GUILHERME FREIRE BARBOSA
AVALIAÇÃO PRELIMINAR DO REÚSO AGRÍCOLA DOS
EFLUENTES DA ETE JUNDIAÍ/GUARAPES
NATAL-RN
2020
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE TECNOLOGIA
Guilherme Freire Barbosa
Avaliação Preliminar do Reúso Agrícola dos Efluentes da ETE Jundiaí/Guarapes
Trabalho de Conclusão de Curso na modalidade Artigo Científico, submetido ao Departamento de Engenharia Civil da Universidade Federal do Rio Grande do Norte como parte dos requisitos necessários para obtenção do Título de Bacharel em Engenharia Civil.
Orientador: Prof. Dr. Paulo Eduardo Vieira Cunha.
Natal-RN 2020
Seção de Informação e Referência
Catalogação da Publicação na Fonte. UFRN / Biblioteca Central Zila Mamede Mariz Medeiros.
Avaliação Preliminar do Reúso Agrícola dos Efluentes da ETE Jundiaí/Guarapes
Trabalho de conclusão de curso na modalidade Artigo Científico, submetido ao Departamento de Engenharia Civil da Universidade Federal do Rio Grande do Norte como parte dos requisitos necessários para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil.
Aprovado em: 24/07/2020
BANCA EXAMINADORA
___________________________________________________ Prof. Dr. Paulo Eduardo Vieira Cunha – Orientador
___________________________________________________ Eng. Gilbrando Medeiros Trajano Junior – Examinador externo
___________________________________________________ Eng. Fernando Levi Jales de Brito – Examinador externo
Natal-RN 2020
RESUMO
Em vários lugares do mundo, a disponibilidade de água torna-se menor, desta forma é cada vez mais comum a procura por meios alternativos e sustentáveis para sua obtenção, sendo um deles a reutilização de efluentes tratados. Regiões como as semiáridas, presentes no Nordeste do Brasil, são as mais afetadas. Nesse contexto, Natal-RN – capital de um dos estados nordestinos – passa por uma ampliação do seu sistema de esgotamento sanitário, fato que apresenta grande potencial para reúso do acréscimo de esgoto tratado obtido com essa ampliação. Tendo em vista essa situação, o presente trabalho objetivou analisar a viabilidade de reúso agrícola dos efluentes a serem tratados nas novas estações atualmente em implantação, em relação à do seu tratamento complementar (exigido no processo de licenciamento ambiental) a partir do levantamento de seus custos de implantação e operação, de modo a levar também em consideração impactos ambientais e sociais de cada um. Os resultados mostraram uma implantação mais onerosa do sistema de reúso em relação ao tratamento complementar. Contudo, a operação do sistema de reúso se mostrou bem mais viável economicamente, de modo que a diferença nos custos de implantação seria inevitavelmente abatida em poucos anos. O sistema de reúso também apresentou vantagem na esfera ambiental, pois foi levado em consideração que os efluentes tratados não seriam mais despejados em rios, como seriam com o tratamento complementar, reduzindo possíveis impactos negativos nos estuários. Ademais, o sistema irá gerar uma receita proveniente da sua atividade agrícola, de modo a gerar empregos diretos e indiretos para a população local e dos arredores.
Palavras-chave: Reúso agrícola, Custos de implantação e operação, Viabilidade econômica, Sustentabilidade.
ABSTRACT
In several places around the world, the water availability becomes less, so it is increasingly common to seek alternative and sustainable ways to obtain it, one of which is the reuse of treated effluents. Regions such as the semiarid regions, present in the Northeast Brazil, are the most affected. In this context, Natal-RN - capital of one of the northeastern states - undergoes an expansion of its sewage system, a fact that has great potential for reusing the addition of treated sewage obtained with this expansion. In view of this situation, the present study aimed to analyze the viability of agricultural reuse of the effluents to be treated in the new stations currently being implemented, in relation to their complementary treatment (required in the environmental licensing process) from the survey of their costs of implementation and operation, in order to also take into account environmental and social impacts of each one. The results showed a more expensive implantation of the reuse system in relation to the complementary treatment. However, the operation of the reuse system proved to be much more economically viable, so that the difference in implementation costs would inevitably be surpassed in a few years. The reuse system also had an advantage in the environmental sphere, as it was taken into account that the treated effluents would no longer be discharged into rivers, as it would be with complementary treatment, reducing possible negative impacts on the estuaries. In addition, the system will generate revenue from its agricultural activity, as it generate direct and indirect jobs for the local population and its surroundings.
Keywords: Agricultural reuse, Implementation and operation costs, Economic viability, Sustainability.
1. INTRODUÇÃO
A água é essencial para a manutenção da existência da maioria dos seres vivos do planeta, sem a qual nenhuma forma de vida conhecida sobreviveria. Em todos os organismos vivos, ela atua em funções importantes que são essenciais para o funcionamento adequado de um organismo. No corpo humano – composto em média por 70 a 75% de água – essa substância exerce variadas atividades essenciais para garantir o equilíbrio e funcionamento adequado do organismo como um todo (MIRANDA, 2004).
Justamente pela sua tamanha importância, é necessário olhar com mais atenção e cuidado para alguns fatos que, em conjunto, vêm tornando cada vez mais difícil o acesso à água de qualidade em algumas regiões, sejam elas urbanas ou rurais.
