I-025 EFEITO DA ABSTRAÇÃO INICIAL NO APROVEITAMENTO DA ÁGUA DE CHUVA

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1 I-025 EFEITO DA ABSTRAÇÃO INICIAL NO APROVEITAMENTO DA ÁGUA DE CHUVA Adilson Pinheiro (1) Engenheiro Civil pela Universidade Federal de Santa Catarina; Mestre em Engenharia de Recursos Hídricos e Saneamento pelo Instituto de Pesquisas Hidráulicas da Universidade Federal do Rio Grande do Sul; Doutor em Física e Química do Ambiente pelo Institut National Polytechnique de Toulouse (França); Diretor do Instituto de Pesquisas Ambientais (IPA-FURB); Professor do Depto. de Engenharia Civil da FURB. José Alexandre Borges Valle Engenheiro Químico pela Universidade Regional de Blumenau; Mestre em Engenharia Química e Doutor em Engenharia Mecânica pela Universidade Federal de Santa Catarina; Professor do Departamento de Engenharia Química da Universidade Regional de Blumenau. Olga Catarina Tordo Engenheira Civil pela Universidade Católica de Petrópolis; Mestre em Engenharia Ambiental pela Universidade Regional de Blumenau. Gheise Minatti Estudante de Engenharia Química da Universidade Regional de Blumenau. Endereço (1) : Universidade Regional de Blumenau - Departamento de Engenharia Química, Rua Araçatuba, 83, Itoupava Seca, Blumenau/SC, CEP Fone: (pinheiro@furb.br) RESUMO Na captação de águas de chuva escoadas em telhado, deve-se levar em conta que no início de uma chuva a água escoada contém impurezas. Essas águas devem ser desviadas do reservatório de detenção e são consideradas como águas de primeiro fluxo. Este trabalho tem por objetivo avaliar o efeito da abstração do primeiro fluxo sobre o aproveitamento da água de chuva coletada em telhados cerâmicos. Foi implantado um sistema de captação de água de chuva, composto de um reservatório de autolimpeza e uma caixa de detenção. Amostras de água foram coletadas em três pontos (chuva direta, reservatório de autolimpeza e caixa de detenção), e analisados alguns parâmetros. Todas as amostras apresentaram como resultado o ph levemente ácido, variando entre 4,86 a 6,35 para as amostras do descarte (reservatório de autolimpeza) e 5,21 a 6,82 da caixa de detenção, com ph médio de 5,60 e de 5,73, respectivamente. O parâmetro cor aparente apresentou resultados de coloração maior no descarte do que na caixa de detenção. O descarte apresentou valores médios de dureza total, ferro total e sílica, maiores do que a amostra coletada na caixa de detenção. As partículas em suspensão como sílica, argila, matéria orgânica e microorganismos encontrados nas amostras conferem ao descarte valor de turbidez, coliformes totais e Escherichia coli mais elevados do que a caixa de detenção. Em relação a análise microbiológica, as amostras apresentaram resultados positivos, desqualificando a água da chuva coletada no telhado para consumo humano, sem prévio processo de desinfecção. PALAVRAS-CHAVE: Água de chuva, abstração e análises. INTRODUÇÃO A detenção das águas de chuva coletadas nas coberturas das edificações, residências e indústrias, constitui-se em importante ação no controle de cheias urbanas e na redução de água fornecida pelas empresas de saneamento para consumo humano. Esta fonte alternativa pode beneficiar bilhões de pessoas no mundo (3º Fórum Mundial da Água, 2003), a custos relativamente baixos, de maneira participativa, passando para as próprias comunidades a responsabilidade de gerenciar o seu abastecimento de água, e com um impacto ambiental mínimo. As coberturas podem ser de telhas cerâmicas, de fibrocimento, de zinco ou alumínio e até mesmo impermeabilizadas com manta asfáltica. As calhas e condutores verticais podem ser em PVC ou metálicas. O primeiro passo para o aproveitamento de água de chuva consiste em desenvolver coletores de água nas coberturas, dimensionados de tal forma que levem em consideração os valores de precipitação da região e que separem as águas iniciais de chuva, devido à concentração de substâncias sólidas depositadas pelo vento e por pássaros (TOMAZ, 2003). ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1

