FACULDADE IMED ESCOLA DE ENGENHARIA GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL TULIO PICCOLOTTO

ESCOLA DE ENGENHARIA

GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL

TULIO PICCOLOTTO

Projeto de uma Estação de Tratamento de Esgoto

Doméstico para a cidade de Casca/RS

PASSO FUNDO 2020

Projeto de uma Estação de Tratamento de Esgoto

Doméstico para a cidade de Casca/RS

Trabalho de Conclusão de Curso, apresentado para obtenção do grau de Bacharel em Engenharia Civil no curso de Engenharia Civil

Escola Politécnica, da IMED.

Orientador: Prof. (o) Mestre Rudimar Pedro

PASSO FUNDO 2020

Projeto de uma Estação de Tratamento de Esgoto

Doméstico para a cidade de Casca/RS

Trabalho de Conclusão de Curso, apresentado para obtenção do grau de bacharel em Engenharia Civil, no curso de Engenharia Civil, Escola Politécnica da IMED, com Linha de Pesquisa em Gerenciamento, Gestão e Tratamento de Resíduos Sólidos Urbanos.

Passo Fundo, 08 de julho de 2020

BANCA EXAMINADORA

Prof. Rudimar Pedro - Mestre - (Imed) - Orientador

Prof. (a). Jéssica Flesch - Doutora - (IMED)

Aos meus pais, irmão, е a toda minha família que, com muito carinho е apoio, não mediram esforços para que eu chegasse até esta etapa de minha vida.

À Faculdade quero deixar uma palavra de gratidão por ter me recebido de braços abertos e com todas as condições que me proporcionaram dias de aprendizagem muito ricos.

Ao Prof. Rudimar Pedro pelo conhecimento, suporte e incentivo na concepção deste trabalho.

Agradeço а todos os professores por me proporcionarem о conhecimento não apenas racional, mas а manifestação do caráter е afetividade da educação no processo de formação profissional. А palavra mestre, nunca fará justiça aos professores dedicados aos quais sem nominar terão os meus eternos agradecimentos.

Aos meus pais, eu devo a vida e todas as oportunidades que nela tive e que espero um dia poder lhes retribuir.

A minha namorada, por todo o suporte e ajuda dedicada neste período. Agradeço ainda aos meus amigos e familiares que ao longo desta etapa me encorajaram e me apoiaram, fazendo com que esta fosse uma das melhores fases da minha vida.

A todos que direta ou indiretamente fizeram parte da minha formação, о meu muito obrigado.

“Tratar água e esgoto é tratar com a vida das pessoas. ”

O homem desde seus primórdios sempre ouviu e aprendeu que o lixo, a poluição da água e outros resíduos ofereciam riscos de doenças a si e à comunidade. A partir deste ponto, as sociedades passaram a adotar medidas para eliminar detritos e assim dispor de água potável. Este foi o surgimento do saneamento básico, uma cadeia de atividades de vital importância para a manutenção da saúde e do bem-estar humano. O tratamento de esgoto é parte fundamental do saneamento, pois é o ponto que fecha o círculo e torna possível o reinício do processo. O Brasil hoje conta com poucas estações de tratamento, sendo essa uma das principais causas pelos baixos índices de esgotamento sanitário, sobretudo principalmente devido ao demorado processo para a instalação de novas unidades. Neste trabalho foi desenvolvido um projeto preliminar de uma estação de tratamento de esgoto doméstico para atender a demanda do município de Casca-RS. Município esse que hoje não conta com nenhum tipo de tratamento e coleta de resíduos, tornando esse trabalho de suma importância para a população da cidade.

Palavras-chave: Estação de tratamento de lodo de esgoto doméstico, Tratamento de esgoto, Casca.

Figura 1 – Dados relacionados ao saneamento no Brasil ... 19

Figura 2 – Dados relacionados ao saneamento no Brasil ... 19

Figura 3 – Comparativo de habitantes sem coleta de esgoto no Brasil entre os anos 2010 a 2017 ... 20

Figura 4 – Dados relacionados ao saneamento no estado do Rio Grande do Sul ... 21

Figura 5 – Comparativo de habitantes sem coleta de esgoto no estado do Rio Grande do Sul entre os anos 2010 a 2017 ... 22

Figura 6 – Comparativo internações por veiculação hídrica entre os anos 2010 a 2017 no estado do Rio Grande do Sul67 ... 22

Figura 7– Lançamento de Esgoto a céu aberto ... 23

Figura 8 – Lançamento de Esgoto diretamente no arroio em APP ... 23

Figura 9 – Comparativo internações por diarreica aguda entre os anos 2015 a 2018 em Casca ... 24

Figura 10 – Classificação dos sólidos nos esgotos ... 28

Figura 11 – Comparativo internações por veiculação hídrica no Brasil entre os anos 2010 a 2017 ... 32

Figura 12 – Aspectos importantes na seleção de sistemas de tratamento de esgotos em países desenvolvidos e em desenvolvimento ... 37

Figura 13 – Fluxograma de estudo do problema ... 38

Figura 14 – Funcionamento Geral de um Tanque Séptico ... 41

Figura 15 – Corte Esquemático dos Leitos de Secagem ... 42

Figura 16 – Fluxograma de Processo de Coleta e Tratamento de Lodo Doméstico 44 Figura 17 – Layout do Processo de Coleta e Tratamento de Lodo Doméstico ... 45

Figura 18 – Mapa das zonas de coleta ... 49

Tabela 1 – Dados do Sistema de Esgotamento Sanitário no Município de Casca ... 24 Tabela 2 – Principais características físicas dos esgotos domésticos ... 26 Tabela 3 – Principais características químicas dos esgotos domésticos ... 27 Tabela 4 – Renda e empregos diretos, indiretos e induzidos no Brasil, média anual de 2005 a 2015 ... 34 Tabela 5 – Internações que poderiam ser evitadas com a universalização do saneamento ... 35 Tabela 6 – Custos e benefícios da expansão do saneamento no Brasil entre 2005 e 2015 ... 36 Tabela 7 – Censos Populacionais de 1991 a 2010 do município de Casca ... 45 Tabela 8 – Para diferentes valores de t na equação h, têm-se: ... 53

PMC Prefeitura Municipal de Casca

UNESCO Organização das Nações Unidas para a Educação, a Ciência e a Cultura SUS Sistema Único de Saúde

DBO Demanda Bioquímica de Oxigênio

OD Oxigênio Dissolvido

OMS Organização Mundial de Saúde SESP Serviço de Saúde Pública PLANASA Plano Nacional de Saneamento BNH Banco Nacional de Habitação

CESB Companhias Estaduais de Saneamento Básico CNI Confederação Nacional de Indústrias

APP Áreas de Preservação Permanente

IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística ETE Estação de Tratamento de Esgoto

CORSAN Companhia Rio-grandense de Saneamento CONAMA Conselho Nacional do Meio Ambiente

DATASUS Departamento de Informática do Sistema Único de Saúde

NBR Norma Brasileira

FNS Fundação Nacional de Saúde SSV Sólidos em Suspensão Voláteis PEAD Polietileno de Alta Densidade

𝜇𝑚 Micras

Fe Ferro

1 INTRODUÇÃO ... 12 2 OBJETIVOS ... 13 2.1 OBJETIVO GERAL ... 13 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 13 2.3 JUSTIFICATIVA ... 13 3 REFERENCIAL TEÓRICO ... 16 3.1 CONCEITO DE SANEAMENTO ... 16 3.2 SANEAMENTO NO BRASIL ... 17