Um desses fatos é o crescimento desordenado da população mundial, juntamente com a expansão não planejada das cidades – de modo a causar um acréscimo abrupto na sua demanda -, tendo em vista que a quantidade de água no planeta não acompanha linearmente o aumento populacional. Dessa forma, a escassez da água passa a ser um fator limitante para o crescimento das cidades, que necessitam dela para o seu desenvolvimento urbano, industrial e agrícola, principalmente quando se trata das regiões áridas e semiáridas, as quais sofrem historicamente pela escassez de água (HESPANHOL, 2002).
Além disso, outro fator que assola a disponibilidade da água potável é a poluição de mananciais pelo homem, seja a contaminação por esgoto doméstico, petróleo, metais pesados ou resíduos sólidos. O esgoto doméstico não tratado, por exemplo, quando despejado de forma indevida no manancial, aumenta os riscos para que ele se torne um corpo d’água insalubre não só para os humanos que costumam coletar água do local, mas também para a fauna aquática. O aumento da matéria orgânica na água, através da estabilização aeróbia da mesma, consumirá o oxigênio e, por conseguinte, reduzirá a quantidade desse gás disponível no manancial, além da possível presença de microrganismos patogênicos que podem ocasionar doenças. O lançamento de esgotos contribui ainda com o aporte de nutrientes, notadamente nitrogênio e fósforo e consequentemente com o processo de eutrofização, sobretudo em corpos de água lênticos.
Esses são alguns dos agravantes, além dos climáticos, que levaram o Brasil a uma séria crise hídrica em 2014, a qual se instalou em um país que detém 12% das reservas de água doce do mundo e 3% da população mundial, revelando o que pode causar uma má gestão dos recursos hídricos. As regiões sudeste e central do Brasil foram as afetadas pela crise, provocando um racionamento em 19 cidades, além do surgimento de tensões e disputas pelos recursos hídricos cada vez mais escassos (THE GUARDIAN, 2014).
Nesse contexto, há de se buscar alternativas que atenuem a gravidade desse problema. Uma solução que já é praticada com sucesso em algumas partes do mundo, como Israel, é a dessalinização, que vem atenuando seu problema de crise hídrica (KRESCH, 2015). Outra alternativa é buscar recursos hídricos em bacias vizinhas, a exemplo do que ocorre em São Paulo com o sistema Cantareira, o qual faz transposição entre duas bacias hidrográficas, importando água da Bacia do Rio Piracicaba para a Bacia do Alto Tietê (ANA, 2017). No caso de Natal, essa importação de água é estudada através do rio Maxaranguape, que apresenta disponibilidade de águas superficiais suficiente, em quantidade e qualidade, para suprir as demandas atuais da capital (FUNPEC, 2008). Entretanto, ambas opções citadas apresentam um alto custo, não sendo, em muitos casos, viável economicamente, principalmente para as regiões áridas.
Outra possibilidade para o aumento da oferta de água é o reaproveitamento dos efluentes domésticos após a sua depuração, prática conhecida comoo reúso de esgoto. Essa alternativa é trazida para os dias de hoje, mas a história mostra como ela é antiga, havendo relatos dessa prática desde a Grécia Antiga (CETESB, 2015). Da antiguidade à atualidade, a exemplo de Países como Israel, África do Sul, Estados Unidos, Espanha e Alemanha que praticam, de
6 acordo com os critérios de regulação estabelecidos, o reúso de água de maneira complementar aos seus recursos hídricos (ALCALDE-SANZ; GAWLIK, 2017).
Essa prática não poderia ser mais oportuna e conveniente ao Rio Grande do Norte, pelos seguintes motivos. Um deles é a presente escassez hídrica, principalmente na sua região semiárida, que representa 91,68% da sua área (BRASIL, 2005). Outro motivo é a ampliação do sistema de esgotamento sanitário da sua capital, Natal, que após concluída gerará cerca de 2 m3/s de efluentes tratados. Some-se a isso, a necessidade de se implantar (em razão do risco de eutrofização do corpo receptor) nas novas estações de tratamento unidades específicas para remoção de nutrientes, as quais além do elevado valor de implantação possuem altos custos de operação (energia elétrica, consumo de produtos químicos e transporte e disposição final de lodo). Dessa forma, tem-se a oportunidade de ofertar uma vazão expressiva de água para produção agrícola em regiões semiáridas, sem a necessidade de implantar unidades de remoção de nutrientes nas estações, pois esses têm valor essencial na área agrícola.
2. OBJETIVOS 2.1.GERAL
Analisar a viabilidade de reúso agrícola do efluente da Estação de Tratamento de Esgoto (ETE) Jundiaí/Guarapes em relação à do seu tratamento complementar.
2.2. ESPECÍFICOS
• Avaliar os custos de implantação e operação do tratamento complementar da ETE Guarapes para possibilitar sua disposição no estuário do Potengi;
• Avaliar os custos de implantação e operação de sistema de reúso agrícola para esses efluentes;
• Estimar área a ser irrigada com os efluentes tratados; • Estimar a geração de receitas com essa prática. 3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
O reúso de água consiste no aproveitamento de águas previamente utilizadas em alguma atividade humana, com o intuito de suprir necessidades de outros benéficos, os quais podem ou não ser originais (BREGA FILHO, MANCUSO, 2003).
Há modalidades de reúso que dividem e classificam essa prática, as quais foram definidas, em 1973 pela Organização Mundial da Saúde. Uma delas é o Reúso Direto, qual seja o uso planejado e deliberado de água residuária tratada para propósitos benéficos, como irrigação, recreação, indústria, recarga de aquíferos subterrâneos para consumo; outra é o Reúso Indireto, que ocorre quando a água que já foi usada uma ou mais vezes para uso doméstico ou industrial é disposta em águas superficiais ou subterrâneas e usada novamente de forma diluída; e, por fim, há também a Reciclagem Interna, que é o reúso da água em instalações industriais, buscando economia de água e controle da poluição (WHO, 1973; FERNANDES, 2018; ALÍPIO, 2019; SILVA, 2019).
