV).

Para análise dos sólidos sedimentáveis, foi colocado 1 L da amostra no cone de Imhoff

graduado e esperado por uma hora a completa sedimentação a fim de ser fazer a medição.

3.5. Análise microbiológica

Material e equipamentos utilizados:

• Meio Colilert (pó);

• Frasco estéril;

• Estufa incubadora regulada a 35 ºC.

Foram colocados 100 mL da amostra em um frasco estéril, ao qual se adicionou o meio

Colilert (pó) e água contendo Escherichia coli. Depois de feita a mistura, foram colocados os

frascos com a mistura dentro de uma estufa incubadora a 35 ºC por 24 horas.

Após esse tempo, foram retiradas as amostras da incubadora e colocadas em frente à luz

ultravioleta, observando-se e comparando-se com a amostra positiva para E. coli se havia

fluorescência.

23

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO

4.1.Análise físico-química da água cinza

As análises, como previsto, variaram muito devido ao efluente da pia da cozinha ter

grande variação dependendo da quantidade de gordura e sais contidos na louça que foi lavada.

A Tabela 4, a seguir, mostra o resultado das 5 amostras analisadas.

Tabela 4 – Parâmetros físico-químicos das amostras de água cinza.

Fonte: autoria própria.

Os resultados das análises foram colocados em gráficos para se observar os

comportamentos do pH, condutividade e turbidez e qual a relação que esses três parâmetros

possuem.

Figura 1 – Gráfico do pH das amostras de água cinza.


0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1 2 3 4 5

pH

Unidade 1ª 2ª 3ª 4ª 5ª

pH - 8,57 5,72 6,08 7,70 7,07

Condutividade μS/cm 617 161 226 475 1173

Turbidez NTU 42 144 86 61 92

Alcalinidade

mg de

CaCO3 / L 86 32 40 54 180

Dureza

mg de

CaCO3 / L 30 12 18 20 -

Cloreto mg de Cl− / L 37,49 21,49 19,49 27,99 42,48

24

Figura 2 – Gráfico de condutividade das amostras de água cinza.


Figura 3 – Gráfico de turbidez das amostras de água cinza.


Como é possível perceber, o pH e a condutividade seguem o mesmo padrão, com

exceção da última amostra, em que a condutividade aumenta, mas não o pH, enquanto que a

turbidez segue o caminho contrário, ocorrendo um aumento da turbidez quando o pH abaixa.

Diante disso, pode-se concluir que o pH aumenta com a maior quantidade de sais

dissolvidos na água, o que ocasiona no aumento da concentração iônica, aumentando assim a

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1 2 3 4 5

Condutividade

0

20

40

60

80

100

120

140

160

1 2 3 4 5

Turbidez

25

basicidade da água. Além disso, a existência de sólidos dissolvidos em grande quantidade e a

de sólidos suspensos em pouca quantidade faz com que a turbidez do efluente seja baixa.

Para analisar o comportamento da alcalinidade, dureza e teor de cloretos, os dados das

análises em questão foram plotados em um mesmo gráfico a fim de facilitar a visualização e

relação entre esses parâmetros.

Figura 4 – Gráfico de alcalinidade, Dureza e Teor de cloreto das amostras de água cinza.


Os parâmetros químicos da água, como visto no Figura 4, exceto para a última amostra,

aponta uma relação em que todos apresentam o mesmo comportamento. Foi observado que a

AC possui maior alcalinidade que dureza, provando ser uma água “mole” e com pouca

concentração de cloreto.

A partir dos parâmetros analíticos, pode-se supor que os mesmos apresentam

comportamentos que podem ser associados à quantidade de sólidos dissolvidos.

As concentrações de carbonato de cálcio e íons de cloro na água não altas e, por isso,

será mais fácil e mais rápido fazer o tratamento desse efluente para enquadrá-lo dentro da faixa

de cada um desses parâmetros para o uso que este trabalho está propondo.

Foi feito o tratamento estatístico dos dados a fim de se ter uma melhor análise e uma

discussão mais enriquecedora. Os dados foram colocados na Tabela 5 como mostrado a seguir.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

1 2 3 4 5

Análise Química

Alcalinidade

Dureza

Teor de Cloreto

26


O coeficiente de variação ficou bem alto devido à alta variação entre as amostras. Os

parâmetros que menos variaram foram o cloreto, a dureza e a turbidez. Os outros parâmetros

variaram, provavelmente, em função da qualidade do efluente da pia da cozinha e do efluente

proveniente do banho, devido à quantidade de gordura, sal e açúcar na louça e aos componentes

das fórmulas de produtos para corpo e cabelo usados nos banhos.

