JANDIR ANDRÉ ERTHAL
PROPOSTA DE SISTEMA DE TRATAMENTO DE ESGOTO
SANITÁRIO PARA O MUNICÍPIO DE NOVA CANDELÁRIA/RS
Santa Rosa 2015
PROPOSTA DE SISTEMA DE TRATAMENTO DE ESGOTO
SANITÁRIO PARA O MUNICÍPIO DE NOVA CANDELÁRIA/RS
Trabalho de Conclusão de Curso de Engenharia Civil apresentado como requisito parcial para obtenção do grau de Engenheiro Civil.
Orientador: Dr. Giuliano Crauss Daronco
Santa Rosa 2015
PROPOSTA DE SISTEMA DE TRATAMENTO DE ESGOTO
SANITÁRIO PARA O MUNICÍPIO DE NOVA CANDELÁRIA/RS
Este Trabalho de Conclusão de Curso foi julgado adequado para a obtenção do título de ENGENHEIRO CIVIL e aprovado em sua forma final pelo professor orientador e pelo membro da banca examinadora.
Santa Rosa, 09 de Novembro de 2015
Prof. Giuliano Crauss Daronco (UNIJUÍ) Doutor pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul - Orientador
Prof. Eder Claro Pedrozo Coordenador do Curso de Engenharia Civil/UNIJUÍ
BANCA EXAMINADORA
Prof. Carlos Alberto Simões Pires Wayhs (UNIJUÍ) Mestrado pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Prof. Giuliano Crauss Daronco (UNIJUÍ) Doutor pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Dedico esse trabalho a minha esposa Jani, a minha filha Júlia Monique e a meus pais Romeu e Luiza.
A minha esposa Jani Teresinha Schlosser Albrecht Erthal; A minha filha Júlia Monique Albrecht Erthal;
A meu pai Romeu Jacinto Erthal; A minha mãe Lair Luiza Peter Erthal;
Ao meu orientador Dr. Giuliano Crauss Daronco pelas sugestões e orientações no Trabalho de Conclusão de Curso TCC;
A Professora do PTCC Me. Marcelle Engler Bridi pelas orientações no projeto TCC;
Ao Professor Me. Carlos Alberto Simões Pires Wayhs pela Banca Examinadora;
A Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ; Ao Município de Nova Candelária-RS.
“Que os vossos esforços desafiem as impossibilidades, lembrai-vos de que as grandes coisas do homem foram conquistadas do que parecia impossível”.
ERTHAL, J. A. Proposta de Sistema de Tratamento de Esgotos Sanitário para o Município de Nova Candelária/RS. 2015. Trabalho de Conclusão de Curso. Curso de Engenharia Civil, Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, Santa Rosa, 2015.
Com os serviços de saneamento básico é possível garantir melhores condições de saúde para as pessoas, evitando a contaminação e proliferação de doenças, garantido a preservação do meio ambiente. Este trabalho objetiva propor um sistema de tratamento de esgoto sanitário para o Município de Nova Candelária/RS, para uma população de 1.000 habitantes, em um lote urbano com área de 5.000,00m², de propriedade do município. A metodologia usada foi uma pesquisa bibliográfica e exploratória, consulta ao Plano Municipal de Saneamento Básico, leitura da legislação e das normas da ABNT sobre esgotamento sanitário, bem como uma revisão bibliográfica sobre sistemas de tratamento de esgotamento sanitário praticados no Brasil, e pesquisa de campo. A pré-seleção dos sistemas de tratamento de esgoto sanitário foi pelo método de algoritmo de seleção de tecnologias da CETESB (1988). Os tratamentos selecionados foram comparados e em seguida escolhido o mais adequado. Sistemas de pós-tratamento também foram comparados e em seguida escolhido o mais adequado em relação à demanda de área, custos de implantação, manutenção e operação, demanda de energia elétrica, restrições ambientais e eficiência na remoção dos constituintes DBO, DQO e SST. Foi sugerido um sistema de desinfecção com cloro para aumentar a eficiência na remoção de coliformes fecais. O UASB + filtro anaeróbio + desinfecção por cloro + Arroio Bela Cascata foi o sistema de tratamento de esgoto mais adequado proposto para o município de Nova Candelária, em relação às condições locais e população atendida.
de Nova Candelária/RS. 2015. Trabalho de Conclusão de Curso. Curso de Engenharia Civil, Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, Santa Rosa, 2015.
With sanitation services can ensure better health for people, avoiding contamination and spread of disease, ensuring the preservation of the environment. This work is about a proposed sewage treatment system for the City of Nova Candelária/RS, for a population of 1000 inhabitants in an urban plot with area 5.000,00m², owned by the municipality. The methodology used was a bibliographical and exploratory research, consulting the Municipal Plan for Sanitation, reading of legislation and ABNT regulations on sanitation, as well as a bibliographic review of sewage treatment systems practiced in Brazil, and field research. The pre-selection of sewage treatment systems was the selection algorithm method CETESB technology (1988). The selected treatments were compared and then choosing the most appropriate. Post-processing systems have also been compared and then choose the most suitable in relation to the area demand, deployment costs, maintenance and operation, electricity demand, environmental restrictions, and efficiency in the removal of Biochemical oxygen demand, Chemical oxygen demand and soluble solids. A disinfection system with chlorine has been suggested to increase efficiency in removing fecal coliforms. The UASB + anaerobic filter + chlorine disinfection + Arroio Bela Cascata was the most appropriate wastewater treatment system proposed for the city of Nova Candelária, regarding local and population served conditions.
Figura 02: Fluxograma genérico do tratamento de esgoto sanitário ... 32
Figura 03: Reator UASB ... 34
Figura 04: Fluxograma típico de um sistema com reator anaeróbio de fluxo ascendente 35 Figura 05: Filtro Anaeróbio de Fluxo Ascendente ... 37
Figura 06: Filtro Biológico Percolador - FBP ... 38
Figura 07: Sistema de tanque séptico - esquema geral ... 40
Figura 08: Tanque séptico retangular um compartimentora ... 41
Figura 09: Sistemas de lagoas de estabilização ... 42
Figura 10: Sistemas de lagoas de maturação ... 42
Figura 11: Sistema de tratamento de esgotos por valos de oxidação ... 43
Figura 12: Leito cultivado tipo fluxo horizontal superficial... 45
Figura 13: Leito cultivado tipo fluxo horizontal subsuperficial ... 45
Figura 14: Leito cultivado tipo fluxo vertical ... 46
Figura 15: Fluxograma típico de um sistema de infiltração lenta por aspersão ... 47
Figura 16: Eficiência de remoção de DBO (%) ... 50
Figura 17: Eficiência de remoção de DQO (%) ... 50
Figura 18: Eficiência de remoção de SST (%) ... 51
Figura 19: Fluxograma para planejamento de estações de tratamento de esgoto ... 53
Figura 20: Fluxograma para seleção de sistemas de tratamento de esgotos ... 54
Figura 21: Imagem de manutenção de um sistema de tratamento físico por gradeamento 58 Figura 22: Vista aérea da área urbana ... 66
Figura 23: Delineamento de pesquisa ... 67
Figura 27: Fotografia da área disponível para a instalação da ETE ... 74
Figura 28: Perfil do solo típico ... 75
Figura 29: Mapa dos ensaios de permeabilidade ... 77
Figura 30: Mata Ciliar na APP do Lote da ETE. ... 78
Figura 31: Fotografia da área útil do terreno ... 79
Figura 32: Arroio Bela Cascata ... 81
Figura 33: Av. Projetada e Rua Gráfica Rex ... 83
Figura 34: Fluxograma para seleção de sistemas de tratamento de esgotos - respondido. 85 Figura 35: Gráfico da demanda de área dos sistemas selecionados ... 88
Figura 36: Gráfico do custo de implantação dos sistemas selecionados ... 89
Figura 37: Gráfico do custo de manutenção e operação dos sistemas selecionados ... 89
Figura 38: Gráfico da média de remoção dos constituintes dos sistemas selecionados .... 90
Tabela 2: Concentrações de sólidos em esgotos. ... 23
Tabela 3: Concentrações de organismos em esgotos. ... 23
Tabela 4: Parâmetros para dimensionamento de esgoto usado no Brasil. ... 24
Tabela 5: Tipos de resíduos e suas características ... 25
Tabela 6: Parâmetros de qualidade de água classe III – águas doces. ... 27
Tabela 7: Alguns tipos de sistemas usados para tratamento de esgotos. ... 30
Tabela 8: Eficiência de remoção dos constituintes nos esgotos domésticos ... 49
Tabela 9: Parâmetros e padrões dos efluentes tratados ... 57
Tabela 10: Produto Interno Bruto 2012 de Nova Candelária ... 65
Tabela 11: Quadro de áreas do levantamento topográfico ... 73
Tabela 12: Perfil do solo ... 76
Tabela 13: Possíveis faixas de variação do coeficiente de infiltração ... 76
Tabela 14: Análise água do Arroio Bela Cascata. ... 82
Tabela 15: Algoritmo de seleção de tecnologias de tratamento de esgoto ... 83
Tabela 16: Possíveis tratamento de esgoto ... 86
Tabela 17: Informações locais do terreno... 87
Tabela 18: Tratamentos analisados... 87
Tabela 19: Demandas de área dos tratamentos de esgoto ... 88
Tabela 20: Custos de implantação dos tratamentos ... 88
Tabela 21: Custos de manutenção e operação dos tratamentos ... 89
Tabela 22: Média de remoção dos constituintes dos sistemas selecionados ... 90
Tabela 23: Decisão dos tratamentos analisados ... 91
AGUATEL - Sistema de Abastecimento de Água
AMSGR –Associação dos Municípios da Grande Santa Rosa CETESB - Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental CF – Coliformes Fecais
CONAMA - Conselho Nacional do Meio Ambiente DBO – Demanda Bioquímica de Oxigênio
DQO – Demanda Química de Oxigênio DS – Decantador Secundário
ETE - Estação de Tratamento de Esgoto FA – Filtro Anaeróbio
FBP - Filtro Biológico Percolador
FUNASA – Fundação Nacional da Saúde
IBGE - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística IDH - Índice de Desenvolvimento Humano
LO – Licença de Operação NBR - Norma Brasileira NMP – Número Mais Provável
ONU – Organização das Nações Unidas.