Contudo, apesar da abrangência da água de reúso, deve ser dada uma atenção especial ao reúso para fins agrícolas, justamente devido às grandes vazões demandadas pela atividade, chegando, no Brasil, a uma média anual de 66,1% (ANA, 2018) do consumo de água do país. Uma solução plausível para esse considerável consumo de água da agricultura é a irrigação com água de reúso, prática que já é realidade em diversos países, tais como Israel, onde 90% dos esgotos são reutilizados e, por ano, a produção agrícola consome cerca de 500 milhões de m³ de água de reúso (GUEDES, 2017). A cidade de Tel Aviv, em Israel, tem 100% da sua água
reaproveitada, sendo todo o esgoto tratado e usado para irrigar as plantações no deserto, e a água utilizada para banho e descarga nas residências é tratada na maior estação do Oriente Médio, Shafdan (BARBOSA, 2012). Nesse contexto, há um número crescente de países adotando a prática de reúso de águas tratadas para agricultura – Egito, Jordânia, México, Espanha e Estados Unidos, por exemplo – que estão explorando possibilidades para combater a escassez hídrica (JUNTOS PELA ÁGUA, 2017)
Essa grande demanda de água pela agricultura se torna um problema quando associada à crise hídrica, mas, ao mesmo tempo, torna a solução do reúso de água para fins agrícolas ainda mais interessante e até de caráter prioritário quando se trata de como reutilizar essa água. Além da própria escassez da água, há outros fatores que vem potencializando a exploração do uso de esgoto para fins agrícolas (HESPANHOL, 1994), a exemplo da dificuldade crescente de identificar fontes alternativas de águas para irrigação; custo elevado de fertilizantes; custos elevados dos sistemas de tratamento, necessários para descarga de efluentes em corpos receptores. Inclusive, essa descarga de efluentes nem sempre é feita da maneira ambientalmente correta nos rios e lagos, causando o fenômeno da eutrofização. A quantidade excessiva de nutrientes responsável pelas consequências nocivas da eutrofização em ambientes aquáticos pode vir a ser benéfica em ambientes agrícolas caso seja feita a prática do reúso, de modo a atenuar problemas de escassez hídrica bastante presentes principalmente em regiões semiáridas, as quais predominam no Rio Grande do Norte.
Um outro fator que reforça a importância do reúso agrícola é que o aumento de produção não pode mais ser realizado por meio da expansão de terra cultivada, sendo necessário alcançar esse aumento por um outro meio, a exemplo do reúso de água tratada. Trata-se de uma realidade a nível mundial, podendo-se citar a Índia, que já teve praticamente 100% do seu solo arável explorado, e, trazendo para uma realidade a nível nacional e até mesmo regional, poucas terras do nordeste brasileiro são recuperadas para fins agrícolas e se aproximam rapidamente do seu limite de expansão, tornando cada vez mais inviável essa alternativa como aumento de produção agrícola (HESPANHOL, 2002).
Outros benefícios que podem ser citados são: a redução de descarga de esgotos em corpos d’água; aumento, principalmente para a realidade de países em desenvolvimento, da produção alimentícia, e, portanto, da qualidade de vida da população; geração de empregos (HESPANHOL, 2002); redução nos gastos com fertilizantes químicos e nos custos na produção agrícola; aumento da fertilidade dos solos devido ao nitrogênio e fósforo presentes nos esgotos brutos (GUIDOLIN, 2006).
Embora existam variadas vantagens e benefícios proporcionados pelo reúso agrícola, são necessários cuidados, pois a gestão indevida dessas águas pode trazer malefícios ao ambiente e à população. Um deles é a atenção a que tipo de esgoto está sendo usado para irrigação, pois, a depender do tipo de esgoto, a prática da irrigação por longos períodos pode levar à acumulação de compostos tóxicos, orgânicos e inorgânicos em camadas insaturadas. Por isso, recomenda-se a irrigação com uso de esgotos de origem predominantemente doméstica (HESPANHOL, 2002).
Apesar da importância presente no tema do reúso de água, a falta de uma legislação específica a nível federal dificulta a prática. O fato de não haver uma regulamentação, por se tratar de reúso de água, expõe as pessoas ao risco se não houverem normas a serem seguidas. Nesse sentido, o papel do Governo é fundamental para que as ações de reutilização da água sejam implementadas de maneira integrada no território nacional, e isso deve ser feito com uma regulamentação que possibilite a implementação das ações necessárias ao combate da crise hídrica de forma segura e sustentável, do ponto de vista ambiental, sanitário e jurídico (MINEGATTI, 2018).
No Brasil, há modalidades, diretrizes e critérios gerais para a prática de reúso direto não potável de água e também para a prática de reúso direto não potável de água na modalidade
8 agrícola e florestal (CH2M, 2018). Entretanto, ainda não há para as outras modalidades de reúso, a exemplo do reúso para fins industriais, ambientais, urbanos, entre outros já citados.
Apesar de nacionalmente haver essa demanda, em 2013, o município de Caicó, com a lei nº 4.603, de 26 de agosto de 2013, estabeleceu e recomendou critérios e padrões de qualidade para o reúso de água para as atividades de produção agrícola, fins urbanos e piscicultura (CAICÓ, 2013). Já no âmbito prático do reúso, os municípios de Caiçara do Rio do Vento, Parelhas, Santana do Seridó – inseridas na região semiárida – e Pedro Velho – situada na área de transição entre a região tropical e a semiárida – reutilizam os efluentes das suas ETE’s, demonstrando familiaridade do RN com a prática (SOUZA, 2018).