3.3 SANEAMENTO NO RIO GRANDE DO SUL ... 20

3.4 SANEAMENTO NO MUNICÍPIO DE CASCA ... 23

3.5 DEMANDA BIOQUIMICA DE OXIGÊNIO (DBO) ... 25

3.6 OXIGÊNIO DISSOLVIDO (OD) ... 25

3.7 CARACTERISTICAS DOS ESGOTOS DOMÉSTICOS ... 26

3.8 PARÂMETROS DE QUALIDADE DAS ÁGUAS RESIDUAIS ... 28

3.8.1 Sólidos ... 28

3.8.2 Matéria orgânica carbonácea ... 28

3.8.3 Nitrogênio ... 29

3.8.3.1 Poluição das águas ... 29

3.8.3.2 Tratamento de esgotos ... 29

3.8.4 Fósforo ... 30

3.8.4.1 Ortofosfatos ... 30

3.8.4.2 Polifosfatos ... 30

3.8.4.3 Fósforo orgânico ... 31

3.9 DOENÇAS RELACIONADAS COM A FALTA DE SANEAMENTO BÁSICO ... 31

3.10 ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ESGOTO ... 33

3.11 SANEAMENTO BÁSICO E A ECONOMIA ... 33

4 METODOLOGIA ... 37

5 MÉTODOS E RESULTADOS ... 39

5.1 TRATAMENTO PRIMÁRIO ... 40

5.2 LEITO DE SECAGEM ... 41

5.3 TRATAMENTO SECUNDÁRIO ... 42

5.5 PARÂMETROS DE ENTRADA PARA PROJETO ... 45

5.5.1 Estimativa de lodo gerado na cidade de Casca ... 45

5.5.2 Volume coletado e população atendida, por dia ... 46

5.5.3 Zoneamento de coleta ... 48

5.6 DIMENSIONAMENTO DAS LAGOAS ... 49

5.6.1 Lagoa aerada de mistura completa... 49

5.6.2 Lagoa de decantação ... 52

5.7 DIMENSIONAMENTO DOS LEITOS DE SECAGEM... 54

5.8 DESCRIÇÃO DAS LAGOAS E DO LEITO DE SECAGEM ... 55

5.8.1 Lagoa aerada de mistura completa... 55

5.8.2 Lagoa de decantação ... 55

5.8.3 Lagoa de polimento... 56

5.8.4 Leitos de secagem ... 56

5.9 ESTIMATIVAS DE CUSTOS DE IMPLANTAÇÃO E OPERAÇÃO ... 57

6 CONCLUSÕES ... 58

REFERÊNCIAS ... 60

APÊNDICE ... 67

1 INTRODUÇÃO

Um dos grandes problemas enfrentados pela humanidade ao longo dos séculos é a falta de tratamento sanitário adequado para o esgoto que é lançado diariamente em bacias e córregos (BASTOS, 2006).

O esgoto hoje ainda é considerado um dos principais fatores que transmite doenças como, por exemplo, a cólera e a varíola. A falta de saneamento básico é um dos grandes problemas ainda presentes no mundo. A partir do momento que as águas contaminadas são despejadas em rios ou mares, os poluentes presentes vão se acumulando e assim aumentando a contaminação dos corpos hídricos (CHERNICHARO, 1997).

Diversos são os exemplos ao redor do planeta que compravam o quão necessário e extremamente importante é tratar as águas residuais (MANCUSO, 2003).

Por volta dos anos 1950, o rio Tâmisa recebeu o apelido de “O Grande Fedor”, pois em diversas ocasiões o Parlamento Inglês necessitou interromper as sessões em razão do mau cheiro proveniente do rio (TONON, 2015).

No Brasil um exemplo similar fica por conta do rio Tietê, que desde o ano de 1992 busca a total despoluição, porém ainda não obteve o sucesso desejado (GAVIOLLI, 2013).

O município de Casca, que fica localizado na encosta superior do nordeste do estado do Rio Grande do Sul, não conta com coleta e tratamento de esgoto sanitário. Segundo a Prefeitura Municipal de Casca (PMC), o sistema existente é predominantemente constituído por fossas sépticas e sumidouros, onde em muitas casas existe apenas o sumidouro (poço negro) e em outra parcela residencial o deságue ocorre diretamente na rede de micro e macrodrenagem pluvial da cidade, que por sua vez deságua no arroio que atravessa a cidade.

É fundamental a conscientização da sociedade em geral para mudar o atual cenário, além de obras no setor de forma consciente, mudanças ou implementações de planos diretores que possam ser elaborados em conjunto com as adequações sanitárias necessárias também devem contemplar essas mudanças.

Este trabalho tem como objetivo o dimensionamento de uma estação de tratamento que possa suprir a demanda do município e consequentemente sanar os

problemas que a falta de tratamento das águas residuais causaram e ainda causam ao lençol freático e ao arroio Casca.

2 OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO GERAL

Estruturar um projeto preliminar de Estação de Tratamento de Esgoto Doméstico para a cidade de Casca/RS.

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Como objetivos específicos, destacam-se:

 Definir, através de bibliografias relevantes, parâmetros do esgoto doméstico para fins de dimensionamento do sistema

 Definir um sistema de tratamento levando em consideração as diretrizes para estações de pequeno porte.

2.3 JUSTIFICATIVA

Na década em que diversas catástrofes assolaram o meio-ambiente, volta à tona a necessidade de um amplo debate sobre o que será do futuro se não ocorrer uma mudança de comportamento perante os recursos naturais (ZULAUF, 2000).

Estudos apontam que até o ano de 2050 a população mundial irá crescer em até 33%, chegando a incríveis 9,3 bilhões de pessoas (UNESCO, 2016 apud UN DESA, 2011), somado ao fato do aumento no consumo de água, em 2030 o mundo poderá passar por um déficit hídrico de 40% (UNESCO, 2016 apud 2030 WRG, 2009). Hoje no mundo cerca de 97,5% da água existente é salgada e apenas 2,5% corresponde a água doce, sendo que dentro dos 2,5% de água doce: 69% são de difícil acesso, 30% representam as águas subterrâneas e somente 1% encontram-se nos rios (ANA, 2018).

Rios estes que sofrem diariamente com a crescente contaminação proveniente da falta de saneamento e tratamento adequado das águas residuais. Tal problema

vem agravando com o passar do tempo, sendo um dos motivos para que os rios tenham diminuído seus fluxos e terem se tornados ameaças à saúde das pessoas. As doenças mais comuns associadas e esse tipo de caso são: diarreia, esquistossomose, hepatite e febre tifoide (G1, 2019).

Segundo o biólogo Massimiliano Lombardo (2017), despejar o esgoto sem tratamento adequado implica na saúde das pessoas e ainda é capaz de ser responsável pela morte de pessoas com o passar do tempo. “Os números mostram que 760 mil crianças morrem todos os anos antes de completarem cinco anos de vida por causa de diarreia provocada pelo contato com água contaminada”.

No Brasil o direito ao tratamento de esgoto está previsto na Lei do Saneamento Básico Nº 11.445, de 5 de janeiro de 2007, tendo sofrido sua última modificação em 19/05/2018 às 17h15. A mesma foi criada para que todos os brasileiros possam ter atendida a garantia de todo o conjunto ligado ao saneamento básico, com ela pretende-se evitar o aparecimento de doenças anteriormente citadas, elevar a qualidade de vida dos brasileiros, além de toda a questão ambiental e econômica ligada ao fato que a precariedade ou a inexistência do sistema causam. Segundo o ex-Ministro da Saúde, Ricardo Barros “Cada real investido em saneamento economiza quatro reais em saúde, agora a Organização Mundial da Saúde refez as contas e disse que não é mais quatro, é nove. Cada real investido em saneamento economiza nove reais em saúde [..]. ” (FUNASA, 2017)

Apesar de estar em vigor há mais de 12 anos, a lei Federal ainda não conseguiu cumprir com o que propõe. Diversos são os municípios, como é o caso de Casca, que não possuem tratamento de esgoto, por exemplo.

Para Edouard Perard1_{, o grande desafio em relação a implementação de obras} no setor de saneamento não está relacionado com o valor a ser investido, e sim com o retorno financeiro que estas darão.

As águas residuais são capazes de prover uma relação entre custo e benefício de resultado positivo, sendo possível desenvolver uma fonte sustentável de energia entre outros subprodutos proveitosos. Os possíveis proveitos destes recursos das

1 _{PERARD, Edouard, Economic and financial aspects of the sanitation challenge: A practitioner}

águas residuais são capazes de ir além dos ganhos para a saúde humana e animal, possuem reflexos na segurança alimentar e energética, também sobre uma mudança climática menos intensa. Quanto a economia circular, as águas residuais se mostram um mecanismo largamente acessível e benéfico (UNESCO, 2017).

Contudo esse estudo da Organização das Nações Unidas para a Educação, a Ciência e a Cultura (UNESCO) vai de encontro a um grande problema que a cidade de Casca enfrenta, a falta de tratamento de esgoto, visto que a ausência deste sistema tem causado prejuízos ao lençol freático do município, sendo a estação de tratamento de esgotos uma alternativa para reduzir estes danos.

Por ser uma cidade de pequeno porte, a disseminação do conhecimento é um dos principais objetivos quando da implementação de um sistema de tratamento que apresentará à sociedade um exemplo de boa prática.

Em função do tempo reduzido para condução de trabalhos de conclusão de curso, e do caráter multidisciplinar que envolve o projeto de uma estação de tratamento de esgoto, a pesquisa apresentará um projeto preliminar de dimensionamento.

3 REFERENCIAL TEÓRICO

As águas residuais são compostas por aproximadamente 99,9% de água, sendo que a fração restante, 0,01%, inclui sólidos orgânicos e inorgânicos, suspensos e dissolvidos, além de microrganismos. Ou seja, existe a necessidade de tratar essa quantia de 0,01% restante (VON SPERLING, 2005).