PAC - Programa de Aceleração do Crescimento PLANSAB - Plano Nacional de Saneamento Básico PROSAB – Programa de Pesquisas em Saneamento Básico SST – Sólidos Solúveis Totais
STES – Sistema de Tratamento de Esgoto Sanitário
1 INTRODUÇÃO ... 13
1.1 Tema de pesquisa ... 14
1.2 Problema ... 14
1.2.1 Formulação da questão de estudo ... 15
1.2.2 Objetivos ... 15
1.3 Delimitação do tema ... 16
1.4 Organização do trabalho ... 16
2 REVISÃO DA LITERATURA ... 18
2.1 Gestão dos serviços de saneamento básico ... 18
2.1.1 Organização administrativa ... 18
2.1.2 Programas de incentivo ao saneamento básico ... 19
2.2 Esgotamento sanitário ... 20
2.2.1 Lodo ... 25
2.2.2 Corpo receptor ... 26
2.2.3 Sistemas de coleta de esgoto sanitário ... 28
2.2.4 Tratamento de águas residuais ... 29
2.3 Unidades de tratamento de esgoto sanitário ... 32
2.3.1 Gradeamento ... 32
2.3.2 Desarenação ... 33
2.3.3 Decantação primária ... 33
2.3.4 Reator biológico com esgoto em fluxo ascendente (reator UASB) ... 33
2.3.5 Filtro Biológico Aeróbio Submerso – FBAS ... 35
2.3.6 Filtros anaeróbios ... 36
2.3.10 Tanque séptico ... 39
2.3.11 Lagoas de estabilização ... 41
2.3.12 Valos de oxidação ... 42
2.3.13 Remoção de nitrogênio e fósforo ... 43
2.3.14 Leitos cultivados ... 44
2.3.15 Disposição de esgoto doméstico no solo ... 46
2.3.16 Leito de secagem ... 47
2.3.17 Sistemas individuais de tratamento e destinação do esgoto sanitário ... 47
2.4 Pós-tratamento de esgoto sanitário ... 48
2.5 Desinfecção do esgoto tratado ... 51
2.5.1 Desinfecção com cloro ... 52
2.6 Métodos comparativos de sistemas de tratamento ... 52
2.6.1 Fatores relevantes para a escolha da alternativa de tratamento ... 55
3 MÉTODO DE PESQUISA ... 61 3.1 Classificação da pesquisa ... 61 3.2 Estratégias de pesquisa ... 61 3.3 Estudo de caso ... 63 3.3.1 Relevo ... 63 3.3.2 Solo ... 63 3.3.3 Hidrografia ... 64 3.3.4 Vegetação ... 64 3.3.5 Clima ... 64 3.3.6 Economia ... 64 3.3.7 Estudo local ... 65 3.4 Materiais e equipamentos ... 66
4.1 Vazão de projeto ... 69 4.2 Disponibilidade de terra ... 71 4.3 Tipos de solo ... 74 4.3.1 Pedologia ... 74 4.3.2 Permeabilidade do solo ... 75 4.4 Restrições ambientais ... 77
4.4.1 Áreas de Preservação Permanente-APP ... 77
4.4.2 Cobertura vegetal ... 78
4.4.3 Terrenos vizinhos ... 79
4.4.4 Lençol freático ... 80
4.4.5 Corpo receptor ... 81
4.5 Infraestrutura instalada ... 83
4.6 Seleção dos sistemas de tratamento de esgoto ... 83
4.6.1 Resultado do algoritmo ... 86
4.7 Comparação dos tratamentos de esgoto sanitário ... 87
4.7.1 Disponibilidade de área ... 87
4.7.2 Custo de energia elétrica ... 88
4.7.3 Custos de instalação e manutenção e operação ... 88
4.7.4 Restrições ambientais ... 90
4.8 Seleção de um sistema de pós-tratamento de esgoto ... 91
4.9 Seleção de um sistema de desinfecção de efluente ... 94
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 95
5.1 Sugestões para trabalhos futuros ... 96
1 INTRODUÇÃO
Segundo a Lei nº 11.445/2007, em seu Art. 3º, traz saneamento básico como “o conjunto de serviços, infraestruturas e instalações operacionais de: abastecimento de água potável; esgotamento sanitário; limpeza urbana e manejo de resíduos sólidos; drenagem e manejo das águas pluviais urbanas” (BRASIL, 2007). Com estas medidas de saneamento básico, é possível garantir melhores condições de saúde para as pessoas, evitando a contaminação e proliferação de doenças. Segundo a Funasa (2007) as ações de saneamento podem ser consideradas preventivas para a saúde, quando garantem a qualidade da água de abastecimento e também da coleta, tratamento e disposição final adequada de dejetos humanos, que podem ser veículos de germes patogênicos de doenças, entre as quais as doenças diarreicas infecciosas causadas por vírus, amebíase, ancilostomíase, esquistossomose, teníase, ascaridíase, hepatite A, giardíase, leptospirose, shigeloses, cólera; necessitando o poder público tomar medidas que afastam as pessoas dos dejetos com saneamento básico, ao mesmo tempo, garantir a preservação do meio ambiente. Isso deixa claro que saneamento básico é definido como um conjunto de ações sobre o meio ambiente físico, de controle ambiental, cujo objetivo é proteger a saúde humana.
O esgoto tratado é tão importante para melhorar o IDH (Índice de Desenvolvimento Humano), que é um dos Objetivos de Desenvolvimento do Milênio (uma série de metas socioeconômicas que os países da ONU se comprometeram a atingir até 2015) é reduzir pela metade o número de pessoas sem rede de esgoto (BRASIL, 2013).
Nos últimos anos, os investimentos gastos com saneamento básico não conseguiram acompanhar o crescimento demográfico da população brasileira nas áreas urbanas, assim como, o crescimento populacional elevou o consumo de água tratada e a respectiva geração de efluentes domésticos (BRASIL, 2014). Atualmente o Brasil possui mais de 202 milhões de habitantes, onde 82% são atendidos por rede de abastecimento de água, 49% por rede de esgoto sanitário, 39% do esgoto gerado é tratado, 70% do esgoto coletado é tratado (IBGE, 2014; BRASIL, 2014).
Segundo Resk (2011) a maioria dos municípios de pequeno porte gastam os seus poucos recursos em saúde corretiva, em vez de preventiva, como no combate à diarreia, ao cólera, à hepatite e à verminose, e que como as obras de esgoto sanitário fica em baixo da terra, deixou de ser prioridade neste país. A mesma autora afirma que o Brasil registra os
melhores desempenhos quanto ao abastecimento de água, mas reflete as piores performances com relação ao esgotamento sanitário. O município de Nova Candelária é um exemplo clássico disso, pois possui 100% de atendimento da população por rede de abastecimento de água, mas em relação ao esgotamento sanitário, o município não possui sistema de tratamento de esgoto sanitário coletivo, somente são tratados através de sistemas individuais (fossa séptica + sumidouro) (NOVA CANDELÁRIA, 2013).