4. METODOLOGIA
4.1. CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO
Natal é a capital do Rio Grande do Norte, possui uma área territorial de 167,401 km², uma população estimada de 803.739 pessoas e uma densidade demográfica de 4.805,24 km² (IBGE, 2010). Devido ao crescimento populacional que teve a cidade, com a taxa anual de 1,24% entre 2000 e 2010, houve a natural crescente demanda pelo esgotamento sanitário, o que acarreta na necessidade de novas ETE’s (ATLAS, 2010). Em meio a essa necessidade, o sistema de esgotamento sanitário de Natal está sendo ampliado. As obras de esgotamento sanitário proporcionarão a Natal o lugar de primeira capital 100% saneada do Brasil, porcentagem que atualmente já chega à marca de 80% de conclusão de suas redes coletoras. Quanto à ETE Jundiaí/Guarapes, que foi dividida em duas etapas, está com sua 1ª etapa em processo de construção, com 17% das suas obras concluídas (CAERN, 2020).
Essas obras proporcionarão um aumento considerável na quantidade de efluentes tratados e parte dessa demanda será suprida pela ETE Jundiaí/Guarapes, que faz parte do Sistema de Esgotamento Sanitário da Zona Sul de Natal. A referida está sendo implantada no bairro do Guarapes na zona oeste de Natal. O alcance do projeto foi considerado em 20 anos, sendo 2030 o ano de final de plano (CAERN, 2019).
A sua implantação foi dividida em duas etapas com base na evolução das vazões de projeto ao longo dos anos. Na primeira etapa, denominada ETE Jundiaí, há a previsão de uma vazão de 630 L/s e da implantação de 03 (três) módulos, além das obras de urbanização e infraestrutura auxiliar (edificações, vias de acesso etc.) e irá contemplar a Zona Oeste e parte da Zona Sul. Já na segunda etapa, denominada ETE Guarapes, contará com uma vazão de 630 L/s e é prevista também a implantação de mais três módulos, totalizando, assim, em uma vazão de 1.260 L/s e 06 (seis) módulos (CAERN, 2019).
Na concepção original, o tratamento seria realizado em nível terciário, seguido de desinfecção ultravioleta. Foi previsto tratamento preliminar e o lodo descartado será desidratado mecanicamente. O efluente tratado será lançado no estuário Jundiaí/Potengi. Cada fase do tratamento possui suas unidades componentes, sendo o tratamento estruturado com as seguintes fases: Unidade de chegada, Tratamento Preliminar, Tratamento intermediário, Tratamento terciário, Tratamento Complementar, Desinfecção, Tratamento do lodo, Unidades Auxiliares.
A unidade de chegada é composta por caixa de distribuição de vazão e sistema de recalque da ETE Guarapes para ETE Jundiaí; o tratamento preliminar é composto por gradeamento grosseiro, gradeamento fino e o tratamento intermediário possui reatores anaeróbios do tipo UASB; enquanto que o tratamento terciário é composto por câmaras anóxicas e sistema de lodos ativados com biodiscos, por fim os efluentes serão submetidos à desinfecção em reator ultravioleta.
Contudo, em razão dos estudos de autodepuração do corpo receptor indicarem a necessidade de remoção de fósforo, o Instituto de Desenvolvimento Sustentável e Meio
Ambiente do Rio Grande do Norte (IDEMA) exigiu a inserção de etapa complementar na estação para remoção deste nutriente. A referida etapa será composta por unidades de mistura rápida (coagulação) e distribuição de vazão, floculadores, flotadores por ar dissolvido, elevatórias de lodo químico, estocagem e dosagem de alcalinizante, estocagem e dosagem de coagulante, sistema de preparação e dosagem de polímeros.
Para fins de ilustração, segue o layout da planta baixa da ETE Jundiaí/Guarapes já com todos os módulos das duas etapas representados na Figura 1.
Figura 1 - Layout da planta baixa da ETE Jundiaí/Guarapes.
Fonte: CAERN (2019)
4.2. CRITÉRIOS PARA ESCOLHA DE ÁREA A SER IRRIGADA
Para a escolha da área a ser irrigada, foram considerados critérios julgados como relevantes: distância; disponibilidade e demanda agrícola; acessibilidade; e extensão, seguindo metodologia semelhante à adotada por Fernandes (2018).
Por fins de viabilidade econômica, foi estabelecida uma distância máxima entre Natal e a cidade que terá a área escolhida. A partir disso, foram analisadas cidades que se distanciam de no máximo um raio de 50km de Natal, de modo a ter, se possível e de acordo com os outros critérios, preferência a menores distâncias.
A fim de obter maior efetividade no reaproveitamento de água, a disponibilidade hídrica e a demanda agrícola da região foram estabelecidas como critério para a escolha da área, de modo que, atendendo também aos outros critérios, será escolhida a cidade que tiver menos recursos hídricos à sua disposição e uma maior demanda agrícola.
Quanto à acessibilidade, ela é fundamental para a escolha da área, pois, a depender da localização da área selecionada, pode tornar-se inviável a chegada das adutoras no local, dificultando não só a instalação e manutenção/operação do sistema adutor em si, como a própria colheita da cultura.