De acordo o Instituto Trata Brasil (2018), possuir saneamento básico é fundamental para que um país possa ser denominado de país desenvolvido, pois os serviços de água tratada, coleta e tratamento dos esgotos influenciam diretamente na qualidade de vida dos habitantes, acima de tudo na saúde infantil, levando a diminuição da mortalidade infantil, gerando assim consequentemente melhorias na educação, crescimento turístico, aumento de renda dos trabalhadores, preservação e despoluição de rios e lagos, além de outros recursos hídricos.

No ano de 2017 foram relatadas mais de 258 mil internações em decorrência de doenças de veiculações hídricas no Brasil. Em um período de 20 anos, compreendendo dos anos (2016 a 2036), ocorrendo uma melhora gradual do saneamento, o montante a ser economizado com saúde, independente do motivo, pode bater o valor de R$ 5,9 bilhões (TRATA BRASIL, 2018 apud DATASUS, 2017). Os esgotos domésticos sem tratamento representam a maior fonte de poluição no Brasil, crê-se que tratar adequadamente os efluentes domésticos pode-se diminuir os níveis de Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) nos rios brasileiros de forma considerável (ANA, 2017).

3.1 CONCEITO DE SANEAMENTO

A definição de saneamento, de forma social, tem sido construída durante a existência do ser humano, em decorrência das condições sociais de cada período, além do crescente conhecimento da população em geral (SOARES; BERNARDES; CORDEIRO NETTO, 2002).

Para a Organização Mundial de Saúde (OMS), a definição de saneamento é dada como “o controle de todos os fatores do meio físico do homem, que exercem ou podem exercer efeitos deletérios sobre seu estado de bem-estar físico, mental ou

social”. Apesar de ser muito divulgado, é possível encontrar outros conceitos, sendo assim não se pode afirmar que esta é uma definição única (FUNASA, 2015).

3.2 SANEAMENTO NO BRASIL

Durante o Brasil Colônia, período entre a descoberta do país no ano de 1500, e o início do século XIX, a exploração dos recursos naturais eram o que regiam a economia. Existem poucos exemplos quanto ao saneamento nas cidades deste período. Com a necessidade de canalizar a água para uso nos engenhos de moagem de cana de açúcar, foram construídos os primeiros aquedutos rurais (LEONETI; DO PRADO; DE OLIVEIRA, 2011).

As instalações das vilas ficavam perto de lugares que fossem possíveis a retirada de água, tais como regiões ribeirinhas, próximas de rios ou riachos e nascentes. Por não ser uma das prioridades do governo, a falta de saneamento causava sérios danos à saúde da população, pois eram criadas diferentes alternativas para a obtenção de água (RIBEIRO, 2010).

A construção do primeiro aqueduto foi feita no ano de 1723 na cidade do Rio de Janeiro, ele tinha por finalidade transportar a água captada no Rio Carioca até um chafariz localizado no Largo da Carioca, com o desenvolvimento e a otimização deste, outras cidades do país também começaram a adotar este sistema de canalização da água (BACCI; PATACA, 2008).

Até aproximadamente a metade do século XIX os serviços de infraestrutura, além do abastecimento de água e de esgoto sanitário não apresentavam padrão de administração, sendo que os serviços sanitários não pertencem a políticas públicas ou atividades permanentes, acabando restritas a áreas restritas (SETTI, 2001).

Foi neste mesmo século que o Brasil começou a sofrer importantes processos, sendo um desses a mudança das pequenas populações rurais para os centros urbanos que estavam se formando, assim propiciou um cenário favorável ao surto de doenças. Com a ausência de infraestrutura urbana foi necessário criar os primeiros serviços de saneamento no Brasil, este era gerido por empresas públicas e privadas. Já nos grandes centros urbanos, o fornecimento destes serviços públicos estava, por ordem do Estado, condicionado a concessionárias estrangeiras, especialmente a empresas inglesas, isso incluía a prestação de abastecimento de água e do esgotamento sanitário (SOARES et al., 2014). Todo o material, técnica e

matéria-prima, para a realização de obras, eram importados da Europa pelas companhias. Desse modo começam a entrar no país itens industrializados para saneamento, como: caixas d’água e canalizações, assim como motores e chafarizes feitos em ferro fundido (XAVIER, 2006).

Desde o ano de 1910 o Estado possui um papel mais controlador e então iniciam-se políticas sociais de esfera nacional, resultado da grande pressão popular por avanços na qualidade dos serviços que eram prestados pelas empresas privadas. Em razão do descaso destas empresas, todos os serviços que eram prestados foram cancelados até meados do século XX (RIBEIRO, 2010).

Já no ano de 1942 ocorre a entrada do setor de saúde na política de saneamento, fruto da geração do Serviço Especial de Saúde Pública (SESP), através de um programa de financiamento e assistência técnica do governo dos Estados Unidos, com o intuito de garantir salubridade para a exploração de materiais econômicos no período da Segunda Guerra Mundial. Em 1950 iniciam-se as assinaturas de convênios entre o SESP e municípios, com a finalidade de construir, financiar e operar sistemas de água e esgotos, assim deu-se origem aos serviços autárquicos no país (CAMPOS, 2007).

Para poder reestruturar o setor de saneamento, o governo federal, em meados de 1970, implementou o Plano de Saneamento Básico (PLANASA), procurando resolver o déficit do abastecimento de água e esgotamento sanitário ocasionado pelo crescimento da população nas grandes cidades durante a década de 1960. Com o PLANASA em vigor, criam-se as Companhia Estaduais de Saneamento Básico (CESB), surgindo 26 companhias regionais. Durante os anos 1980, ocorre a deterioração do PLANASA, juntamente com o fim do Banco Nacional da Habitação (BNH) no ano de 1986, o seu mais importante financiador. Como resultado, a política de saneamento permanece contingenciada até os primeiros anos do século XXI (LEONETI; DO PRADO; DE OLIVEIRA, 2011).

Em virtude dessa indefinição, no mês de janeiro de 2007, a Lei Nacional de Saneamento, - Lei n. 11.445/2007 foi promulgada. Com a lei em vigor, iniciou-se uma nova etapa no ciclo do saneamento no Brasil, novas diretrizes foram estabelecidas para o saneamento e para a política federal de saneamento básico no país, preenchendo uma antiga lacuna na legislação deste setor (FUNASA, 2015).

Segundo o Ministério da Economia (2019), 35 milhões de brasileiros, equivalente a toda população do Canadá, não possuem conexão com a rede de

abastecimento de água, e mesmo aqueles que possuem, não é possível afirmar que ao abrirem suas torneiras irão encontrar água.

Na figura 1 os dados mostram a grande falta de investimento e consequentemente os déficits que isso causa. Poucos recursos destinados a área, sendo que esta é de suma importância para que o país possa avançar em diferentes aspectos. Pois como ilustrado na figura 2, existe um abismo gigantesco entre as pessoas que possuem acesso ao saneamento básico e aquelas que não possuem acesso a este serviço, que é garantido através da Lei Nacional de Saneamento, - Lei n. 11.445/2007.

Figura 1 – Dados relacionados ao saneamento no Brasil

Fonte: Painel de Saneamento Brasil

Figura 2 – Dados relacionados ao saneamento no Brasil

Fonte: Painel de Saneamento Brasil

Na figura 3 é possível observar que o Brasil nunca esteve próximo de reduzir parcela dos habitantes sem coleta de esgoto, muito pelo contrário, este índice está cada vez maior, chegando a mais de 50% (110 milhões de brasileiros) da população

total, equivalente a população da França e Espanha somadas. Sendo que 73% não possuem sequer coleta (afastamento), assim convivem ao lado dos seus dejetos (TREVISAN, 2018). Os índices de acesso à água tratada e dos serviços de esgotamento sanitário se encontram aquém dos constatados por países com parâmetros de evolução econômica semelhante (TRATA BRASIL, 2018). Mesmo sendo a oitava economia do mundo, o Brasil possui uma condição de cobertura de água e esgoto abaixo de países como Iraque, Jordânia e Marrocos (EXAME, 2019).

Figura 3 – Comparativo de habitantes sem coleta de esgoto no Brasil entre os anos 2010 a 2017

Fonte: Painel de Saneamento Brasil

3.3 SANEAMENTO NO RIO GRANDE DO SUL

De acordo com a Confederação Nacional de Indústrias (CNI), o estado do Rio Grande do Sul (RS) detém uma cobertura de abastecimento de água e de tratamento de esgoto maior que a média do restante do país, porém somente 31,1% das águas residuais produzidas são coletadas no estado. Ademais, o valor investido conforme apontado na figura 4, no ano de 2017, em saneamento no estado foi apenas de R$ 42,57 por pessoa, ficando abaixo da média nacional (R$ 54,26).