A área geográfica do município de Nova Candelária é de 97,83 km2, possuindo população de 2.751 habitantes (709 na área urbana e 2.042 na área rural), situa-se na Região Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul (IBGE, 2010). Segundo o Plano Municipal de Saneamento Básico o município possui alguns investimentos no sistema de esgotamento sanitário, com a colocação de rede coletora de esgoto sanitário nas ruas em que há pavimentação asfáltica, mas sem atividade de coleta, devido a falta de Estação de Tratamento do Esgoto – ETE (NOVA CANDELÁRIA, 2013).
O município de Nova Candelária possui grande potencial de crescimento, devido ao trabalho que tem realizado em ampliar o parque industrial, além de incentivos na agricultura que é a principal economia do município. Novos loteamentos estão sendo criados em função da grande demanda de casas residenciais, tornando a implantação de uma Estação de Tratamento de Esgoto Sanitário indispensável no município para atender as condições sanitárias, além de atender as metas do plano de saneamento realizado pelo município (NOVA CANDELÁRIA, 2013).
Com a vinda da Lei n. 11.445/2007, os municípios devem elaborar os seus planos de saneamento básico e informar o prazo da universalização do esgotamento sanitário em seu município (BRASIL, 2007).
1.1 Tema de pesquisa
Sistema de tratamento de esgoto sanitário. 1.2 Problema
Segundo o Plano Nacional de Saneamento Básico - PLANSAB (BRASIL, 2013), Esgotamento Sanitário é “constituído pelas atividades, infraestruturas e instalações operacionais de coleta, transporte, tratamento e disposição final adequados dos esgotos sanitários, desde as ligações prediais até o seu lançamento final no meio ambiente”.
Segundo dados do IBGE (2014) das 2.325 empresas que realizam o serviço de tratamento de esgoto sanitário, 4 (0,2%) são federais, 641 (27,6%) são estaduais, 1.628 (70%) são municipais e 52 (2,2%) são privativos.
Precisamos estudar sistemas de esgoto sanitário que sejam adequados para a realidade dos municípios de pequeno porte. Sistemas que possuem facilidade de operação, mas que também sejam eficientes no tratamento dos esgotos, atendendo as normas ambientais impostas pela legislação, e possuírem baixos custos de investimento e operação, por se tratar de pequenos municípios.
1.2.1 Formulação da questão de estudo Questão principal
Qual é o sistema de tratamento de esgoto sanitário mais adequado para o Município de Nova Candelária?
Questões secundárias
Como funcionará o sistema de tratamento de esgoto sanitário proposto? Qual é a população que poderá ser atendida?
Quais são os tratamentos de esgoto sugeridos? 1.2.2 Objetivos
Objetivo geral
Propor um sistema de tratamento de esgoto sanitário mais adequado para o município de Nova Candelária, em relação as restrições ambientais, demanda de área e menor custo de implantação, manutenção e operação.
Objetivos específicos
Pesquisar unidades de tratamento em relação a eficiência na remoção dos poluentes dos esgotos, energia elétrica, menor custo de implantação, manutenção e operação, área necessária para a implantação do sistema de esgoto sanitário, restrições ambientais;
Comparar os sistemas de esgoto sanitário segundo o método de algoritmo da CETESB (1988);
Fazer um estudo de campo no terreno, pesquisando os seguintes elementos: solo, topografia do terreno, infraestrutura existente, lençol freático, áreas de preservação permanente, vegetação, corpo receptor (Arroio Bela Cascata), vizinhança, área disponível;
Estudo de caso no município, como: clima, relevo, hidrografia, vegetação, economia, área demográfica, população, consumo de água, traçado da rede coletora de esgoto; Comparar pós-sistemas de tratamento de esgoto sanitário;
Proposta de um sistema de tratamento de esgoto sanitário para o Município de Nova Candelária.
1.3 Delimitação do tema
Proposta de Sistema de Tratamento de Esgoto Sanitário para o Município de Nova Candelária, para uma população de 1.000 habitantes, em um lote urbano com área de 5.000,00m², de propriedade do município.
1.4 Organização do trabalho
O presente trabalho foi elaborado em 5 capítulos. No capítulo 1 foi apresentado um contexto geral do saneamento básico no Brasil, mostrando a falta de investimento no setor. Neste capítulo se encontra os objetivos do trabalho e o problema a ser resolvido, além do tema “Sistema de Tratamento de Esgoto Sanitário”.
No capítulo 2 realizou-se uma revisão da literatura, em primeiro momento falando sobre a gestão dos serviços de saneamento básico, praticados no Brasil. Em seguida, falou-se sobre o esgotamento sanitário, envolvendo corpo receptor, sistema de coleta e tratamento de esgoto. Depois se fez um estudo nos tipos de tratamento de esgoto sanitário existentes no Brasil. Por fim fez-se um estudo de métodos de comparação de sistemas de tratamento de esgoto.
No capítulo 3 mostrou-se a metodologia de pesquisa, englobando classificação da pesquisa, estratégias de pesquisa e delineamento.
No capítulo 4 aplicou-se o algoritmo de seleção de sistemas de tratamento de esgotos (CETESB, 1988), pré-seleção de sistemas de tratamento, comparação dos sistemas
selecionados em relação a demanda de área, energia elétrica, custos de implantação, manutenção e operação, e restrições ambientais. Fez um estudo de campo no terreno da ETE. Comparou-se tipos de pós-tratamento de esgoto sanitário e se escolheu o mais adequado. Foi sugerido um sistema de desinfecção com cloro. Por fim, foi realizada uma proposta de sistema de tratamento de esgoto sanitário para o município de Nova Candelária.
No capítulo 5 são colocadas as considerações finais e indicação de trabalhos futuros. No final as referências.
2 REVISÃO DA LITERATURA
A gestão dos serviços de saneamento básico é problemática na maioria dos municípios de pequeno porte, visto das enormes dificuldades financeiras enfrentadas e a falta de funcionários capacitados, principalmente no sistema de tratamento de esgoto sanitário, ficando esses serviços deficientes para a população e prejudicando o meio ambiente, por isso, muitos municípios terceirizam esses tipos de serviço, devido a sua incapacidade de gerenciar (MIOTTA, COSTA, 2013).
2.1 Gestão dos serviços de saneamento básico
Os principais tipos de gestão dos serviços de saneamento básico são: Administração Direta, Administração Indireta e Autarquias (FUNASA, 2003)
Na Administração Direta a prefeitura assume diretamente, por intermédio dos seus próprios órgãos (secretarias, departamentos ou repartições da própria administração direta), sob sua responsabilidade, a prestação dos serviços, caracterizando uma gestão centralizada (FUNASA, 2003). Esse modelo de prestação dos serviços é mais indicado para municípios menores (FUNASA, 2003).
Na administração indireta, o poder público transfere a execução dos serviços para autarquias ou concede os serviços para empresas privadas, caracterizando, em todos os casos, uma gestão descentralizada (FUNASA, 2003). As autarquias “são entes administrativos autônomos, criados por lei específica, com personalidade jurídica de direito público, patrimônio próprio e atribuições outorgadas na forma da lei, tendo como princípio fundamental a descentralização” (FUNASA, 2003, p. 10).
Os serviços de água e esgoto são desmembrados da administração direta e agrupados em uma autarquia municipal com o objetivo de integrar, num mesmo órgão, as atividades, tornando mais eficiente o processo de gestão (FUNASA, 2003).
2.1.1 Organização administrativa
A gestão dos serviços municipais de água e esgoto no país está, em grande parte, relacionada às autarquias municipais, mas no Estado do Rio Grande do Sul a CORSAN (empresa estatal) atende mais de 7 milhões de gaúchos, o que representa 2/3 da população do Estado, distribuídos em mais de 321 localidades (CORSAN, 2015).
A FUNASA (2003, p. 19) alerta para as cidades de pequeno porte, com população da ordem de 5.000 habitantes: “a viabilização financeira do serviço, com tarifas acessíveis ao perfil socioeconômico da população, está condicionada a sistemas de água e esgoto simplificados, por exigirem estrutura simples e, consequentemente, quadro de pessoal reduzido”.