Por fim, a extensão da área é um critério levado em consideração na análise, tendo em vista que a vazão da ETE Jundiaí/ Guarapes apresenta uma determinada capacidade de irrigação em área, fato que torna a extensão da área escolhida vinculada a essa capacidade, a fim de que o potencial de irrigação em área da ETE seja aproveitado o máximo possível. Esse potencial foi obtido a partir dos dados da vazão e da necessidade hídrica da cultura, através da equação 1:
𝐴𝐼 = 𝑄𝑚é𝑑 𝐿𝐼 (1)
10 Sendo, AI = Área de cultivo (ha), Qméd = Vazão média de efluente (m3 dia-1), e LI = Lâmina média de irrigação plena ao longo do ciclo da cultura (m3 ha-1) (MUSSI. et al, 2017).
4.3. CRITÉRIOS PARA ESCOLHA DA CULTURA:
Para a escolha da cultura agrícola destinada a receber as águas tratadas, foram considerados os seguintes critérios: uso pretendido, compatibilidade com o clima; e mercado.
Quanto ao uso pretendido, devido aos possíveis riscos da prática de reúso, evitou-se culturas que sejam consumidas cruas. Também foi avaliada a possibilidade de ser uma cultura não alimentícia, a fim de evitar qualquer risco possível à saúde da população consumidora do produto.
Já no que tange a compatibilidade com o clima, sabe-se que o tipo de cultura e o clima estão diretamente relacionados, portanto, a cultura escolhida deve ter compatibilidade com o clima tropical da região, além de atender a todos os critérios.
Por fim, para atender a viabilidade econômica, é interessante que essa cultura possibilite retorno financeiro com a sua produção. Portanto, foi estabelecido como critério a presença de mercado relevante com a população local da cidade escolhida.
4.4. MAPEAMENTO E ANÁLISE DA ÁREA
Nesse ponto, a partir da ferramenta de mapas online OpenStreetMap, foi feita uma busca por áreas com características compatíveis aos critérios estabelecidos nesse trabalho. Para auxiliar na checagem de critérios de distância e acessibilidade da área, foi usado o aplicativo de mapas Google Earth.
4.5. PRÉ-DIMENSIONAMENTO E LEVANTAMENTO DE CUSTOS
Para obter os custos de material do sistema de reúso, teve de ser feito o pré-dimensionamento do mesmo. Para fins de cálculo, apesar do projeto apresentar 6 módulos, foram considerados apenas 5, tendo em vista que o sexto módulo representa uma ampliação da ETE após o alcance do horizonte de projeto, em 2030. Dessa forma, considerando uma vazão de 210 L/s por módulo, foi considerada uma vazão de 1.050 L/s. Sendo assim, considerando essa vazão, o material escolhido para a adutora o Polietileno de Alta Densidade (PEAD) e que a bomba está recalcando água, e com o suporte do Google Earth para obter informações sobre traçados e desníveis, o pré-dimensionamento foi feito como mostra a Tabela 1.
Tabela 1 – Metodologia do pré-dimensionamento
Item Fórmula Vazão (Q) 𝑄 = 1.050 𝐿/𝑠 Diâmetro (D) 𝐷 = 𝐾√𝑄 Velocidade (V) 𝑉 = 4 ∗ 𝑄 𝜋 ∗ 𝐷² Perda de carga unitária (J)-
Hazen-Williams; C=150
𝐽 =10,643 ∗ 𝑄
1,85
𝐶1,85∗ 𝐷4,87
Perda de carga localizada
(𝒉𝒇) ℎ𝑓= 𝐾 ∗
𝑉² 2 ∗ 𝑔
K = 6,6; 24 curvas de 22,5º (0,1); 1 curva de 90º (0,4); 2 válvulas de gaveta (0,2); 4 ventosas (0,6) e 5 descargas (0,2); g = 9,81
Perda de carga total (𝑯𝒕) 𝐻𝑡 = 𝐿 ∗ 𝐽 + ℎ𝑓 Desnível geométrico (𝑯𝒈);
Cota(C) 𝐻𝑔 = 𝐶𝑚á𝑥,𝑟𝑒𝑐𝑎𝑙𝑞𝑢𝑒 − 𝐶𝑚í𝑛,𝑠𝑢𝑐çã𝑜 Altura Manométrica Total
(AMT) 𝐴𝑀𝑇 = 𝐻𝑔+ 𝐻𝑡 Potência da Bomba; 𝜂 (𝑟𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑎 𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎) = 70% 𝑃 =1000 ∗ 𝑄 ∗ 𝐴𝑀𝑇 75 ∗ 𝜂 Fonte: Elaboração própria (2020).
Com as informações do diâmetro e da potência necessária da bomba, tornou-se possível a obtenção dos custos de material, e, consequentemente, dos serviços necessários para implantação do sistema de reúso, como serviços preliminares, movimentações de terra, abertura e reaterro de valas, assentamento de tubos e instalação de caixas para registos e ventosas, etc.. Para esse orçamento estimativo, utilizou-se as tabelas de custos unitários do Sistema Nacional de Preços e Índices para a Construção Civil (SINAPI), do Sistema de Orçamento de Obras de Sergipe (ORSE) e da CAERN. O custo em específico da estação elevatória precisou ser reajustado de acordo com o Índice Nacional de Custos da Construção (INCC).
Já para a sua operação, levou-se consideração o consumo de energia, devido ao bombeamento, que foi obtido a partir do preço médio dos contratos atuais da CAERN. Os custos relativos à mão-de-obra, não foram considerados nas estimativas de custos operacionais, tendo em vista que se avaliou como iguais para o sistema de reúso e o tratamento complementar.
O custo do terreno a ser utilizado também foi levado em consideração e, para isso, foi feita uma pesquisa imobiliária no site da OLX no município de interesse. Foram pesquisados 10 imóveis e feita uma média dos seus preços por hectare. Então, multiplicou-se esse valor médio obtido pela área do terreno escolhido, chegando, assim, ao seu custo estimado.