4.2. Resíduo sólido na água cinza

A verificação quantitativa dos resíduos sólidos presentes na água é de fundamental

importância para complementar as análise físico-químicas e, assim, determinar o tratamento

adequado ao efluente. Foram feitas as análises de sólidos totais (ST), sólidos dissolvidos totais

(SDT), sólidos suspensos totais (SST), sólidos totais fixos (STF), sólidos dissolvidos fixos

(SDF), sólidos suspensos fixos (SSF), sólidos totais voláteis (STV), sólidos dissolvidos voláteis

(SDV) e sólidos suspensos voláteis (SSV). A determinação de sólidos sedimentáveis foi feita

apenas uma vez e, como não havia grande quantidade, como mostrado na figura 5, não foi

possível fazer sua medição, logo, o procedimento não foi utilizado novamente.

Figura 5 – Sólidos sedimentáveis no cone de Imhoff.


Tabela 5 – Tratamento estatístico dos parâmetros físico-químicos.

MÉDIA MEDIANA DESVIO

PADRAO MÁXIMO MÍNIMO

COEFICIENTE DE VARIAÇÃO

pH 7,0288 7,07 1,165142566 8,57 5,724 0,165766926 Condutividade 530,4 475 403,9242503 1173 161 0,761546475

Turbidez 85 86 38,58756276 144 42 0,453971327 Alcalinidade 78,4 54 60,42185035 180 32 0,770686867

Dureza 20 19 7,483314774 30 12 0,374165739 Cloreto 29,788 27,99 9,981809455 42,48 19,49 0,335094986

27


A Tabela 6 mostra os valores quantitativos dos sólidos na água. Na análise da primeira

amostra, houve um problema nos sólidos dissolvidos, pois a cápsula em que se estava fazendo

a medida mostrou durante o processo, a presença de sólidos brancos quando se estava

evaporando a água no banho maria e, mesmo medindo a massa depois de passar pela estufa e

mufla, a massa dessa cápsula foi muito maior que a capsula de sólidos totais.

Assim como a análise físico-química os resultados foram muito variados justamente

pelo que foi dito anteriormente discutindo a análise físico-química, que a qualidade das

amostras depende muito dos compostos que haviam na louça e no banho. Sendo assim muito

coerente com os resultados da análise discutida anteriormente.

Com a figura 6, é possível perceber que a maior parte dos sólidos na água são os sólidos

totais voláteis. Como o resultado da última amostra apresentou um valor bem alto para sólidos

totais e voláteis totais, não é possível detectar detalhadamente os outros sólidos pelo gráfico

acima. Por isso, o gráfico foi refeito, formatando-se o eixo vertical para poder analisar melhor

os teores de sólidos na figura 7.

Tabela 6 – Quantidade de sólidos nas amostras de água cinza.

Unidade (mg/L) 1ª 2ª 3ª 4ª 5ª

ST 4026 423 380 528 11091

SDT - 256 321 522 1130

SST 67 88 60 23 89

STF 467 101 191 364 968

SDF 313 119 182 365 828

SSF 33 - 5 0 22

STV 3559 322 189 164 10123

SDV - 137 139 157 302

SSV 34 - 55 23 67

28

A partir dos resultados das análises dos sólidos foi plotado um gráfico de linha para

observar como eles se comportam, a relação entre eles e saber os tipos de sólidos mais presentes

na água.

Figura 6 – Gráfico dos sólidos presentes na água cinza.


Figura 7 – Gráfico de sólidos na água cinza detalhados.


0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

1 2 3 4 5 6

Sólidos na água cinza

ST

SDT

SST

STF

SDF

SSF

STV

SDV

SSV

0

400

800

1200

1 2 3 4 5 6

Sólidos na água cinza

ST

SDT

SST

STF

SDF

SSF

STV

SDV

29

Os sólidos totais e os totais voláteis, entre a segunda e a quarta amostra, apresentaram

valores baixos em relação a primeira e última amostra, ficando esses valores bem próximos aos

sólidos dissolvidos totais, totais fixos e dissolvidos fixos. Isso se deve, provavelmente, pelo

efluente proveniente da pia da cozinha que pode ter carreado uma quantidade maior de sais e

compostos como açúcar em relação a quantidade de gordura. A primeira e a última amostras,

por sua vez, apresentavam maior quantidade de gordura e sólidos suspensos, e isso acarretou

uma turbidez maior, complementando o que já foi discutido anteriormente.