Um dos principais motivos pela falta de infraestrutura em saneamento básico está na falta de capacidade de gestão dos municípios, principalmente em municípios de pequeno porte (MIOTTA; COSTA, 2013).
Os consórcios são parcerias formadas por dois ou mais entes federados para realização de objetivos de interesse comum (BRASIL, 2005). Com o advento da Lei Federal n. 11.107/2005, que dispõe sobre normas gerais de contratação de consórcios públicos, foi estimulada a criação dos consórcios públicos e convênios de cooperação em diversos segmentos da Administração Pública, principalmente, na área do saneamento básico.
De acordo com Losada (2007), um dos principais objetivos da formação de consórcios é permitir também que os pequenos municípios possam agir em parceria buscando melhorar a sua capacidade técnica, gerencial e financeira.
Os consórcios são práticas de gestão entre municípios de países europeus. A adoção desse modelo de gestão permitiu dar escala a unidades compartilhadas entre esses municípios, e maximizar recursos, tanto materiais como humanos. Essa gestão é realizada no abastecimento de água, no esgotamento sanitário e nos resíduos sólidos, desses municípios europeus, resultando na melhoria da prestação desses serviços (MIOTTA; COSTA, 2013). 2.1.2 Programas de incentivo ao saneamento básico
A ANA - Agência Nacional das Águas na Resolução Nº 644, de 20 de maio de 2013, aprovou o Regulamento do Programa Despoluição de Bacias Hidrográficas – PRODES, também conhecido como “programa de compra de esgoto tratado”, é uma iniciativa inovadora: não financia obras ou equipamentos, paga pelos resultados alcançados, ou seja, pelo esgoto efetivamente tratado. O PRODES consiste na concessão de estímulo financeiro pela União, na forma de pagamento pelo esgoto tratado, a Prestadores de Serviço de Saneamento que investirem na implantação e operação de Estações de Tratamento de Esgotos (ETE), desde que cumpridas as condições previstas em contrato (BRASIL, 2013).
A FUNASA financia obras que contemplam uma etapa útil por convênio como forma de beneficiar a população em curto espaço de tempo, sendo que os projetos devem atender o Manual de Apresentação de Projetos de Sistemas de Esgoto Sanitário da Funasa e a ABNT (FUNASA, 2013).
O Programa de Aceleração do Crescimento – PAC, é um programa do Governo Federal, criado em 2007, que visa promover a retomada do planejamento e execução de grandes obras de infraestrutura social, urbana, logística e energética do país, contribuindo assim para o desenvolvimento acelerado e sustentável do Brasil (PAC, 2007). Dentro do eixo do saneamento básico, o PAC financia as ações de implantação e ligação domiciliar, rede coletora, interceptor, coletor tronco, poços de visita, estações elevatórias, emissário, Estações de Tratamento de Esgoto, bem como o lançamento ao corpo receptor (FUNASA, 2013). 2.2 Esgotamento sanitário
Segundo Von Sperling (1996) os esgotos que vão para uma estação de tratamento vem de três fontes distintas: esgotos domésticos (residências, instituições e comércio); águas de infiltração; e despejos industriais (diversas origens e tipos de indústrias).
A implantação de uma estação de tratamento de esgotos tem por objetivo a remoção dos principais poluentes presentes nas águas residuárias, retornando-as ao corpo d’água sem alteração de sua qualidade (BNDES, 1997). De acordo com a NBR-9648, esgoto sanitário é o “despejo líquido constituído de esgotos doméstico e industrial, água de infiltração e a contribuição pluvial parasitária” (ABNT, 1986; p. 01). A mesma norma define também: esgoto doméstico como despejo líquido resultante do uso da água para higiene e necessidades fisiológicas humanas; esgoto industrial como despejo líquido resultante dos processos industriais, respeitados os padrões de lançamento estabelecidos; água de infiltração como toda água, proveniente do subsolo, indesejável ao sistema separador e que penetra nas canalizações; e contribuição pluvial parasitária como a parcela de deflúvio superficial inevitavelmente absorvida pela rede coletora de esgoto sanitário. Caso a geração dos efluentes industriais serem muito tóxicos, devem ser tratados em unidades das próprias indústrias (BNDES, 1997).
De acordo com Von Sperling (1996), os parâmetros usados tanto para caracterizar águas de abastecimento, águas residuais, mananciais e corpos receptores, são: parâmetros físicos: cor, turbidez, sabor e odor, temperatura; parâmetros químicos: DBO – Demanda
Bioquímica de Oxigênio, DQO – Demanda Química de Oxigênio, micropoluentes inorgânicos e micropoluentes orgânicos; parâmetros biológicos: (bactérias, fungos, protozoários, vírus, algas e helmintos), sendo que os principais indicadores de contaminação fecal comumente utilizados são: coliformes totais (CT), coliformes fecais (CF) e Escherichia coli (EC).
Segundo a NBR 13969 o parâmetro mais utilizado para definir um esgoto sanitário ou industrial é a demanda bioquímica por oxigênio – DBO, que é a “quantidade de oxigênio consumido para estabilizar bioquimicamente o material orgânico biodegradável contido no esgoto, sob condição aeróbia” (ABNT, 1997; p. 03). Pode ser aplicada na medição da carga orgânica imposta a uma estação de tratamento de esgotos e na avaliação da eficiência das estações - quanto maior a DBO maior a poluição orgânica (BNDES, 1997).
Segundo o Programa de Pesquisas em Saneamento Básico – PROSAB:
Os esgotos sanitários possuem mais de 98% de sua composição constituída por água, porém há contaminantes, ente os quais destacam-se: sólidos suspensos, compostos orgânicos (proteínas: 40% a 60%; carboidratos: 25% a 50%; e óleos e graxas: 10%), nutrientes (nitrogênio e fósforo), metais, sólidos dissolvidos inorgânicos, sólidos inertes, sólidos grosseiros, compostos não biodegradáveis, organismos patogênicos e, ocasionalmente tóxicos decorrentes de atividades industriais ou acidentais (CAMPOS, 1999, p. 6) .
Metcalf e Eddy (1991) apud Piveli (2006) classificam os esgotos em forte, médio e fraco, como mostra na Tabela 1.
Dados parecidos foram de Campos (1999), em relação a DBO5, 20 a cada litro de
esgoto lançado em um corpo aquático pode provocar consumo de 150 a 600 mg/L de oxigênio disponível nesse meio, em ensaio padronizado em laboratório a 20°C e 5 dias de duração, isso significa que o consumo de oxigênio pode variar.
Segundo Piveli (2006) os esgotos sanitários possuem alta concentração de fósforo e nitrogênio, sendo preocupante quando for lançado em situações mais restritas, como em represas utilizadas para abastecimento público de água potável, onde o problema da eutrofização poderá ter consequências drásticas, sendo que nestes casos é exigido tratamentos mais avançados de tratamento do esgoto. A eutrofização ocorre com o crescimento da cianobactérias, que são microrganismos procarióticos autotróficos, também denominados algas azuis, devido aos elevados níveis de nutrientes (nitrogênio e fósforo) presentes nos mananciais, podendo produzir toxinas com efeitos adversos a saúde (CONAMA, 2005).
Tabela 1: Características físico-químicas dos esgotos.
Característica Forte Médio Fraco
DBO5,20 (mg/L) 400 220 110
DQO (mg/L) 1.000 500 250
Carbono Org. Total (mg/L) 290 160 80
Nitrogênio total – NTK (mg/L) 85 40 20 Nitrogênio Orgânico (mg/L) 35 15 08 Nitrogênio Amoniacal (mg/L) 50 25 12 Fósforo Total (mg/L) 15 08 04 Fósforo Orgânico (mg/L) 05 03 01 Fósforo Inorgânico (mg/L) 10 05 03 Cloreto (mg/L) 100 50 30 Sulfato (mg/L) 50 30 20 Óleos e Graxas (mg/L) 150 100 50
Fonte: Metcalf e Eddy (1991) apud Piveli (2006).
Bastos e Von Sperling (2009) nos estudos do PROSAB relatam que o nitrogênio é um elemento de grande importância na geração e controle da poluição da água, sendo que é responsável pela poluição porque é um elemento indispensável para o crescimento de algas, conduzindo em certas condições o fenômeno da eutrofização de lagos e represas, além disso o nitrogênio no processo de nitrificação, consome oxigênio dissolvido nos corpos de água, e se torna tóxico para os peixes na forma de amônia livre, além de estar associado a doenças como a metemoglobinemia na forma de nitrato. Os mesmos autores afirmam que o nitrogênio também é controlador da poluição, porque é um elemento indispensável para o crescimento dos microorganismos responsáveis pelo tratamento dos esgotos.