A fim de realizar a estimativa de geração de receitas oriundas dessa prática na área escolhida, a partir de dados fornecidos pela Companhia Nacional de Abastecimento (CONAB), foram obtidas as informações necessárias para esse cálculo, como a produtividade (kg/ha) e o preço médio mensal (R$/t) da mais recente safra no RN.
Enquanto que os custos para a implantação e operação do tratamento complementar foram obtidos pela CAERN, e, dessa forma, obtidos todos esses dados foi possível fazer a análise da viabilidade econômica do projeto.
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES 5.1. ÁREA ESCOLHIDA
Considerando os aspectos anteriormente elencados a área escolhida está situada na cidade de Macaíba, que tem como coordenadas: latitude: 5° 51' 36'' Sul, longitude: 35° 20' 59''
Oeste. Segundo Köppen e Geiger, o clima é classificado como Aw (quente e semiúmido com
estação seca bem definida), apresentando uma temperatura média de 25.8 °C e uma pluviosidade média anual de 1134 mm.
A partir da utilização dos recursos da ferramenta de mapas online OpenStreetMap, foi identificada uma área na qual, à primeira vista, já atendia ao critério de acessibilidade, por
12 situar-se às margens da BR-304. Já os outros critérios, distância e extensão, foram obtidos com o auxílio do aplicativo de mapas Google Earth. A distância entre o local obtido e a ETE Jundiaí/Guarapes é de 27,5km e sua área é 1648 ha. Outro ponto positivo da área é o fato dela se encontrar desocupada, não havendo necessidade de uma eventual remoção de famílias.
No critério de disponibilidade hídrica, o município apresenta histórico de problemas de abastecimento de água, tendo em vista que, apesar de se encontrar próximo da capital, Macaíba é um município semiárido do RN que, em 2014, esteve incluído no decreto de emergência do estado por causa da seca, proveniente da escassez de chuvas, o que prejudicou tanto pequenos agricultores quanto agropecuaristas (MORAIS, 2014) Em 2016, o município passou novamente por situações críticas, tendo em vista o reconhecimento da situação de emergência da cidade pelo Ministério da Integração Nacional em decorrência da seca, reforçando a compatibilidade do município escolhido com o critério (MINISTÉRIO DA INTEGRAÇÃO NACIONAL, 2016).
Já no critério de extensão da área, como já explicado, a vazão considerada para fins de cálculo foi de 1.050 L/s (90.719,797m³ dia-1). Enquanto que a necessidade hídrica média da cultura da cana-de-açúcar (cultura escolhida) é de 4,8 mm dia-1 (48m³ ha-1)(ALEEN et al. 1998). Obtidos esses dados e tendo-os inseridos na equação 1, obteve-se que o potencial em hectare da vazão da ETE é de aproximadamente 1.890 ha. Como a área do terreno escolhido é de 1648 ha, conclui-se que 87% do potencial de irrigação da ETE serão destinados a essa área, fazendo proveito consideravelmente bom do potencial. Quanto aos 13% restantes, por se tratarem de uma fração residual do potencial, poderão ser disponibilizados para agricultores ao longo do percurso da adutora.
5.2. CULTURA ESCOLHIDA
De acordo com os critérios anteriormente elencados, foi escolhida a cana-de-açúcar. Em relação ao uso pretendido, como já dito, o fato dela não ser consumida crua foi preponderante para a sua escolha, e ela é usada no Brasil principalmente para a produção de açúcar e álcool de modo a afastar a saúde pública de qualquer risco. Além desses usos, também pode ser gerada energia elétrica a partir da queima do bagaço proveniente da moagem da cana-de-açúcar, como também ser utilizada na alimentação animal, principalmente na estação seca (DALRI & CRUZ, 2008).
A relevância dessa cultura agrícola no mercado atinge as esferas nacional, estadual e municipal. O Brasil é o maior produtor mundial de cana-de-açúcar, título que impacta seus estados, inclusive o RN, que apresenta para a safra de 2020/2021 a perspectiva de que a área em produção chegue a 59,2 mil hectares; de que a produção alcance 2,8 milhões de toneladas de cana-de-açúcar colhidas; além da perspectiva de geração de 181 mil toneladas de açúcar e 100 bilhões de litros de etanol (CONAB, 2020). Consoante ao estado, no município de interesse, Macaíba apresentou, no ano de 2017, 14 estabelecimentos agropecuários com lavoura temporária, nos quais foram produzidas 34.761 toneladas de cana-de-açúcar, colhendo uma área de 668 hectares da cultura (IBGE, 2017). Há, ainda, a geração de empregos diretos e indiretos gerados pela atividade da cana-de-açúcar, que proporciona para cada emprego direto uma proporção de 2,39 indiretos (MONTAGNHANI; FAGUNDES; SILVA, 2009).
Além disso, a água de reúso se apresenta eficaz no cultivo da cana-de-açúcar, de modo a promover um aumento na densidade das plantas e potencializando a produção de etanol da cana-de-açúcar (FREITAS. et al, 2013).
5.3. LEVANTAMENTO DE CUSTOS 5.3.1. SISTEMA DE REÚSO
Com o pré-dimensionamento feito, os dados do sistema de reúso foram obtidos de acordo com a Tabela 2:
Tabela 2 – Resultados do pré-dimensionamento
D (mm) V (m/s) J (m/m) 𝑯𝒇 (m) 𝑯𝒕 (m) 𝑯𝒈 (m) AMT (m) P (CV) 1200 0,93 4,5*10−4 0,31 3,06 71,00 74,06 1420
Fonte: Elaboração própria (2020).