O estado do Rio Grande do Sul possui índices alarmantes, na figura 5 são mostradas as gigantescas diferenças oriundas pela falta de saneamento no estado. Se comparar a renda per capita entre uma pessoa que possui acesso a saneamento básico e uma que não possui, tem-se que a pessoa com acesso possui uma renda 400% maior que uma pessoa sem acesso.

A figura 6 demonstra que no estado do RS os índices entre os anos 2010 e 2017, de habitantes sem acesso ao saneamento básico, se mantiveram praticamente iguais, porém em contrapartida os valores apresentados no gráfico 3 demonstram que as internações por veiculação hídrica caíram quase que pela metade.

Figura 4 – Dados relacionados ao saneamento no estado do Rio Grande do Sul

Figura 5 – Comparativo de habitantes sem coleta de esgoto no estado do Rio Grande do Sul entre os anos 2010 a 2017

Fonte: Painel de Saneamento Brasil

Figura 6 – Comparativo internações por veiculação hídrica entre os anos 2010 a 2017 no estado do Rio Grande do Sul67

3.4 SANEAMENTO NO MUNICÍPIO DE CASCA

Conforme o Plano de Saneamento Básico Municipal, a cidade de Casca não conta com coleta e tratamento de esgoto, na grande maioria das casas existentes na área urbana o sistema é basicamente formado apenas por fossas sépticas e sumidouros, sendo que em boa parte das residências existe apenas o sumidouro, popularmente conhecido por “poço negro”. Nas demais residências ocorre que as águas residuais geradas são diretamente despejadas no arroio que cruza o município, como pode ser observado na figura 7 e na figura 8, mesmo que estas estejam localizadas em Áreas de Preservação Permanente (APP) (PMSB CASCA, 2013).

Figura 7– Lançamento de Esgoto a céu aberto

Fonte: Prefeitura Municipal de Casca, 2013

Figura 8 – Lançamento de Esgoto diretamente no arroio em APP

Tabela 1 – Dados do Sistema de Esgotamento Sanitário no Município de Casca

Fonte: Adaptado de Atlas Esgoto: Despoluição de Bacias Hidrográficas (2017).

A tabela 1 aponta valores alarmantes do sistema de esgotamento sanitário do município de Casca, pois todo o esgoto gerado não é tratado, além disso a carga de DBO apresenta níveis elevados, o que demonstra a necessidade de tratamento do esgoto produzido.

Segundo o Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), o município ocupa a posição número 325 de 497 no ranking das cidades do estado do Rio Grande do Sul em relação ao esgotamento sanitário adequado. Na figura 9 é possível observar que no ano de 2016 aproximadamente 4% da população do munícipio sofreu com problemas ocasionados por diarreica aguda.

Figura 9 – Comparativo internações por diarreica aguda entre os anos 2015 a 2018 em Casca

Fonte: Secretaria Municipal de Saúde, Casca - RS (2019).

Parcela dos Esgotos Índice de atendimento Vazão (L/s) Carga Gerada (Kg DBO/dia) Carga Lançada (Kg DBO/dia)

Sem coleta e sem tratamento 70,60% 5,7 201,7 201,7

Soluções Individuais 23,70% 1,9 67,7 27,1

Com coleta e sem tratamento 5,70% 0,5 16,3 16,3

Com coleta e com tratamento 0% 0 0 0

8,1 285,7 245,1

3.5 DEMANDA BIOQUIMICA DE OXIGÊNIO (DBO)

Segundo o Portal de Tratamento de Água (2017) para que seja possível estabilizar ou decompor biologicamente a matéria orgânica lançada ou que esteja presente na água, exige o consumo de oxigênio (molecular) dissolvido na água durante os processos metabólicos desses organismos biológicos aeróbicos.

Tem-se por conceito de DBO, o volume de oxigênio molecular obrigatório à estabilização da matéria orgânica carbonada decomposta de forma aeróbica por meio biológico e por Demanda Química de Oxigênio, o volume de oxigênio molecular necessário à estabilização da matéria orgânica por meio químico (VALENTE; PADILHA; SILVA, 1997).

Os despejos orgânicos em recurso hídrico geram uma demanda de oxigênio, sendo esta uma demanda respiratória, visto que a oxidação desse material é feita unicamente por via enzimática, sendo assim trata-se de uma demanda bioquímica de oxigênio (PORTAL TRATAMENTO DE ÁGUA, 2017).

Para a Superbac Biotechnology Solutions (2019), a DBO é um parâmetro muito utilizado para medir a consumação de oxigênio na água. Este reflete o volume de oxigênio do meio que é absorvido pelos eixes e outros organismo aeróbicos e que utiliza de oxidação de matéria orgânica existente na água, ela é medida a 20° C.

A presença de elevado índice de matéria orgânica é capaz de provocar à total extinção do oxigênio na água, ocasionando o desaparecimento de peixes além de outras espécies de vida aquática, também pode gerar odores desagradáveis (NASCENTES; COSTA 2011).

Segundo a Mundo Educação (2018), a quantia de DBO é empregada para avaliar a carga orgânica dos efluentes e dos recursos hídricos, através destes índices é possível calcular qual a imprescindibilidade de aeração (oxigenação) para degenerar esta matéria orgânica nas ETE’s.

3.6 OXIGÊNIO DISSOLVIDO (OD)

A incorporação matéria orgânica em um corpo d’água tem efeito imediato no consumo de oxigênio dissolvido. Este se deve aos métodos de consolidação da matéria orgânica ocasionados pelas bactérias decompositoras, que usam o oxigênio acessível no ambiente líquido, para que seja possível ocorrer a sua respiração. A

diminuição da aglutinação de oxigênio dissolvido tem várias consequências, sendo este um dos principais problemas de poluição das águas.

O oxigênio dissolvido vem sendo usualmente utilizado para estipular o grau de poluição e de autodepuração nos corpos hídricos. Para medir a sua taxa é simples e pode ser explícito em acúmulos, contáveis e suscetíveis de formatação matemática.

As águas são partes de ambientes muito desprovidos de oxigênio, em função da pouca solubilidade do mesmo. No ar tem-se concentração na faixa de 270mg/l, enquanto que na água este valor chega próximo de 9mg/l. Com isso, se o consumo passar desta quantidade trará consideráveis consequências quanto a proporção de oxigênio dissolvido na massa líquida (VON SPERLING, 1996).

3.7 CARACTERISTICAS DOS ESGOTOS DOMÉSTICOS

As características dos esgotos se dá em razão dos usos que a água foi sujeitada. Tais usos, e a maneira como são processados, mudam conforme o clima, situação social e econômica, além dos hábitos da população (VON SPERLING, 1996). As tabelas 2 e 3 apresentam as principais características físicas e químicas, respectivamente, dos esgotos domésticos, listadas por Von Sperling (1996).

Tabela 2 – Principais características físicas dos esgotos domésticos

Fonte: Adaptado Von Sperling (1996).

Parâmetro Descrição - Ligeiramente superior à da água de abastecimento

- Variação conforme as estações do ano (mais estável que a temperatura do ar)

- Influência na atividade microbiana - Influência na solubilidade dos gases

- Influência na velocidade de reações químicas - Influência na viscosidade do líquido

- Esgoto fresco: ligeiramente cinza - Esgoto séptico: cinza escuro ou preto

- Esgoto fresco: odor oleoso, relativamente desagradável

- Esgoto séptico: odor fétido (desagradável), devido ao gás sulfidrico e a outros produtos da decomposição

- Despejos indústriais: odores característicos

- Causada por uma grande variedade de sólidos em suspensão

- Esgotos mais frescos ou mais concentrados: geralmente maior turbidez Cor

Odor

Turbidez Temperatura

Tabela 3 – Principais características químicas dos esgotos domésticos

Fonte: Adaptado de Von Sperling (1996).

Parâmetro Descrição

SÓLIDOS TOTAIS Orgânicos e Inorgânicos; suspensos e dissolvidos; sedimentáveis.

- Em suspensão

- Fixos - Componentes minerais, não incineráveis, inertes, dos sólidos em suspensão.

- Voláteis - Componentes orgânicos dos sólidos em suspensão.

- Dissolvidos

- Fixos - Componentes minerais dos sólidos dissolvidos.

- Voláteis - Componentes orgânicos dos sólidos dissolvidos.