O fósforo é um nutriente essencial para o crescimento dos microorganismos responsáveis pela estabilização da matéria orgânica, além disso, assim como o nitrogênio é indispensável para o crescimento das algas, podendo em certas condições conduzir ao fenômeno da eutrofização dos lagos e represas, mas esse elemento não apresenta implicações sanitárias na qualidade de água, ao contrário do nitrogênio (BASTOS; VON SPERLING, 2009).
Segundo Bastos e Von Sperling (2009, p. 33) “as principais fontes de nutrientes em corpos d’água usualmente estão associadas a drenagem pluvial e, principalmente, ao lançamento de esgoto”. Na Tabela 2 são apresentados concentrações típicas das diversas frações de sólidos em esgotos:
Tabela 2: Concentrações de sólidos em esgotos.
Característica Forte Médio Fraco
Sólidos Totais (mg/L) 1.200 720 350
Sólidos Dissolvidos (mg/L) 850 500 250
Sólidos Dissolvidos Fixos (mg/L) 850 500 250
Sólidos Dissolvidos Voláteis (mg/L) 525 300 145
Sólidos em Suspensão Totais (mg/L) 350 220 100
Sólidos em Suspensão Fixos (mg/L) 75 55 20
Sólidos em Suspensão Voláteis (mg/L) 275 165 80
Sólidos Sedimentáveis (mL/L) 20 10 05
Fonte: Metcalf & Eddy (1991) apud Piveli (2006).
De acordo com Piveli (2006) as características biológicas dos esgotos são importantes para referenciar a necessidade de sua desinfecção, embora a legislação seja restrita a índices de coliformes, sendo algumas apresentadas na Tabela 3.
Tabela 3: Concentrações de organismos em esgotos.
Característica Valor Médio
Bactérias Totais (/100 mL) 109 - 1010 Coliformes Totais (NMP/100 mL) 107 – 108 Coliformes Fecais (NMP/100 mL) 106 – 107 Estreptococus fecais (NMP/100 mL) 105 – 106 Salmonella typhosa (/100 mL) 101 – 104 Cistos de Protozoários (/100 mL) 102 – 105 Vírus (/100 mL) 103 – 104 Ovos de Helmintos (/100 mL) 101 – 103
Fonte: Metcalf & Eddy (1991) apude Piveli (2006).
Campos (1999) nos estudos do PROSAB, considera que o esgoto possui uma faixa de valores comuns entre 106 – 108 NMP/100ml organismos coliformes, que indiretamente está relacionado com a presença de patogênicos.
De acordo com a Resolução 357/05 (CONAMA, 2005), os coliformes termotolerantes são bactérias gram-negativas que fermentam a lactose nas temperaturas de 44°- 45°C, com produção de gás, ácido, e aldeído, e estão presentes em fezes humanas e de animais homeotérmicos, ocorrem em solos, plantas ou outras matrizes ambientais que não tenham sido contaminados por material fecal. Segundo a mesma resolução a bactéria Escherichia coli é a única espécie do grupo dos coliformes termotolerantes cujo habitat exclusivo é o intestino humano e de animais homeotérmicos, onde ocorre em densidades elevadas.
A geração de esgotos em um município varia durante o dia, semana e ano, assim como é ilustrado na Figura 01, através de um hidrograma típico da vazão afluente a uma ETE,
durante o dia. Podem-se observar que existem dois picos de vazão, sendo o maior pico de manhã e o menor no final da tarde. A vazão média diária ocorre quando as áreas acima e abaixo do valor médio se igualam (VON SPERLING, 1996).
Figura 01: Hidrograma típico da vazão afluente a uma ETE
Fonte: Von Sperling (1996)
Segundo Piveli (2006) para fins de dimensionamento de estação de tratamento adota-se os adota-seguintes parâmetros, conforme a Tabela 4.
Em média a contribuição de um ser humano na degradação de um corpo de água natural, quando em sua atividade normal diária, leva a produção de cerca de 54g de DBO20°C,5d por dia, por meio de seus esgotos, e provoca consumo de oxigênio no corpo
receptor na ordem de 54g (PIVELI, 2006; CAMPOS, 1999).
Tabela 4: Parâmetros para dimensionamento de esgoto usado no Brasil.
Parâmetro Valor
Vazão do esgoto 160 L/habitante.dia
Consumo per capta de água 200 L/habitante.dia
DBO5,20 54 g/habitante.dia
DQO 100 g/habitante.dia
K1 = Relativo ao dia de maior produção de esgotos 1,2 K2= Relativo à hora de maior produção de esgotos 1,5 K1 x K2 = Relativo a dia e hora de maior produção de esgoto 1,8
Segundo Campos (1999) deve-se sempre procurar alcançar eficiência na remoção de DBO superior a 80% ou deve-se procurar ter efluentes tratados com DBO inferior a 60mg/L, mas sempre deve-se observar os padrões da legislação, especialmente a resolução 357 (CONAMA, 2005).
2.2.1 Lodo
Segundo a NBR 13969 da ABNT (1997) lodo biológico é um material formado de flocos biológicos, sólidos orgânicos e inorgânicos, resultantes do crescimento biológico no reator das estações de tratamento, que deve seguir para tratamento, podendo ir para o leito de secagem e posteriormente para um aterro sanitário. O quadro da tabela 5 mostra os tipos de resíduos e suas características.
Tabela 5: Tipos de resíduos e suas características Tipos de resíduos Características
Resíduos retirados grades Sólidos grosseiros; pedaços de madeira, papel, etc.
Sedimentos de caixa areia Material mineral:terra, partículas orgânicas ligadas às minerais. Escuma material Material sobrenadante dos decantadores ou de alguns tipos de
reatores, rico em óleos e graxas, sólidos de baixa densidade. Não deve ser misturado ao lodo, caso este venha a ser compostado ou utilizado na agricultura.
Lodo primário Lodo obtido por sedimentação do esgoto no decantador primário. Normalmente cinza e na maioria dos casos de odor ofensivo. Pode ser digerido facilmente por vários processos. Normalmente é encaminhado a um digestor anaeróbio.
Lodo secundário
(processo de lodos ativados)
Apresenta geralmente aparência floculada e com tons marrons. Se a cor é mais escura, as condições do meio se aproximam da anaerobiose. Tende à decomposição anaeróbia devido ao excesso de matéria orgânica. Pode ser digerido facilmente sozinho ou misturado ao lodo primário, no digestor.
Lodo digerido aeróbio (ativado e primário)
Apresenta cor marrom escura e aparência floculada, odor inofensivo e é fácil de ser drenado.
Lodo digerido anaeróbio (ativado e primário)
Apresenta cor marrom escura e aparência floculada, odor inofensivo e é fácil de ser drenado.
2.2.2 Corpo receptor
A escolha do sistema de tratamento é função das condições estabelecidas para a qualidade da água dos corpos receptores, que é “qualquer coleção de água natural ou solo que recebe o lançamento de esgoto em seu estágio final” (ABNT, 1986; p. 02). Para monitoramento e garantia da conservação do corpo receptor é necessário o atendimento à Resolução 357 (CONAMA, 2005; p. 01 - 02), que “dispõe sobre a classificação dos corpos de água e diretrizes ambientais para o seu enquadramento, bem como estabelece as condições e padrões de lançamento de efluentes, e dá outras providências”. A mesma resolução define como classe de qualidade do corpo receptor (recurso hídrico) como um “conjunto de condições e padrões de qualidade de água necessários ao atendimento dos usos preponderantes, atuais ou futuros”. A Resolução 357 (CONAMA, 2005) classifica as águas doces em 4 classes, sendo que as classes crescem da mais rigorosa (classe I) para a menos rigorosa (classe IV). A cada uma dessas classes corresponde uma determinada qualidade a ser mantida no corpo de água, que é expressa na forma de padrões através da referida Resolução Conama. Além dos padrões de qualidade dos corpos receptores, a Resolução Conama apresenta ainda padrões para o lançamento de efluentes nos corpos de água (padrões de descarga ou de emissão).
O nosso estudo de campo foi realizado no lote urbano 01 da quadra 113, município de Nova Candelária, que faz divisa com o arroio Bela Cascata. O arroio foi classificado como classe III, através da análise de água realizada no ponto de lançamento do esgoto tratado, comparada com os padrões da Resolução 357. As águas da classe III, com os padrões apresentados na tabela 6, podem ser destinadas: “a) ao abastecimento para consumo humano, após tratamento convencional ou avançado; b) a irrigação de culturas arbóreas, cerealíferas e forrageiras; c) a pesca amadora; d) a recreação de contato secundário; e e) a dessedentação de animais” (CONAMA, 2005; p. 04).