Dessa forma, o custo de implantação, que envolve insumos e serviços, a partir das tabelas de custo do SINAPI e da CAERN, foi de R$ 121.128.101,35. Para a operação, o preço médio da energia obtido foi de R$ 271,17/ MWh. Como a potência estimada obtida foi de 1420 CV, que equivale a 1,04 MW, incluindo os custos de transmissão, o custo mensal de energia obtido foi de R$ 407.825,68. Quanto ao custo do terreno, a média de preço obtida com a pesquisa foi de R$ 15.875,81 por hectare. Já que a área do terreno escolhido é de 1648 ha, o seu custo estimado é de R$ 26.163.335,07.
Para a estimativa de geração de receita provinda da atividade da cana-de-açúcar, obtiveram-se as seguintes informações necessárias no RN: para a safra de 2020/21, estima-se uma produtividade de 48.051 kg/ha; em junho de 2020, o preço mensal da cana-de-açúcar por tonelada foi de R$ 97,74 (CONAB, 2020); e a extensão da área escolhida foi de 1.648 ha. Adquiridos esses dados, obteve-se uma receita por safra de R$ 7.739.839,81.
5.3.2. TRATAMENTO COMPLEMENTAR
Atualmente, o custo para o tratamento complementar da ETE Jundiaí/Guarapes não está fechado. Portanto, trabalhou-se com estimativas. Para a ETE da Zona Norte, já há um custo fechado para seu tratamento complementar, que é de aproximadamente R$ 64.000.000,00 para 4 módulos (CAERN). A partir desse dado, considerando R$ 16.000.000,00 por módulo e que para o tratamento na ETE Jundiaí/Guarapes foram considerados 5 módulos, chegou-se ao custo estimado para a implantação do tratamento complementar na ETE Jundiaí/Guarapes de R$ 80.000.000,00.
Já para a operação, quanto ao custo energético, para os cálculos, considerou-se o preço médio da energia obtido, R$ 271,17/ MWh. Tendo em vista que a potência necessária estimada para o tratamento complementar foi de 2,00 MWh, e, incluindo os custos de transmissão, obteve-se o custo mensal de R$ 780.969,60. Enquanto que o custo de produto químico, policloreto de alumínio (PAC), para os cálculos, foi considerada a vazão de 9.720,00 m³/dia (1.050 L/s), o PAC com representação de 23%, produzindo 230kg/t, com uma dosagem estimada de 25g/m³. chegando a um volume de 9200m³/t e um consumo de 9,86 t/dia. Com esses dados e com o preço unitário, obtido através dos contratos da CAERN, de R$3,00/kg – sendo originalmente R$ 4,00, mas pela grande quantidade a ser adquirida, foi considerado R$3,00/kg pela economia de escala – obteve-se, por fim, um custo mensal com produto químico de R$ 887.478,26.
Quanto aos custos de transporte e disposição final do lodo, para os cálculos foi considerada a mesma vazão dos cálculos anteriores, 90.720,00 m³/dia (1.050 L/s), e como não se possui as informações dos balanços de massa, uma vez que o projeto está em fase de conclusão, estimou-se a geração de lodo no flotador considerando dosagem de 25 mg/L de PAC e 4% como teor de captura de sólidos no flotador, com isso, chegou-se a uma geração de aproximadamente 14,35 t/dia. Como o lodo será desidratado em centrífugas, estimando-se um teor de 25% de sólidos na torta de lodo, gerando uma vazão de 358 m³/dia. Em posse dessa vazão e adotando a densidade do lodo desidratado de 1,03, chegou-se ao valor do peso do lodo, que foi de 55,75 t/dia e, com isso, do volume de lodo, 57,43 m³/dia, ambos a serem
14 encaminhados para a disposição final. Para isso, o volume das caçambas estacionárias, 5m³, foi considerado em 90% da sua capacidade, 4,5m³, a fim de evitar derramamento durante seu transporte. Então, dividiu-se a quantidade de lodo gerado pelo volume da caçamba e obteve-se um total necessário de 13 caçambas/dia. Em posse do peso de lodo gerado, 55,75 t/dia, e da quantidade de caçambas/dia necessária, e sabendo-se os seus custos unitários, R$ 91,40/t e R$400,00/caçamba (QUEIROZ, 2019), foi possível obter o custo mensal do transporte e destinação final do lodo, que foram de, respectivamente, R$ 156.000,00/mês e R$ 152.875,18/mês, chegando a um custo total com lodo de R$ 308.875,18/mês e R$3.706.502,14/ano.
5.4. DISCUSSÕES
A partir dos custos obtidos com o levantamento, chegou-se a um valor estimado total de implantação para o sistema de reúso de R$ 121.128.101,35. Enquanto que para a implantação do tratamento complementar o custo foi de R$ 80.000.000,00, sendo assim, portanto, uma diferença nos custos de implantação de R$ 41.128.101,35 favorável ao tratamento complementar. Já quanto aos custos de operação, obteve-se um custo mensal de operação do sistema de reúso de R$ 407.825,68 e para o tratamento complementar de R$ 1.977.323,04, sendo uma diferença de R$ 1.569.497,36.