- Sedimentáveis

MATÉRIA ORGÂNICA Mistura heterogênea de diversos compostos orgânicos. Principais componentes:

proteinas, carboidratos e lipídios

- Determinação indireta

- DBO5

- Demanda Bioquimica de Oxigênio. Medida a 5 dias, 20ºC. Está associada à fração biodegradável dos componentes orgânicos carbonáceos. É uma medida do oxigênio consumido após 5 dias pelos microorganismos na oxidação bioquímica da matéria orgânica.

- DQO

- Demanda Química de Oxigênio. Representa a quantidade de oxigênio requerida para estabilizar quimicamente a matéria orgânica carbonácea. Utiliza fortes agentes oxidantes (dicromato de potássio) em condições ácidas.

- DBO última

- Demanda Última de Oxigênio. Representa o consumo total de oxigênio, ao final de vários dias, requerido pelos microorganismos para a oxidação bioquímica da matéria orgânica.

- Determinação direta - COT

FÓSFORO O fósforo total existe na forma orgânica e inorgânica. É um nutriente indispensável no

tratamento biológico.

- Fósforo orgânico - Combinado á matéria orgânica.

- Fósfor inorgãnico - Ortofosfato e polifosfatos.

pH Indicador das características ácidas ou bácias do esgoto. Uma solução é neutra em

pH 7. Os processos de oxidação biológica normalmente tendem a reduzir o pH.

ALCALINIDADE Indicador da capacidade tampão do meio (resistência às variações do pH). Devido à

presença do bicarbonato, carbonato e ion hidroxila.

CLORETOS Provenientes da água de abastecimento e dos dejetos humanos.

ÓLEOS E GRAXAS Fração da matéria orgânica solúvel em hexanos. Nos esgotos domésticos, as fontes

são óleos e gorduras utilizados nas comidas.

- Carbono Orgânico Total. É uma medida direta da matéria orgânica carbonácea. É determinado através da conversão do carbono orgânico a gás carbônico. Principais características físicas dos esgotos domésticos

- Fração de sólidos orgânicos e inorgênicos que são retidos em filtros de papel com aberturas de dimensões padronizadas (0,45 a 2,0 µm).

- Fração dos sólidos orgânicos e inorgânicos que não são retidos nos filtros de papel descritos acima. No teste laboratorial, englobam também os sólidos coloidais.

- Fração dos sólidos orgânicos e inorgânicos que sedimenta em 1 hora no cone imhoff. Indicação aproximada da sedimentação em um tanque de decantação.

3.8 PARÂMETROS DE QUALIDADE DAS ÁGUAS RESIDUAIS

Von Sperling (1996) destaca os principais parâmetros relativos ao esgoto domésticos que merecem destaque especial devido à sua importância:

 Sólidos

 Indicadores de Matéria orgânica  Nitrogênio

 Fósforo 3.8.1 Sólidos

Von Sperling (2005), afirma que exceto os gases dissolvidos, todos os outros contaminantes da água favorecem para a carga de sólidos.

A figura 10 traz as classificações dos sólidos nos esgotos segundo Von Sperling (1996).

Figura 10 – Classificação dos sólidos nos esgotos

Fonte: Von Sperling (1996).

3.8.2 Matéria orgânica carbonácea

Para Von Sperling (2005), a matéria orgânica é a grande ocasionadora da poluição dos corpos d’água, devido ao fato da consumação de oxigênio que é dissolvido pelos microrganismos durante o processo metabólico de estabilização e utilização da matéria orgânica. Segundo (VON SPERLING, 2005 APUD METCALF & EDDY ,2003) os esgotos possuem as seguintes substâncias orgânicas:

 Compostos de proteína (40% a 60%);  Carboidratos (25% a 50%);

 Gordura e óleos (8% a 12%);

 Ureia, surfactantes, fenóis, pesticidas, metais e outros (menor quantidade). 3.8.3 Nitrogênio

Um dos componentes de extrema importância no que tange a geração e também do controle da poluição das águas é o nitrogênio, em razão dos aspectos a seguir (Von Sperling, 1996):

 Poluição das águas  Tratamento de esgotos 3.8.3.1 Poluição das águas

Elemento fundamental para o surgimento de algas, o nitrogênio, quando em certas condições, pode levar a fenômenos de eutrofização (aumento gradativo da concentração de material orgânico acumulado em um corpo hídrico) de lagos e represas. Durante os processos de transformação da amônia em nitrito e este em nitrato, o nitrogênio implica no consumo de oxigênio dissolvido no corpo hídrico receptor. Quando em formato de amônia livre, o nitrogênio é prontamente tóxico aos peixes. Já em formato de nitrato, o nitrogênio está ligado a doenças como a Metahemoglobinemia (condição clínica originada pela conversão excessiva da hemoglobina em metahemoglobina, que é incapaz de ligar-se e transportar Oxigênio) (VON SPERLING, 1996).

3.8.3.2 Tratamento de esgotos

O nitrogênio é parte fundamental para o surgimento dos microrganismos responsáveis pelo tratamento de esgotos, também nos processos de transformação da amônia em nitrito e este em nitrato (processo de nitrificação), que ocasionalmente possa acontecer em uma estação de tratamento de esgotos, implicando no consumo de oxigênio e alcalinidade. O nitrogênio durante a etapa de transformação do nitrato

em nitrogênio gasoso (processo de desnitrificação), que ocasionalmente possa acontecer em uma estação de tratamento de esgotos, acarreta em: - economia de oxigênio e alcalinidade (se realizado de maneira controlada), ou – deterioração da decantabilidade do lodo (se realizado de maneira descontrolada) (VON SPERLING, 1996).

3.8.4 Fósforo

Nutriente fundamental para o surgimento dos microrganismos encarregados pela estabilização da matéria orgânica. As vezes os esgotos domésticos detêm um teor suficiente de fósforo, porém este pode estar insuficiente em alguns despejos industriais. É imprescindível para o surgimento de algas, assim, em determinadas condições, levar a ocorrência de eutrofização de lagos e represas. O fósforo na água se manifesta basicamente em três formas (VON SPERLING, 1996):

 Ortofosfatos  Polifosfatos  Fósforo orgânico 3.8.4.1 Ortofosfatos

São prontamente disponíveis para o metabolismo biológico sem que haja necessidade de transformações em formas mais simples. As predominantes fontes de ortofosfatos na água são o solo, detergentes, fertilizantes, despejos de industrias e águas residuais (decomposição da matéria orgânica). A maneira como estes se manifestam na água depende do pH (potencial hidrogeniônico que mostra a acidez, neutralidade ou alcalinidade de uma solução aquosa) (VON SPERLING, 1996).

3.8.4.2 Polifosfatos

Os polifosfatos são moléculas de maior complexidade com dois ou mais átomos de fósforo. Estes polifosfatos se convertem em ortofosfatos por meio de hidrólise (reação de decomposição ou alteração de uma substância através da água), porém esta mudança é muitas vezes lenta (VON SEPRLING, 1996).

3.8.4.3 Fósforo orgânico

Apesar de possuir uma menor relevância nos esgotos domésticos, o fósforo orgânico pode ser significativo em águas residuais de indústrias e lodos provenientes do tratamento de esgotos. No tratamento de esgotos e nos corpos hídricos receptores, o fósforo orgânico é transformado em ortofosfatos (VON SEPRLING, 1996).

3.9 DOENÇAS RELACIONADAS COM A FALTA DE SANEAMENTO BÁSICO

Os serviços precários ou a ausência de saneamento básico estão diretamente ligados a diversas doenças, sendo algumas transmitidas pelo mosquito Aedes aegypti. As mesmas são ocasionadas através do consumo de água contaminada ou então através do contato da pele ou mucosas com a própria água, lixo ou solo contaminados (SENADO FEDERAL, 2016).

As doenças relacionadas à ausência destes serviços são apontadas como de simples prevenção, porém ocasionam inúmeros óbitos no país, especialmente em crianças menores de 5 anos (OLIVEIRA; SIMÔES, 2016).

De acordo com o Instituto Trata Brasil (2018), o descaso com a exposição ambiental ao esgoto e também com a falta de água tratada afeta a saúde principalmente de crianças e idosos. A reincidência de tais infecções atrapalha a sociedade visto que gera custos irreparáveis.

Infelizmente no Brasil é muito corriqueiro a alta poluição das águas, sendo que a grande parcela é referente aos esgotos não tratados, onde um volume imenso de resíduos puros percorre por sarjetas abertas chegando aos riachos e rios (G1, 2015). Ao longo do ano de 2017 o Sistema Único de Saúde (SUS), calculou que as internações hospitalares de pacientes no SUS, ocasionadas devido à ausência de saneamento básico e acesso à água potável, tiveram um custo de R$ 100 milhões (AGÊNCIA BRASIL, 2018).