O lançamento do efluente deverá ter características mais restritivas do que as expressas pelo padrão de lançamento usual. Esta situação pode ocorrer no caso de corpos receptores com baixa capacidade de assimilação e diluição (CONAMA, 2005).
Segundo Campos (1999), uma pessoa pode levar a zero o oxigênio dissolvido de 7mg/L O2 em um recurso aquático natural com 8m³ de esgoto lançado. O mesmo autor afirma
que a descarga de esgotos pode provocar situação catastrófica para a vida aquática, que depende de meio aeróbio, no caso dos peixes, isto porque o rio não pode ter condições de
manter condições aeróbias em toda a sua extensão, para tanto deve-se ter como diretriz básica e preliminar mínima sempre procurar alcançar eficiência na remoção de DBO superior a 80% ou deve-se procurar ter efluentes tratados com DBO inferior a 60mg/L.
Tabela 6: Parâmetros de qualidade de água classe III – águas doces.
Parâmetros Valor Máximo
Materiais flutuantes, espumas Virtualmente ausentes
Óleos e graxas Virtualmente ausentes
Substancias que comuniquem gosto ou odor Virtualmente ausentes Resíduos sólidos objetáveis Virtualmente ausentes Coliformes termotolerantes
Recreação de contato secundário <2.500un/100ml, em >80% das 6 amostras Dessedentação de animais <1.000un/100ml, em >80% das 6 amostras Demais casos <4.000un/100ml, em >80% das 6 amostras Cianobactérias para dessedentação de animais <50.000 cel/ml, ou 5mm³/L
Densidade de Cianobactérias <100.000 cel/ml, ou 10mm³/L
DBO 5 dias a 20°c <10mg/L O2
OD – Oxigênio dissolvido >4mg/L O2
Turbidez <100UNT
Cor verdadeira <75mg Pt/L
pH 6,0 a 9,0
Sólidos dissolvidos totais <500mg/L Fósforo total em ambiente intermediário <0,075 mg/L P
Nitrogênio amoniacal total 5,6 mg/L N, para 7,5 < pH ≤ 8,0 Fonte: Resolução 357/05 (CONAMA, 2005).
Bastos e Von Sperling (2009) nos estudos do PROSAB demonstram que existe grande dificuldade em se atender os padrões do corpo receptor exigidas pela Resolução 357 (CONAMA, 2005) e aponta para uma gestão integrada, isto é, fazer o reuso do efluente tratado para amenizar as dificuldades em relação ao atendimento a legislação ambiental, com o uso produtivo na agricultura, como fertilizante, por possuir nutrientes N e P, os quais apresenta em corpos receptores dificuldade de atendimento a legislação.
Considerando os aquíferos, Bastos e Von Sperling (2009) afirmam que os esgotos sanitários ou efluentes de estação de tratamento, dispostos no solo, geralmente não
acrescentam as águas dos aquíferos a maioria dos parâmetros listados no Anexo I da Resolução 396/08 (CONAMA, 2008), porque o esgoto sanitário não contêm as concentrações elevadas da maioria dos parâmetros listados (metais e agrotóxicos). Os mesmos autores falam que há alguns parâmetros que requerem vigilância e monitoramento quando se dispõem esgoto ou efluentes tratados no solo sobre aquíferos, quais sejam: sódio; cloreto; nitrito; nitrato; sólidos totais dissolvidos; além dos microrganismos listados no Anexo I da mesma resolução, quando o aquífero é pouco profundo ou aflorante.
Segundo Piveli (2006, p. 03) “dificilmente se terá uma condição de diluição dos esgotos tratados no corpo receptor que dispense a desinfecção final dos esgotos antes do lançamento”.
Muitos trabalhos têm sido realizados no Brasil para aproveitamento dos efluentes de esgoto tratados em tanques de piscicultura, mas é necessário, portanto, que o esgoto, antes de ser utilizado na piscicultura, seja submetido a um tratamento adequado, a fim de atender aos requisitos relativos as características microbiológicas, sendo para o cultivo de peixes em águas residuais tratadas, as seguintes diretrizes sanitárias devem ser observadas: ≤ 103 coliformes fecais por 100 mL no tanque de piscicultura (ou ≤ 104
no afluente ao tanque de piscicultura), e ausência de ovos de helmintos (trematóides) (BASTOS; VON SPERLING, 2009).
2.2.3 Sistemas de coleta de esgoto sanitário
Existem dois sistemas de coleta de esgoto: 1) sistema separador de esgotamento sanitário, o qual separa as águas pluviais em linhas de drenagem independentes e que não contribuem a Estação de Tratamento de Esgoto; e 2) sistema combinado, no qual os esgotos e as águas pluviais são veiculados conjuntamente com o mesmo sistema, sendo que vazões pluviais em excesso da capacidade das estações de tratamento são extravasadas para os corpos de água (VON SPERLING, 1996). O mesmo autor afirma que cidades com sistema separador é difícil a separação completa, pois, infelizmente, sempre há conexões clandestinas de esgotos sanitários em drenagem de águas pluviais.
O tratamento das águas residuais é efetuado na maioria das vezes por processos biológicos, sendo que é necessário fazer um processo físico (grades) para a remoção de sólidos grosseiros na entrada da estação de tratamento de esgotos (BNDES, 1997). Muitas pessoas, por falta de instrução e conhecimento, largam para o sanitário, objetos como:
cotonetes, preservativos, absorventes, papel higiênicos e demais resíduos. Estes resíduos, devido às suas características, são extremamente difíceis de capturar nos processos físicos (grades) e, consequentemente, passam para o processo biológico, prejudicando o processo de tratamento (BNDES, 1997).
2.2.4 Tratamento de águas residuais
A disposição de esgotos brutos no solo ou em corpos receptores naturais, como lagoas, rios, oceanos, é uma alternativa que é ainda muito usada, e dependendo da carga orgânica lançada podem provocar a total degradação do meio ambiente, mas em outros casos, a natureza tem condições de promover o tratamento dos esgotos, desde que não ocorra sobrecarga e que haja boas condições ambientais que permitam a evolução, reprodução e crescimento de organismos que decompõem a matéria orgânica (CAMPOS, 1999). Segundo o mesmo autor as estações de tratamento de esgoto sanitário usam os mesmos organismos que proliferam no solo e na água, no entanto, precisam otimizar os processos e minimizar custos, para que se consiga a maior eficiência possível, respeitando-se as restrições que se impõem pela proteção do corpo receptor e pelas limitações de recursos disponíveis.
Segundo o Programa de Pesquisas em Saneamento Básico – PROSAB (CAMPOS, 1999) durante muito tempo acreditava-se que somente podería-se tratar águas residuais com alta eficiência, apenas quando se empregava processos aeróbios, e o processo anaeróbio, apenas se empregava em digestão de lodos, mas com a evolução dos conhecimentos e de emprego de reatores anaeróbios, para tratamento de despejos líquidos, com o aumento de tempo de retenção celular (tempo médio que os microrganismos ficam retidos no sistema), sensivelmente superior ao tempo de detenção hidráulica nas unidades de tratamento anaeróbio, esta alternativa se tornou viável nas ETEs.
Segundo a Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental – CETESB (1988) o tratamento de efluentes por degradação biológica é um dos processos mais utilizados por razões econômicas, que ocorre através da ação de agentes biológicos como as bactérias, protozoários e algas. O mesmo autor afirma que os processos aeróbios são os mais utilizados nos países desenvolvidos, onde em condições aeróbias, matéria orgânica é convertida em gás carbônico, água e biomassa (lodo), sendo este um grande problema.
A correta destinação do lodo das ETEs é o fator de maior custo, porque nesses lodos há metais pesados e outros contaminantes, sendo muito complicado aproveitá-lo na
agricultura (CETESB, 1988). A produção de lodo é maior nos processos aeróbios, os quais necessitam de grande quantidade de energia, e produzem grandes quantidades de CO2
(CETESB, 1988). Pelo contrário, nos processos anaeróbios a matéria orgânica é transformada em gás carbônico, água, metano e biomassa, com custo significativamente menor, comparada aos processos aeróbios. Nos processos anaeróbios parte da energia potencial do resíduo vai para o metano, podendo ser usado como combustível (CETESB, 1988). A Tabela 7 mostra alguns tipos de sistemas usados para tratamento de esgotos segundo Campos (1999).