Embora haja uma maior economia com a implantação do tratamento complementar, deve-se observar que a diferença de custo de implantação de R$ 41.128.101,35 será eventualmente abatida com o decorrer do tempo, tendo em vista o menor custo operacional do sistema de reúso, o qual estima-se que resulte em uma economia de R$ 1.569.497,36/mês, ou R$ 18.833.968,37/ano. Essa economia anual permite concluir que, levando em consideração cenários de economia/ano, a diferença de custo de implantação de R$ 41.128.101,35 será abatida em pouco mais de 2 anos, tendo em vista que, quando completos 2 anos, a economia acumulada já terá alcançado R$ 37.667.936,73; com 3 anos, R$ 56.501.905,10, a economia terá superado definitivamente a diferença; e no décimo ano uma economia de R$ 188.339.683,67, demonstrando a vantagem financeira do sistema de reúso sobre o tratamento complementar.
Para uma melhor análise, segue o cenário, mesmo que improvável, em que a CAERN arca com os custos de R$ 26.163.335,07 de aquisição do terreno. Isso aumentaria o custo de implantação do sistema de reúso para R$ 147.291.436,42, e, considerando os mesmos R$ 80.000.000,00 para a implantação do tratamento complementar, resultaria em uma diferença entre custos de implantação de R$ 67.291.436,42. Tendo em vista que mesmo nesse cenário os custos de operação permanecem os mesmos, essa diferença de implantação seria abatida com o acréscimo de tempo de 1 ano em relação ao cenário anterior, ou seja, em 4 anos, quando chegaria a uma economia acumulada de R$ 75.335.873,47, uma economia que, da mesma forma que no cenário anterior, não para nesse número e segue aumentando no decorrer dos anos.
Ademais, a CAERN ainda pode vir a arrecadar com a venda da água de reúso. Na cidade de Indaiatuba em São Paulo, por exemplo, a tarifa para água de reúso já é regulamentada e é de R$ 3,55/m³ (SAAE, 2020). A fim de analisar esse cenário no RN, estimou-se um valor simbólico de R$ 1,00/m³, valor abaixo da tarifa social (CAERN, 2019), obtendo-se uma arrecadação mensal de R$ 2.721.600,00. Ademais, o sistema de reúso proporciona uma geração de receita por safra/ano da cana-de-açúcar de R$ 7.739.839,81.
Além do benefício financeiro, há também o ambiental e social, tendo em vista que os efluentes tratados que antes seriam despejados no estuário do Potengi, reduzindo a qualidade de suas águas, com o sistema de reúso estará sendo toda direcionada para uma atividade que gera alimento, empregos direitos e indiretos e renda em uma cidade que se encontra no semiárido e passa por dificuldades de abastecimento de água.
Ademais, pode-se ainda considerar que, com a implantação do sistema de reúso, haverá ainda uma economia gerada nos custos operacionais da ETE Jundiaí/Guarapes, tendo em vista que será desconsiderada a recirculação interna entre as câmaras anóxicas e os tanques de aeração, uma vez que não seria necessário a remoção do nitrogênio através do processo de desnitrificação, já que esse nutriente é fundamental para a modalidade de reúso pretendida.
6. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Com base nas informações obtidas pelo estudo proposto por esse trabalho, é possível concluir:
• A viabilidade para reúso agrícola do efluente tratado da ETE Jundiaí/Guarapes tornou-se evidente, podendo ser bem melhor aproveitado com essa prática do que com o tratamento complementar, de modo que, não só é mais viável economicamente a longo prazo, como também traz impactos positivos para a sociedade, alcançando as esferas sociais, ao gerar emprego e renda, e ambientais, ao poupar o estuário do Potengi de receber diariamente 90.720,00 m³ de efluentes tratados.
• Os custos de implantação e operação do sistema de reúso e do tratamento complementar foram obtidos e chegou-se à conclusão que os custos de implantação do sistema de reúso são maiores do que os do tratamento complementar. Contudo, os custos de operação do sistema de reúso são menores. Por esse motivo, apesar da implantação do sistema de reúso ser mais onerosa, trata-se de uma diferença entre custos que, em razão da economia na operação, será abatida em 3 anos em um cenário favorável e em menos de 4 anos em um desfavorável de operação do sistema de reúso, de modo a gerar uma economia acumulada com o passar dos anos.
• Este cenário seria ainda mais favorável à implantação do sistema de reúso, caso houvesse sido instituído no Rio Grande do Norte, a cobrança pelo uso da água, conforme previsto pela Política Nacional de Recursos Hídricos, uma vez que neste caso a CAERN pagaria pela disposição dos efluentes no corpo receptor, caso não optasse pela prática do reúso;
• A estimativa da área a ser irrigada reforçou o potencial do efluente para reúso agrícola, ao apresentar uma vazão com a capacidade de irrigar 1890 hectares para o cultivo de cana-de-açúcar. Trata-se, portanto, de um enorme potencial que pode ser aproveitado com o sistema de reúso, trazendo benefícios econômicos, sociais e ambientais.
• A atividade da cana-de-açúcar, proveniente do sistema de reúso, gera uma receita por safra/ano estimada de R$ 7.739.839,81, fator que, somado à situação hipotética de arrecadação da CAERN com a venda da água de reúso e aos benefícios sociais e ambientais consequentes da implantação do sistema de reúso, robustece o projeto do sistema de reúso em relação ao tratamento complementar.
Apesar de alcançados os objetivos, uma parte considerável do trabalho se baseia em estimativas, uma vez que os projetos ainda estão em processo de conclusão. Sendo assim, sugere-se que, quando concluídos os projetos executivos, a CAERN faça esse detalhamento, para confirmar ou não a viabilidade de sistema de reúso para os efluentes tratados da ETE Jundiaí/Guarapes, de modo a tornar possíveis e reais todos os benefícios citados nesse trabalho com a implantação e operação do sistema de reúso agrícola.
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