Dos sólidos totais, a maior parte deles está presente como sólidos dissolvidos voláteis,

mostrando uma característica de uma água com muita matéria orgânica.

Foi feito também um tratamento estatístico para saber os valores de média, mediana,

desvio padrão, máximo, mínimo e coeficiente de variação e, assim, poder ter-se uma previsão

dos sólidos para saber como trata-los.

Tabela 7 – Tratamento estatístico dos sólidos.


Com os dados da tabela 7, pôde-se verificar que a variação e o desvio padrão das análises das

amostras foi muito alto, como discutido acima e, em cima desses dados, foi feita uma base para

propor e dimensionar um tratamento.

4.3. Análise microbiológica

A análise microbiológica foi feita pelo método de Colilert para análise qualitativa,

apenas para verificar a presença de coliformes totais e E. Coli. Porém, o meio Colilert em pó

do laboratório de engenharia de alimentos não era adequado e não pôde-se analisar os

coliformes totais. Porém, na análise sob a luz ultravioleta, com um recipiente positivo para E.

MÉDIA MEDIANA DESVIO

PADRAO MÁXIMO MÍNIMO

COEFICIENTE DE VARIAÇÃO

ST 3289,6 528 4629,085471 11091 380 1,407187947 SDT 557,25 421,5 398,2673934 1130 256 0,714701469 SST 65,4 67 26,91282222 89 23 0,411511043 STF 418,2 364 339,0556002 968 101 0,810749881 SDF 373,5 313 278,8427872 828 119 0,746567034 SSF 15 5 15,25341492 33 0 1,016894328 STV 2871,4 322 4303,580521 10123 164 1,498774299 SDV 183,75 148 79,34471207 302 137 0,431807957 SSV 44,75 34 19,90602924 67 23 0,444827469

30

coli, foi possível enxergar a ausência do microrganismo citado nas amostras, como mostra na

figura 8.

O frasco que ficou fluorescente sob a presença de luz ultravioleta a 365 nm está positivo

para E. Coli e o frasco sem fluorescência foi o da amostra de água cinza. Assim, foi concluído

que não havia presença de E. Coli na amostra.

Figura 8 – Amostra coletada de água cinza a esquerda e amostra positiva para E. Coli. a direita, expostas a luz

UV.


31

5. PROPOSTA DE TRATAMENTO DA ETE

De acordo com o resultado das análises físico-químicas e quantitativas de sólidos das

amostras de água cinza do local onde foi proposto o tratamento, foi visto que, para o reuso não

potável em irrigação paisagística e para vaso sanitário, não é preciso um tratamento minucioso.

As águas cinzas da residência em que foram coletadas apresentam grande quantidade de

gordura, sabão, tensoativos e poucos sólidos inorgânicos e alguns açúcares. Então, foi pensado

em um tratamento simples e de baixo custo para a finalidade do reuso dessa água.

O tratamento proposto é constituído de tela, caixa de gordura, filtro de cascalho, areia e

carvão e um coletor solar para a pasteurização da água.

Figura 9 – fluxograma do tratamento proposto


32

6. DADOS DO PROJETO

Primeiramente, para fazer os cálculos do projeto e dimensionamento, é preciso obter a

vazão do sistema. Como mencionado na revisão bibliográfica a vazão, adotada foi de 130,3

L/Hab./Dia. Considerando-se que o prédio onde é proposto o tratamento das águas cinzas possui

3 apartamentos e 3 quitinetes, e supondo que no apartamento do terceiro andar, com três

quartos, more 4 pessoas; no segundo e no primeiro, de dois quartos, more 3 pessoas; e, em cada

quitinete, 1 pessoa, somando-se então 13 pessoas. Então, a vazão calculada de todos os

aparelhos hidráulicos-sanitários que geram águas cinzas, foi de 1185,73 L/Dia.

Para o peneiramento, foi escolhida uma tela com dimensões de 0,7 m de comprimento

e 0,5 m de largura (área de 0,35 m²), a fim de reter melhor os sólidos grosseiros, mas também

para não haver uma perda de carga alta, foi escolhido a uma malha com Mesh 120 e abertura

de 0,125 mm, área livre de 0,00004375 m² e perda de carga de 0,014 m.

De acordo com a NBR 8160: 1999, para três a doze cozinhas deve ser usada uma caixa

de gordura dupla (CGD), cilíndrica, com dimensões mínimas de 0,6 m de diâmetro interno,

parte submersa do septo de 0,35 m e capacidade de retenção de 120 L. Com essas dimensões,

foi calculada a altura e área da CGD resultando em 0,424 m e 0,8 m², respectivamente.