Tabela 7: Alguns tipos de sistemas usados para tratamento de esgotos.
Tipo Processo predominante
Disposição no solo Aeróbio e anaeróbio
Lagoas facultativas Aeróbio e anaeróbio
Sistemas de lagoas tipo australiano Aeróbio e anaeróbio Lagoa aerada + lagoa de sedimentação Aeróbio e anaeróbio
Lodos ativados convencionais Aeróbio
Lodos ativados (aeração prolongada) Aeróbio
Valas de oxidação Aeróbio
Lodos ativados em reator do tipo batelada (batch)
Aeróbio
Poço profundo aerado (Deep Shaft) Aeróbio
Filtro biológico aeróbio Aeróbio
Reator aeróbio de leito fluidificado Aeróbio
Filtro anaeróbio Anaeróbio
Reator anaeróbio por batelada Anaeróbio
Decanto-digestor Anaeróbio
Decanto-digestor + filtro anaeróbio Anaeróbio Reator anaeróbio de manta de lodo Anaeróbio Reator anaeróbio compartimentado (com
chincanas)
Anaeróbio
Reator anaeróbio de leito fluidificado/expandido Anaeróbio Combinações de processos anaeróbio-aeróbio e
biológico-físico-químicos
Aeróbio e anaeróbio
Anaeróbio + físico-químico Aeróbio + físico-químico Fonte: Campos (1999, p. 20)
De acordo com a Resolução 357 (CONAMA, 2005) existem três tipos de tratamento: a) tratamento avançado: técnicas de remoção de constituintes refratários aos processos convencionais de tratamento, os quais podem conferir a água características, tais como: cor, odor, sabor, atividade tóxica ou patogênica; b) tratamento convencional: clarificação com utilização de coagulação e floculação, seguida de desinfecção e correção de pH; c) tratamento simplificado: clarificação por meio de filtração e desinfecção e correção de pH quando necessário.
Estação de tratamento de esgoto (ETE) é um “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” (ABNT, 2011; p. 9).
Conforme a NBR 12209 (ABNT, 2011), existem quatro tipos de tratamento: tratamento preliminar, tratamento primário, tratamento secundário e tratamento terciário.
Tratamento preliminar
O tratamento preliminar de esgotos sanitários é um conjunto de operações e processos unitários, constituído de gradeamento e desarenação, visa remover sólidos grosseiros, areia e matéria oleosa, evitando obstruções e danificações em equipamentos eletromecânicos, sendo que o gradeamento serve para remover materiais plásticos, papelões e a desarenação a remoção de sedimentos semelhantes a areia, conforme ilustração na Figura 02 (PIVELI, 2006; ABNT, 2011).
Tratamento primário
Conjunto de operações e processos unitários que visam a remoção parcialmente dos sólidos em suspensão e DBO, sendo processos realizados por decantadores primários, conforme ilustração na Figura 02 (ABNT, 2011).
Tratamento secundário
Conjunto de operações e processos unitários que visam a remoção da matéria orgânica, isto é, este processo continua o tratamento do primário na remoção dos sólidos suspensos e DBO até chegar nos 80% e 90%, respectivamente, sendo processos realizados por reatores aeróbios, anaeróbios, lagoa anaeróbia, filtros aeróbios e anaeróbios, decantadores
secundários, conforme ilustração na Figura 02 (BASTOS; VON SPERLING, 2009; ABNT, 2011).
Tratamento terciário
Conjunto de operações e processos unitários que visam a remoção de nutrientes ou microrganismos, podendo ser reatores anaeróbios e aeróbios funcionando alternadamente em tempos diferentes, lagoa facultativa, leitos cultivados, desinfecção, conforme ilustração na Figura 02 (ABNT, 2011).
Figura 02: Fluxograma genérico do tratamento de esgoto sanitário
Fonte: Oliveira (2004)
2.3 Unidades de tratamento de esgoto sanitário
A seguir são apresentados unidades e ou sistemas de tratamento de esgoto sanitário mais usados no Brasil e que serão objeto de nosso estudo, sendo que a eficiência destas unidades de tratamento em reduzir os poluentes, pode ser maior com a associação de vários unidades formando sistemas de tratamento (VON SPERLING, 2005).
2.3.1 Gradeamento
É a primeira unidade de qualquer estação de tratamento de esgoto sanitário, sendo um processo físico, responsável pela remoção dos sólidos grosseiros, como: plásticos, papel,
papelões, embalagens, etc (PIVELI, 2006). É formado por grades classificadas de acordo com o espaçamento das barras: grade grossa (40 a 100mm), grade média (20 a 40mm) e grade (10 a 20mm); e por peneiras que variam de 0,25 a 10mm, sendo a limpeza manual ou mecanizada (ABNT, 2011).
2.3.2 Desarenação
Após o gradeamento vem a desarenação com retirada de sólidos com tamanho do grão de areia (>0,2mm e densidade de 2,65), processo físico onde os sólidos se sedimentam ao longo do percurso da unidade, para o tempo de detenção hidráulica, na vazão máxima superior a 3min, com limpeza manual ou mecânica (PIVELI, 2006; ABNT, 2011).
2.3.3 Decantação primária
Nesta unidade ocorre a sedimentação dos sólidos suspensos mais pesados, realizado por processos físicos, mas pode ser realizada uma adição de polímeros para flocular formando flocos mais pesados, que sedimentam, sendo um processo químico, tempo detenção hidráulica para a vazão média deve ser inferior a 3,0 horas e na vazão máxima maior de 1,0hora, sendo que nesta unidade se cria lodo, recolhido no fundo do decantador, que deve ser tratado em processo complementar, e o efluente líquido é recolhido em canaletas no topo do decantador (ABNT, 2011).
2.3.4 Reator biológico com esgoto em fluxo ascendente (reator UASB)
Composto de uma câmara inferior vazia e uma câmara superior preenchida de meio filtrante submerso, onde atuam microrganismos facultativos e anaeróbios (ABNT, 1997). O Reator UASB retém o lodo pela incorporação de um decantador e um separador de gases na parte superior do reator, neste reator o esgoto é distribuído uniformemente pelo fundo do mesmo, sendo degradado após passar pelo manto de lodo estabilizado, rico em bactérias anaeróbias, e depois o efluente tratado é recolhido em canaletas no topo do reator (CETESB, 1988). Os sólidos se acumulam no fundo, o gás metano é encaminhado para queima ou recuperação, o excesso de lodo é encaminhado para secagem e pode ser disposto em aterro sanitário ou passar por adequação para ser aproveitado como bio-fertilizante (CETESB, 1988). Os reatores UASB são sistemas compactos e de alta taxa, indicados para a recuperação eficiente do gás metano (Figura 03);
O UASB realiza ao mesmo tempo várias funções, o que muitas vezes é realizado em outras ETEs em tanques separados, como: decantador primário, reator biológico, decantador secundário e um digestor de lodo. O UASB faz a digestão da parte sólida retida, formando um lodo estabilizado, que pode ser secado (CAMPOS, 1999).
Figura 03: Reator UASB
Fonte: Von Sperling (2005)
Os reatores UASB apresentam uma eficiência de remoção de DBO de 55 a 75%, levando a um valor final de 60 a 120 mg/L, sendo necessário um pós-tratamento de remoção de carga orgânica, para atingir a eficiência pretendida de 95%, tendo condições de ser lançado no corpo receptor (VON SPERLING, 2005). O mesmo autor afirma que o UASB também não realiza uma remoção satisfatória de coliformes, compostos nitrogenados e fósforo. Neste caso, recomenda um pós-tratamento para atender a legislação, bem como, não contaminar os corpos
receptores. A Figura 04 ilustra um fluxograma típico de um sistema com reator anaeróbio de fluxo ascendente.
A área necessária para a instalação do reator UASB é 0,05 a 0,1 m²/habitante, não incluindo a área para a disposição do lodo (CETESB, 1988). Os valores dos custos foram obtidos através de Von Sperling (2005), corrigidos pelos juros da caderneta de poupança, sendo que o custo de implantação do UASB é R$50,00 a R$80,00/habitante e de operação é R$4,00 a R$6,00/habitante/ano.
Figura 04: Fluxograma típico de um sistema com reator anaeróbio de fluxo ascendente
Fonte: Von Sperling (2005)
2.3.5 Filtro Biológico Aeróbio Submerso – FBAS
Os reatores anaeróbios separam as fases sólida, líquida e gasosa, acumulando lodo e mantendo-o no tanque de tratamento com tempos de residência celular bastante superior aos tempos de residência hidráulica (CETESB, 1988).