Das doenças decorrentes de aspectos ambientais, como pobreza, desnutrição, péssima qualidade dos alimentos ingeridos, ausência de condições de higiene pessoal e falta de saneamento básico, as diarreias encontram-se em primeiro lugar (SENADO FEDERAL, 2016).

Na figura 11 tem-se um comparativo de internações causadas por doenças de veiculação hídrica, sendo possível observar que mesmo sem mudança nos índices de

atendimento de saneamento básico, o país teve uma redução significativa nesse período, diminuiu em praticamente 50% dos casos, porém poderia alcançar número ainda melhores caso a pauta da questão de saneamento básico recebesse maiores incentivos.

Figura 11 – Comparativo internações por veiculação hídrica no Brasil entre os anos 2010 a 2017

Fonte: Painel de Saneamento Brasil

No ano de 2013, o Brasil contabilizou mais de 14 milhões de casos de afastamento por diarreia ou vômito, em cada afastamento as pessoas precisaram ser afastadas de suas atividades em média por 3,32 dias. Ou seja, essas doenças provocaram 49,8 milhões de dias de afastamento no decorrer de um ano (TRATA BRASIL, 2018).

As principais doenças provocadas pela ausência de saneamento básico são:  Febre Tifoide  Febre Paratifoide  Shigelose  Cólera  Hepatite A  Amebíase  Giardíase  Leptospirose  Dengue

 Esquistossomose

3.10 ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ESGOTO

De acordo com a Companhia Riograndense de Saneamento (CORSAN), a água possui diversas utilidades durante o dia-a-dia, é usada para tomar banho, nas descargas de vasos sanitários, assim como para lavar a louça. Após ser descartada, a mesma passa a ser denominada de “Esgoto”, tendo assim várias origens além de doméstica, pluvial (água proveniente das chuvas), e industrial (água que foi usada em atividades industriais). Após a sua utilização, o esgoto sai das residências e chega à estação de tratamento, denominada ETE.

A ABNT NBR 12209:2011 define ETE como “conjunto de unidades de tratamento, equipamentos, órgãos auxiliares, acessórios e sistemas de utilidades, cuja finalidade é a redução das cargas poluidoras do esgoto sanitário e condicionamento da matéria residual resultante do tratamento.”.

De acordo com a SANESUL (2018), por meio de processos químicos e biológicos de decomposição, regidos pelo padrão de saúde da Resolução do Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA) n° 357/2005, as ETE’s são capazes de tratar o esgoto.

3.11 SANEAMENTO BÁSICO E A ECONOMIA

Investir em obras de saneamento gera empregos e aumentam a renda econômica. Segundo o coordenador de comunicação do Instituto Trata Brasil, Rubens Filho “O saneamento básico é um dos fatores determinantes para a economia de um país e, infelizmente, o Brasil ainda tem indicadores dos séculos 18 e 19 na área.[...]” (EXAME, 2018).

O trabalhador que possui acesso à rede de esgoto é capaz de elevar a sua produtividade em 13,3%, provocando um aumento de sua renda nos mesmo índices. O cálculo é que a massa de salários, que no ano de 2010 girava por volta de R$ 1,1 trilhão, aumenta-se em 3,8%, gerando um ganho na renda de R$ 41,5 bilhões a cada ano (G1, 2010).

Totalizando os investimentos em saneamento no país mantiveram em torno de 142 mil empregos a cada ano e geraram R$ 11,025 bilhões a cada ano de renda na

economia nacional, dentre os anos de 2005 a 2015, observados na tabela 4. Ou seja, a cada R$ 1.000,00 investidos em obras de saneamento, gerou-se uma renda de R$ 1.190,00 na economia, essa relação mostra o efeito positivo na multiplicação da renda através de investimentos em saneamento (TRATA BRASIL, 2018).

Tabela 4 – Renda e empregos diretos, indiretos e induzidos no Brasil, média anual de 2005 a 2015

Fonte: Instituto Trata Brasil, 2018

Com a universalização do saneamento básico, em um período de 20 anos os benefícios econômicos e sociais poderiam alcançar o montante de R$ 537 bilhões (G1, 2017).

Reduzir casos de internações causadas por infecções gastrointestinais através da universalização do saneamento básico ocasionaria uma grande diminuição de gastos para o SUS. Reduzindo em no mínimo 74,6 mil casos por ano ocasionaria uma economia de R$ 27,3 milhões anualmente, conforme pode ser observado na tabela 5, sendo 52,3% no Nordeste e 27,2% no Norte, os outros 20,5% restantes englobam as regiões Sudeste, Sul e Centro-Oeste do país (CEBDS; TRATA BRASIL, 2014).

Tabela 5 – Internações que poderiam ser evitadas com a universalização do saneamento

Fonte: Conselho Empresarial Brasileiro para o Desenvolvimento Sustentável, 2014

O saneamento é capaz de valorizar atividades econômicas que necessitam de condições ambientais adequadas para seu funcionamento, como, por exemplo, o turismo. A renda perdida com as atividades turísticas subdesenvolvidas chegou aproximadamente a R$ 9,443 bilhões em 2015. Desse total, R$ 5,816 bilhões deixaram de ser gerados através do trabalho e R$ 3,627 bilhões de lucros em impostos que não foram arrecadados devido a deterioração ambiental de áreas por ausência de saneamento básico (TRATA BRASIL, 2018).

Durante os anos de 2005 e 2015, assim observados na tabela 6, os ganhos passaram os gastos em R$ 146,7 bilhões, mostrando benefícios expressivos para a sociedade brasileira podendo ser atribuídos ao avanço do saneamento (TRATA BRASIL, 2018).

Tabela 6 – Custos e benefícios da expansão do saneamento no Brasil entre 2005 e 2015

4 METODOLOGIA

Este trabalho visa dimensionar uma estação de tratamento de esgoto doméstico capaz de suprir a demanda do município de Casca-RS. Para que se possa decidir quanto ao tipo de processo a ser usado no tratamento das fases liquida e sólida, é preciso buscar, principalmente, um equilíbrio entre critérios técnicos e econômicos, com a avaliação das eficiências quantitativas e qualitativas de cada alternativa (VON SPERLING, 1996).

Von Sperling (1996) lista os principais itens que julga necessários analisar conforme a classificação de cada país. Ao observar a figura 12, percebe-se que em países em desenvolvimento, como é o caso do Brasil, é fundamental levar em conta quatro critérios: Custo de operação; Custos de implantação; Sustentabilidade e Simplicidade.

Figura 12 – Aspectos importantes na seleção de sistemas de tratamento de esgotos em países desenvolvidos e em desenvolvimento

A METODOLOGIA utilizada para o estudo está demonstrada no fluxograma da figura 13.

Figura 13 – Fluxograma de estudo do problema

Fonte: Autor, 2019 Revisão Bibliográfica Definição de parâmetros, através de bibliografias relevantes, para dimensionamento Dimensionamento • Através dos métodos de dimensionamento de Marcos Von Sperling para Lagoa Aerada de Mistura

Completa e Lagoa de Decantação. (2006).

Discussão de Resultados

5 MÉTODOS E RESULTADOS

Antes de dar início a qualquer dimensionamento ou modelo de tratamento, é necessário estabelecer com o entendimento de qual será o objetivo do tratamento dos esgotos, além do grau que será necessário para processar o mesmo (VON SPERLING, 1996).

Proveniente de residências, os esgotos domésticos são compostos basicamente por: águas cinzas (provenientes do banho e de lavatórios), excretas, algumas vezes por restos de comida, sabão, detergentes e águas de lavagem (FNS, 2006).

A produção de esgoto está atrelada ao consumo de água, desse modo pode sofrer alterações a depender da estação do ano, dia e horário. Tais mudanças normalmente, são elevadas em pequenas comunidades ao invés de grandes comunidades e também mais altas em curtos períodos ao invés de longos períodos (MACKENZIE, 2010).

A Norma Brasileira (NBR)12209/2011 – Elaboração de projetos hidráulicos-sanitários de tratamento de esgotos hidráulicos-sanitários, estabelece 4 fases de tratamento, sendo elas:

 Tratamento Preliminar;  Tratamento Primário;  Tratamento Secundário;  Tratamento Terciário.

Segundo Von Sperling (1996), cada uma dessas fases de tratamento possui um objetivo diferente, sendo que no tratamento preliminar o objetivo é apenas de remover os sólidos grosseiros, já no tratamento primário tem por função remover os sólidos sedimentáveis, além de parte da matéria orgânica. Nestes dois processos os mecanismos físicos são predominantes na remoção dos poluentes. No tratamento secundário, os mecanismos biológicos prevalecem, pois, o objetivo principal é a remoção da matéria orgânica e em alguns casos nutrientes como nitrogênio e fósforo. Já o tratamento terciário, raramente empregado no Brasil, tem por objetivo a eliminação de poluentes na maioria dos casos tóxicos ou então compostos não biodegradáveis. Em outros casos, visa a eliminação de poluentes não removidos de forma suficiente no tratamento secundário.