Foi escolhida a filtração direta descendente (FDD) com múltiplas camadas e em degraus

sendo cada meio filtrante em um degrau. Foram escolhidos três meios filtrantes: areia, carvão

e granada. A granada ficará no primeiro degrau, a areia no segundo e o carvão no terceiro. Cada

degrau possui uma área de 0,0625 m² e uma altura de 0,25 m, com uma área total de 0,1875 m².

A taxa de filtração foi de 216,8192 m³/m²/h. Segundo Di Bernardo (1993), as características

gerais dos meios filtrantes empregados na FDD são as seguintes:

- Camada de granada:

• tamanho dos grãos: 0,21 a 0,59 mm

• tamanho efetivo: 0,25 a 0,35 mm

• coeficiente de desuniformidade: ≤ 1,5

33

- Camada de areia:




- Camada de carvão:




Foi escolhido o sistema de pasteurização solar da água (SOPAS) para a desinfecção por

ser um sistema que funciona melhor com grandes volumes de água. A SODIS é um método de

desinfecção solar que deve ser estudada a fim de melhorá-la para que possa ser utilizada

também para grandes volumes de água. O sistema de pasteurização é um equipamento

disponível no mercado, sendo mais viável comprá-lo que construí-lo. Assim, foi escolhido o

coletor solar disponibilizado em várias lojas, como a Komeco, cujo web site deles onde possui

todas as informações sobre o coletor. O coletor deve possuir capacidade de aquecimento para

uma vazão de 49,4 L/h, como calculado, para atender a necessidade do tratamento, e possuir os

parâmetros adequados de desinfecção. De acordo com as especificações conseguidas no

referido web site, o coletor é feito de cobre, possui 7 tubos, uma área de 1 m² e uma produção

de energia de 77,6 kWh/mês. A área total calculada para a miniestação foi de 2,34 m² para o

tratamento proposto neste trabalho.

34

7. CONCLUSÃO

De acordo com a proposta de tratamento apresentada neste trabalho, o custo de

implementação e manutenção são baixos devido a simplicidade do tratamento, a não ser pela

aquisição do coletor solar comercial indicado. O objetivo principal é evitar o desperdício e

realizar o aproveitamento de água que ocorre nas residências, atualmente.

Foi visto, também, que há muita variação das análises físico-químicas nas amostras das

águas cinzas e, por isso, não há como ser feito um tratamento específico para alguns poluentes

nessas águas, principalmente os poluentes emergentes, que, haja vista a dificuldade e o custo

elevado envolvidos.

Por fim, é recomendada, para trabalhos posteriores, a realização de uma pesquisa sobre

desinfecção solar (SODIS), cuja viabilidade não foi possível por não ser eficiente para grandes

volumes de água. Entretanto, a pasteurização solar da água é uma excelente maneira de

desativar os microrganismos patogênicos.

35

8. REFERÊNCIAS

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1997.

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(Mestrado) - Curso de Engenharia de Energia, Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2009.

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por pasteurização solar. 2011. Dissertação (Mestrado) - Curso de Tecnologias Energéticas e

Nucleares, Universidade Federal de Pernambuco, Recife, 2011.

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Disponível em: <http://www.deepask.com/goes?page=natal/RN-Consumo-de-agua:-Veja-

indicadores-da-sua-cidade>. Acesso em: 15 set. 2018.

DI BERNARDO, L. Tratamento de água para abastecimento por filtração direta. São Carlos:

Rima, 1995.

HESPANHOL, I.; MIERZWA, J. C. Artigo: Programa para gerenciamento de águas nas

indústrias, visando ao uso racional e à reutilização. Revista Engenharia Sanitária e Ambiental,

volume 4, abr./jun. 1999.

JORDÃO, E. P.; PESSÔA, C. A. Tratamento de Esgotos Domésticos. 3. edição. Rio de Janeiro:

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2010.

MANCUSO, P. C. S.; SANTOS, H. F. Reuso de água. Barueri: Manole, 2003.

36

MEIERHOFER, R.; WEGELIN, M. Desinfecção solar da água: guia de aplicações do SODIS.

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NUNES, J. A. Tratamento físico-químico de águas residuárias industriais. 3. edição. Aracaju:

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RODRIGUES, Danielle Gonçalves. Sistema alternativopara desinfecção da água por

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universidade federal do rio grande do norte centro de ... · peneiramento de sólidos grosseiros,...

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