“Reator biológico composto de câmara reatora contendo meio filtrante submerso, basicamente aeróbia, onde ocorre a depuração do esgoto, e a câmara de sedimentação, onde os flocos biológicos são sedimentados e retornados para a câmara reatora” (ABNT, 1997, p. 03).
Aisse e Além Sobrino (2001) nos seus estudos realizaram um programa piloto, para tratamento de esgoto sanitário com vista a ser uma alternativa para as condições brasileiras, usando o FBAS como pós-tratamento de efluente proveniente de reatores anaeróbios tipo UASB (explicado abaixo), utilizando um filtro das seguintes características: secção quadrada de 60cm; altura total de 3,50m; possui um recheio plástico tipo colmeia; um sistema de aeração alimenta um difusor de bolha grossa, localizado no fundo da unidade; de fluxo hidráulico ascendente; e completada com um decantador secundário, com o lodo biológico aeróbio sedimentado retorna ao fundo de reator UASB, para seu adensamento e digestão. Nos resultados de Aisse e Além Sobrino (2001) usando o sistema tratamento preliminar + UASB + FBAS + decantador secundário (DS), obtiveram uma redução de 81%, 88% e 83% para os parâmetros DQO, DBO e SST, respectivamente. Os mesmos autores também descobriram que a descontinuidade da alimentação de ar do FBAS pode levar a falência do processo, acarretando grande perda de biomassa no efluente e sobrecarregando o decantador secundário. 2.3.6 Filtros anaeróbios
Retêm o lodo num material suporte (brita) colocado dentro do reator, mantido submerso (ausência de oxigênio), para o desenvolvimento de microrganismos anaeróbios responsáveis pela degradação da matéria orgânica (CETESB, 1988). O filtro anaeróbio de fluxo ascendente pode ser usado quando da impossibilidade de infiltrar o efluente da fossa no solo, sendo necessário tratar esse efluente antes de lançá-lo nos corpos de água (CETESB, 1988). Na Figura 05 mostra-se um esquema de um Filtro Anaeróbio de Fluxo Ascendente.
Figura 05: Filtro Anaeróbio de Fluxo Ascendente
Fonte: Von Sperling (2005)
2.3.7 Filtros Biológicos Percoladores - FBP
Segundo Pinto Nascimento (2001), FBPs são tanques de retenção, onde o esgoto é mantido em contato com o material suporte por períodos de tempo determinados, com ciclos de enchimento e esvaziamento do tanque. Segundo o mesmo autor, o sistema de tratamento de esgoto é processo biológico, constituído de um meio suporte de material grosseiro, como pedra britada ou material plástico, sobre o qual os esgotos são aplicados continuamente por meio de distribuidores rotativos ou estacionários, movidos pela própria carga hidráulica dos esgotos, com a percolação dos esgotos pelo meio filtrante em direção aos drenos de fundo, permitindo o crescimento bacteriano na superfície do material de enchimento, formando uma película gelatinosa ativa, constituída de fungos, bactérias aeróbias e anaeróbias, algas, protozoários, insetos e larvas. Figura 06 ilustração do FBP.
Figura 06: Filtro Biológico Percolador - FBP
Fonte: Pinto Nascimento (2001)
Segundo Von Sperling (2005) os filtros biológicos possuem eficiência de remoção de DBO entre 80 e 90% e remoção de coliformes entre 60 a 90%, possuindo a desvantagem de: necessidade de tratamento e disposição final do lodo; relativa dependência da temperatura do ar; possíveis problemas com moscas; possíveis problemas com entupimento dos espaços do meio suporte.
2.3.8 Lodos ativados
Estes sistemas são bastante compactos, compondo-se de decantador primário, tanque de aeração e decantador secundário. O esgoto é sedimentado e o efluente passa para o tanque de aeração; o lodo contendo microrganismos aeróbios cresce e é recirculado, mantendo uma alta velocidade de degradação da matéria orgânica (CETESB, 1988). O oxigênio necessário ao crescimento biológico é introduzido através de um sistema de aeração mecânica, por ar comprimido (VON SPERLING, 1996).
Segundo Piveli (2006) o processo de lodos ativados convencional é composto das seguintes etapas: Tratamento preliminar: gradeamento e desarenação; Decantadores primários; Tanques de aeração; Decantadores secundários; Adensadores de lodo; Digestores de lodo; e Sistema de desidratação de lodo. Conforme o mesmo autor os decantadores
primários providenciam uma redução da carga orgânica afluente ao tratamento biológico, sendo que o lodo separado nos decantadores secundários, retornam para os tanque de aeração, mas há a necessidade de descarte do lodo excedente para o controle do processo biológico, produzido nos decantadores primários e secundários, que podem ser encaminhados para uma digestão biológica conjunta.
Conforme a NBR 12209 da ABNT (2011) são requisitos para o processo dos lodos ativados os reatores biológicos, o decantador secundário e a recirculação do lodo e seus órgãos auxiliares. A mesma norma comenta que os lodos ativados dependendo a finalidade a que se destinam, podem operar da seguinte maneira: reatores aeróbios (tanques de aeração); reatores aeróbios e anóxicos (remoção de nitrogênio por desnitrificação); reatores anaeróbios aeróbios (remoção biológica do fósforo); reatores aeróbios, anóxicos e anaeróbios; e reatores aeróbios (para nitrificação e desnitrificação simultânea).
2.3.9 Decantador secundário
O decantador secundário remove sólidos (lodo em flocos) provenientes dos reatores que se sedimentam no fundo do tanque, através da raspagem do lodo, que retorna ao tanque de aeração, separando dos sólidos o líquido que é destinado ao corpo receptor (VON SPERLING, 1996). Conforme a norma ABNT 12209 da ABNT (2011) a velocidade de escoamento horizontal do decantador secundário deve ser inferior a 20mm/s.
2.3.10 Tanque séptico
O tanque séptico também chamado de fossa séptica é uma unidade cilíndrica ou prismática retangular de fluxo horizontal, para tratamento de esgotos por processos de sedimentação, flotação e digestão (ABNT, 1993). A mesma norma recomenda que seja realizados projetos de forma completa, incluindo tratamento complementar, com disposição final para efluente e lodo (ver Figura 07).
Figura 07: Sistema de tanque séptico - esquema geral
Fonte: ABNT 7229 (1993)
Segundo a ABNT 7229 (1993) existem dois tipos de tanque séptico: a) Tanque séptico com apenas um compartimento, em cuja zona superior devem ocorrer processos de sedimentação e de flotação e digestão da escuma, prestando-se a zona inferior ao acúmulo e digestão do lodo sedimentado; e Tanque séptico de câmeras em série, com dois ou mais compartimentos contínuos, dispostos sequencialmente no sentido do fluxo do líquido e interligados adequadamente, nos quais devem ocorrer, conjunta e decrescentemente, processos de flotação, sedimentação e digestão. Na Figura 08 ilustra tanque séptico retangular com um compartimento.
A área necessária para a instalação de um sistema com fossa séptica de duas câmeras em série + filtro anaeróbio é 0,2 a 0,35m²/habitante (CETESB, 1988). Os valores dos custos foram obtidos através de Von Sperling (2005), corrigidos pelos juros da caderneta de poupança, sendo que o custo de implantação da fossa séptica + filtro anaeróbio é R$120,00 a R$200,00/habitante e de operação é R$10,00 a R$15,00/habitante/ano.
Figura 08: Tanque séptico retangular um compartimentora
Fonte: NBR 7229 (ABNT, 1993)
2.3.11 Lagoas de estabilização
Lagoas de estabilização são os processos de tratamento muito usados nos países de clima quente e podem ser aeróbias, anaeróbias ou facultativas. (CETESB, 1988). Os lagos de estabilização são grandes tanques escavados no solo, que tratam o esgoto pela ação de bactérias e algas (CETESB, 1988). As lagoas necessitam de grandes áreas de terreno, mas possuem baixos custos de implantação, manutenção e operação (CETESB, 1988). As lagoas de estabilização apresentam quatro tipos básicos conforme a Figura 09 e 10: aeróbias, em geral rasas, com cerca de 0,50m de profundidade; anaeróbias entre 2m e 4,5m de profundidade; facultativas, com profundidade entre 1,5m a 2m; e as de maturação, com 1m de profundidade, usadas após sistemas secundários, para melhorar o efluente (CETESB, 1988).