5.1 TRATAMENTO PRIMÁRIO

Os tanques sépticos, muitas vezes chamados de fossas sépticas, vem sendo empregados desde o século XIX, pois se trata de uma solução individual, ou até coletiva, para que se possa tratar os esgotos sanitários. Essas construções alinham simplicidade, economia e necessitam de pouca manutenção, tendo apenas a necessidade de limpeza periódica, este período varia conforme cada projeto, através disso tal solução é muito difundida pelo mundo (ANDREOLI, 2009).

O funcionamento de um tanque séptico, segundo a Fundação Nacional de Saúde (FNS, 2006), possui quatro etapas, descritas abaixo:

 Retenção: o esgoto fica preso na fossa por um tempo definido de forma coerente, que varia conforme projeto;

 Decantação: paralela à fase de retenção, realiza-se uma sedimentação de 60 a 70% dos sólidos em suspensão compreendidos nos esgotos, originando assim o lodo. Parcela dos sólidos não decantados, composto por óleos, graxas, gorduras e outros materiais misturados com gases é contida na superfície livre do líquido, no interior do tanque séptico, chamados de escuma;

 Digestão: tanto o lodo como a escuma são agredidos por bactérias anaeróbias, causando uma eliminação total ou parcial de organismos patogênicos;

 Redução de Volume: através da digestão, originam-se gases, líquidos e grande redução de volume dos sólidos retidos e digeridos, que obtêm características estáveis.

Figura 14 – Funcionamento Geral de um Tanque Séptico

Fonte: FNS, 2006

Desse modo, pode-se estabelecer, com base no esquema da figura 14, que o lodo sofreu o primeiro tratamento, e a sua matéria restante, aproximadamente 70% do volume gerado, será recolhida via caminhão limpa-fossa para posterior tratamento. Após o recolhimento, os resíduos coletados serão destinados a estação de tratamento de esgoto doméstico, onde haverá um leito de secagem através de tanques em séries, que farão a separação do efluente líquido e do efluente sólido do lodo restante.

5.2 LEITO DE SECAGEM

Um do mais empregados e também um dos mais antigos métodos existentes no Brasil, é o leito de secagem. Mesmo que o uso de novas tecnologias mecanizadas terem crescido no decorrer dos últimos anos, ainda há o costume de se escolher o leito de secagem para o desaguamento de lodo em ETE municipais, já que além do clima ser benéfico a secagem natural, a população de 44% dos municípios brasileiros, segundo dados do IBGE (2015), é de 10.000 habitantes ou menos (DA SILVA; ACHON; COIMBRA 2017).

Este processo de secagem do lodo está totalmente atrelado ao tratamento primário, pois após ocorrer este processo, o mesmo será disposto no leito de secagem para que o mesmo sofra com processos naturais de secagem para posterior retirada e então dar o devido destino, também podendo ser caracterizado como uma forma de tratamento primário.

Conforme apresentado no esquema da figura 15, no fundo do leito de secagem conterá uma camada de brita que através do processo de sedimentação retém o lodo, restando somente o efluente líquido, que posteriormente será destinado ao tratamento secundário.

Figura 15 – Corte Esquemático dos Leitos de Secagem

Fonte: Autor, 2020

5.3 TRATAMENTO SECUNDÁRIO

A base do tratamento secundário de esgotos domésticos está na inserção de uma etapa biológica. O principal objetivo desta etapa consiste na extração da matéria orgânica, sendo que a mesma se manifesta das seguintes formas:

 Matéria orgânica dissolvida (DBO solúvel);

 Matéria orgânica em suspensão (DBO suspensa ou particulada). O suporte de todo o processo biológico está no contato ativo entre esses organismos e o material orgânico englobado nos esgotos, de um jeito que esse venha

a ser usado como alimento pelos microrganismos. Os microrganismos transformam a matéria orgânica em gás carbônico, água e material celular. Tal redução biológica do material orgânico necessita a presença de oxigênio como item essencial dos processos aeróbios, além da conservação de outras condições ambientais propícias, como temperatura, pH, tempo de contato entre outros (VON SPERLING, 1996).

Dentre os diversos métodos de tratamento secundário, optou-se pelo sistema de “Lagoas Aeradas de mistura completa – Lagoas de decantação”.

5.3.1 Lagoas aeradas de mistura completa – lagoas de decantação

Com a finalidade de reduzir o volume da lagoa aerada e ao mesmo tempo aumentar o nível de aeração, de modo que aconteça uma turbulência tal que, além de sustentar a oxigenação, proporcione ainda que todos os sólidos sejam retidos em suspensão no meio líquido. Juntamente aos sólidos retidos em suspensão e em mistura completa contêm, além da matéria orgânica do esgoto bruto, também as bactérias (biomassa).

Há, em decorrência, uma elevada acumulação de bactérias no meio líquido, além de um maior contato entre matéria orgânica-bactérias. Desse modo, a eficiência do sistema cresce bastante, possibilitando que o volume da lagoa aerada seja bastante abreviado. O tempo de detenção típico na lagoa aerada é na faixa de 2 a 4 dias.

A biomassa fica em suspensão em todo o volume da lagoa, e então a mesma vem a sair junto do efluente da lagoa. Sendo que esta biomassa é também matéria orgânica, mesmo que de uma natureza distinta da DBO do esgoto bruto. Se esta nova matéria orgânica fosse despejada diretamente no corpo receptor, a mesma iria realizar também uma demanda de oxigênio, o que causaria a degradação da qualidade das águas.

Por isso é fundamental, que se tenha uma unidade a jusante, na qual os sólidos em suspensão (na grande maioria a biomassa) possam vir a sedimentar.

Como alternativa tem-se a Lagoa de decantação, visto que essa tem a finalidade básica de permitir a sedimentação e acúmulo dos sólidos.

O tempo de detenção do efluente na lagoa de decantação será bem reduzido, algo entre 2 dias. Nesta etapa os sólidos irão para o fundo, onde os mesmos

serão retidos por um período de no máximo 5 anos e então serão removidos (VON SPERLING, 1996).

Como alternativa para melhorar a qualidade do efluente final, será acrescida uma outra lagoa em série, que terá por finalidade o polimento do efluente gerado na lagoa anterior.

5.4 FLUXOGRAMA E LAYOUT DE TRATAMENTO

Estabelecidos os tratamentos necessários, é importante demonstrar como ocorrerá o processo, desde a geração até o destino final do lodo doméstico. Para isso demonstrou-se, via fluxograma, apresentado na figura 16, e um layout esquemático, apresentado na figura 17.

Figura 16 – Fluxograma de Processo de Coleta e Tratamento de Lodo Doméstico

Figura 17 – Layout do Processo de Coleta e Tratamento de Lodo Doméstico

Fonte: Autor, 2020

5.5 PARÂMETROS DE ENTRADA PARA PROJETO

5.5.1 Estimativa de lodo gerado na cidade de Casca

Para estimar a quantidade de lodo gerada por uma pessoa, usou-se da NBR 7229/1992 – Projeto construção e operação de sistemas de tanques sépticos, item 5.5, “Contribuição de lodo fresco”, onde tem-se que a contribuição de lodo fresco é estimada conforme a “tabela 1” da referida norma, a qual sugere que para residências de padrão médio a contribuição de despejos é de “130L/pessoa x dia” ou “0,13m³/pessoa x dia”.

Como o último censo populacional havia sido realizado no ano de 2010, foi necessário estimar, através de projeção aritmética baseada nos censos populacionais da tabela7, a população urbana para o ano de 2020. Assim tem-se que em 2020 a população urbana estimada do município é de 6184 habitantes.

Tabela 7 – Censos Populacionais de 1991 a 2010 do município de Casca

Ano População Total (hab) População Urbana (hab) 1991 7620 3012 2000 8440 4118 2010 8651 5090

a) Lista dos anos e populações: t0 = 1991 P0 = 3012 t1 = 2000 P1 = 4118 t2 = 2010 P2 = 5090 b) Projeção aritmética: K_a= P2−P0 t2−t0 = 5090−3012 2010−1991 = 109,3684

População estimada para o ano de 2020 (t):

P_t= P0 + K_a . (t − t0) = 3012 + 109,3684 . (2020 – 1991) = 6184hab.

Com esse dado populacional e o dado de contribuição de lodo, é possível estimar, através do cálculo global, que os habitantes da área urbana produzem em média 565 m³ de lodo por dia, conforme descrito abaixo:

É necessário ressaltar que no processo de redução de volume que ocorre na fossa séptica, resta algo entre 60% e 70% do volume inicialmente gerado, com isso foi adotado o valor de 70% para o cálculo.

5.5.2 Volume coletado e população atendida, por dia

Um dado muito importante de se conhecer antes de iniciar qualquer cálculo de dimensionamento, é o volume aproximado de coleta por dia. Este dado será capaz de fornecer um período aproximado do tempo entre uma coleta e outra.

Através de consultas a empresas credenciadas para o serviço de limpeza de fossa, chegou-se a estimativa de que um caminhão com capacidade de armazenamento de até 8m³, é capaz de fazer a limpeza de 1m³ em aproximadamente 30 min, sendo que este tempo pode variar, seja para mais ou para menos, a depender do local em que a fossa séptica está disposta.

Sendo assim é possível levantar que em 8 horas de serviços diários, descontou-se 1 hora, das 8 horas de serviço, para locomoção e logística de descarga do caminhão, é possível coletar algo próximo de 14 m³ em um único dia. Para tanto, o mesmo foi estimado através de cálculos lógicos (regra de 3) a seguir:

Foi estipulada a necessidade de haver dois caminhões, ambos com capacidade de 8m³, para a realização da mesma. Sendo assim, a capacidade de limpeza dobrara, chegando a aproximadamente 28m³ por dia, expressa no cálculo abaixo:

14 m³ + 14 m³ = 28 m³

Com base no valor anteriormente levantado, é possível estimar a quantidade de pessoas que serão atendidas por dia. Utilizando-se da mesma lógica adotada no cálculo de volume gerado, podemos considerar que para atendermos a população total, de 6184 habitantes, seria necessário coletar 565 m³, aproximadamente, em um dia, sendo assim ao coletar 28 m³, estará sendo atendida uma quantidade aproximada de 307 habitantes, conforme cálculo demonstrado na sequência:

Ao estimar a população atendida, pode-se prever em média quantas residências serão atendidas em um único dia de serviço. Como não é possível saber de exatidão quantas pessoas residem em cada casa, adotou-se o valor de 3 pessoas (1 casal + 1 criança) para cada residência. Desse modo, ao dividir a quantia de 307 habitantes por 3 pessoas cada casa, obtêm-se a quantia de aproximadamente 103 residências, demonstrado no cálculo abaixo:

307 ÷ 3 ≈ 103 residências por dia

É importante ressaltar que esses dados estimados podem variar no dia-a-dia, tanto para mais quanto para menos, pois variáveis como topografia do local da fossa, condições climáticas podem influenciar diretamente no bom andamento do serviço. 0,5 h = 1 m³ 7 h = X X = 14m³ 6184 hab. = 565 m³ X = 28 m³ X = 307 hab.

5.5.3 Zoneamento de coleta

O município de Casca possui uma área urbana aproximada de 4,10 km², dessa forma pode-se estipular, ao dividir a quantidade de habitantes estimados, pela área urbana que o município possui, chegando assim a densidade de aproximadamente 1509 hab/km², tal estimativa está demonstrada através do cálculo:

6184 ÷ 4,10 ≈ 1509 hab/km²

Através desta estimativa, é possível determinar a área de coleta diária, pois sabendo que se em 1 km² terá 1509 hab., então em através de operação matemática conhecida (regra de 3) e anteriormente demonstrada, chega-se a área estimada de 0,21km² para 307 hab. O mesmo é expresso da seguinte maneira:

As zonas de coleta foram divididas em círculos numerados de 1 a 20, conforme demonstrado na figura 18, pois ao dividir a área urbana total pela área de zona de coleta, tem-se o resultado aproximado de 20 zonas de coleta, que também pode ser considerado o período, em dias, entre uma coleta e outra, dado pelo cálculo:

4,10 ÷ 0,21 ≈ 20 zonas de coleta

Conhecendo a quantidade de zonas de coleta, então define-se a geometria da mesma, que será um círculo, e para obter seu diâmetro foi feito um cálculo reverso, pois com a área total da zona de coleta, fez-se o processo inverso para obter a medida da zona de coleta, através da fórmula ‘ 𝑨 = 𝝅𝒓𝟐_{‘. Assim estipulou-se que o raio da} mesma será de 0,26 km. O mesmo está descrito abaixo:

0,21 = πr

𝐫 = 𝟎, 𝟐𝟔

307 = X

Figura 18 – Mapa das zonas de coleta

Fonte: Autor, 2020

5.6 DIMENSIONAMENTO DAS LAGOAS

5.6.1 Lagoa aerada de mistura completa

O dimensionamento da lagoa aerada de mistura completa deu-se através de cálculos e parâmetros sugeridos por Von Sperling (2006), sendo os mesmos demonstrados a seguir:

 Lodo coletado diariamente (Q) = 28m³/d

 Tempo de detenção (t) entre 2 e 4 dias, adotado 3 dias;

 Coeficiente de produção celular (Y) entre 0,4 e 0,8 (mgX_v/mgDBO₅), adotado 0,6 (𝐦𝐠𝐗_𝐯/𝐦𝐠𝐃𝐁𝐎_𝟓);

 Coeficiente de decaimento bacteriano (Kd) entre 0,06 e 0,08 (d−1), adotado 0,07 (𝐝−𝟏);

 Coeficiente de remoção da DBO (K’) entre 0,01 e 0,03(mg/l)−𝟏_(d)−1_, adotado 0,02 (𝐦𝐠/𝐥)−𝟏(𝐝)−𝟏;

 DOB total (DBO_tot) (S₀) = 300mg/l - valor usual segundo a Agência Estadual de Meio Ambiente de Pernambuco (CPRH, 2000);

 DBO particulada efluente (DBO_part) entre 0,4 e 0,8 (mgDBO₅/mgX_v), adotado 0,6(𝐦𝐠𝐃𝐁𝐎_𝟓/𝐦𝐠𝐗_𝐯);

 Estimativa da concentração de DBO solúvel efluente (S), adotado 50mg/l;

 Eficiência da lagoa de decantação na remoção de sólidos em suspensão voláteis (SSV) (E) = 85%;

 Coeficiente do consumo de oxigênio (a) entre 1,1 a 1,4 kg0₂/kgDBO₅ removida, adotado 1,25𝐤𝐠𝟎_𝟐/𝐤𝐠𝐃𝐁𝐎_𝟓;

 Eficiência de oxigenação padrão (EO) = 1,8 𝐤𝐠𝟎𝟐/𝐤𝐖𝐡 a) Volume necessário: V= Q x t = 28 x 3 = 84m³

b) Área necessária: A = V/H = 84/3,5 = 24m² Dimensões adotadas: 5,0m x 5,0m

c) Estimativa da concentração de SSV na lagoa aerada:

X

=

1+K_d.t

Xv =

0,6.(300−50)

1+0,07.3 = 124mg/l

É necessário fazer uma correção para o item ‘c’. Na estimativa inicial de ‘S= 50mg/l’ deve ser corrigida para ‘S= 40mg/l’, descrito no item ‘d’, para que se possa alcançar uma concentração ideal, dessa forma tem-se para a estimativa de SSV o valor de

X

=

d) Estimativa da DBO solúvel efluente:

S =

1+K′.Xv.t

S =

e) Estimativa da DBO particulada efluente:

DBO

=

Este valor do item ‘e’ é muito elevado e por isso o efluente não pode ser lançado no corpo receptor de forma direta. Como estimou-se uma eficiência de remoção de SSV em 85%, então a concentração de SSV será de:

SSV

=

100

. SSV

=

(100−85)

100 . 124 = 18,60𝐦𝐠𝐃𝐁𝐎𝟓/l Sendo assim a DBO particulada no efluente final vai ser de:

DBO

=

E =

S0

=

300−51,16

300 . 100 = 83%

h) Requisitos de oxigênio:

RO = (

1000

) ÷ 24h =

1,25.28.(300−40)

1000

÷ 24 =

i) Requisitos de energia no campo: 60% da EO = 0,6*1,8 = 1,1𝐤𝐠𝟎_𝟐/𝐤𝐖𝐡 j) Potência requerida: Pot = 𝑅𝑂

𝐸𝑂

𝑥 1,36𝐶𝑉 =

1,1 x 1,36 = 0,47 CV

k) Aerador:

Conforme os cálculos apresentados anteriormente, foi estipulado 1 aerador submerso de modelo AR – 35 – 65, conforme a figura 19:

Figura 19 – Modelo do aerador submerso