2 A primeira chuva contém impurezas, devido a deposições no telhado de matéria orgânica eliminada pelos pássaros e/ou trazidas pelo vento, como folhas e pequenos insetos. Assim, tem sido recomendado que essas águas sejam desviadas do reservatório através de um dispositivo tipo by pass, que dispõe, no final do coletor, de uma válvula para o descarte desse primeiro fluxo. Em estudo realizado por Yaziz et al. (1989), a análise do primeiro fluxo da água captada em cobertura de telha cerâmica e em de ferro galvanizado mostra que, na primeira amostra, a concentração de matéria orgânica e sólidos dissolvidos é maior, diminuindo gradativamente na segunda, terceira, quarta e quinta amostras. Os coliformes fecais, por exemplo, variaram de 4 41 NMP/100 ml no primeiro litro de amostra, estando ausentes na quarta e quinta amostras. A qualidade da água da chuva derivada de coberturas com telha cerâmica e telha de aço galvanizado, num período de 5 meses, na Malásia, foi analisada por Yaziz et al. (1989). As amostras coletadas mostraram que, no primeiro fluxo de água, a concentração de poluentes foi grande, mas que diminuíram nas amostras subseqüentes, com algumas exceções. Nas amostras dos telhados cerâmicos, os valores, para coliformes fecais e totais foram 8-13 NMP/100 ml e NMP/100 ml, respectivamente. Em relação ao telhado aço galvanizado, os valores, para coliformes fecais foram 4-8 NMP/100 ml e coliformes totais NMP/100 ml. O Guia de usos de Tanques para Água de Chuva elaborado na Austrália, segundo Liffe (1998), descreve a técnica e química de alguns tipos de materiais utilizados nas coberturas dos telhados. As coberturas podem ser de telhas cerâmicas e de concreto, metálico de zinco e de aço galvanizado, fibrocimento e amianto, policarbonato ou de fibra de vidro e de ardósia. Independentemente de os telhados serem novos, deve-se desviar o primeiro fluxo da água de chuva dos tanques de armazenamento, isso é feito para evitar que a poeira e outros materiais e organismos sejam lavados do telhado e carreados e/ou escoados para o interior dos tanques de armazenamento. Neste sentido, o objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da abstração do primeiro fluxo sobre o aproveitamento da água de chuva coletada em telhados cerâmicos. MATERIAL E MÉTODOS SISTEMA DE CAPTAÇÃO Para a execução do projeto foi montado um dispositivo de captação e armazenamento da água de chuva. A água é escoada pelo telhado do Bloco F cuja área é de 102 m 2 (8,5 x 12 m) e direcionada para o Bloco H, ambos situados no Campus II (onde também se localizam o Centro de Ciências Tecnológicas e o IPTB) da Universidade Regional de Blumenau. A água de chuva passa primeiramente por um filtro (tela) para separação dos materiais grosseiros (folhas e gravetos), descendo, em seguida, pela tubulação vertical, de diâmetro de 100 mm, até o redutor de área, onde a água começa a se acumular até uma altura de 2 m (reservatório de autolimpeza) com capacidade volumétrica de 20L o que corresponde a uma precipitação de 0,2 mm. A água coletada no reservatório foi analisada para os parâmetros estudados. A chuva direta foi coleta através de um dispositivo composto de dois baldes plásticos, um ao lado do outro, fixados sobre o telhado do Bloco H. As amostras foram colocadas em frascos estéreis com auxílio de funis esterilizados e encaminhadas para as análises. As amostras foram encaminhadas ao IPTB (Instituto de Pesquisa e Tecnologia de Blumenau), para análises físico-químicas dos parâmetros Ferro e Sílica e microbiológicos de Coliformes Totais e Escherichia coli, e para o DEQ (Laboratório de Fenômenos de Transportes e Operações Unitárias, localizado no Departamento de Engenharia Química da FURB), para analisar os parâmetros ph, Alcalinidade Total, Cloretos, Cor Aparente, Dureza Total, Temperatura e Turbidez, a fim de verificar se a água de chuva tinha condições de potabilidade. Na Figura 1 é apresentado o esquema do sistema de captação instalado. A água escoada na cobertura escorre para as calhas, que por sua vez vai para o reservatório de autolimpeza. Neste reservatório, existe uma derivação para o bloco H e um sistema de descarte de 20 litros da chuva inicial. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 2

3 calha calha derivação condutor Caixa detentora descarte Caixa de passagem Figura 1 Desenho esquemático do sistema de coleta de água de chuva. RESULTADOS A análise da qualidade da água foi realizada no período de setembro de 2003 a agosto de 2004 (12 meses), em três pontos diferentes do sistema de captação. No primeiro, a chuva foi coletada diretamente sem passar por nenhuma superfície, apenas lavando os gases e suspensão atmosférica. O segundo ponto foi o reservatório de autolimpeza que acumula apenas a primeira água da chuva que deve ser o mais degradado, pois lava a superfície da cobertura (FENDRICH, 2002). O terceiro ponto foi o reservatório de detenção que acumula um total de 1000 litros para a realização de outros experimentos. QUALIDADE DA ÁGUA DE CHUVA A qualidade da água de chuva coletada em cobertura cerâmica descrita a seguir corresponde ao primeiro fluxo e no reservatório de detenção. O primeiro fluxo se refere aos primeiros 20 L escoados na cobertura de telha cerâmica do prédio H no Campus II da Universidade Regional de Blumenau. No Quadro 1 são apresentados os valores dos parâmetros analisados da água de chuva armazenada no descarte (20 L) e na caixa de detenção. Eles são apresentados em termos de valores médios, mínimos e máximos. Observa-se que a água retida no descarte apresenta características físicas e químicas que a tornam de pior qualidade do que a armazenada na caixa de detenção. Assim, constata-se o interesse da eliminação do primeiro fluxo de chuva, como tem sido indicado por Tomaz (2003), He et al. (2001), Coombes et al. (2001), Zobrist et al. (2000), Liffe (1998) e Yaziz et al. (1989). ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3

4 Parâmetros Descarte Máximo Caixa de Detenção Máximo Portaria 518/2004 ph 5,60 6,35 4,86 5,73 6,82 5,21 6-9,5 Alcalinidade Total (mg/l) 14,52 20,73 10,00 11,73 16,00 8,00 Cloretos (mg/l) 3,81 5,64 2,82 3,72 5,64 2, Cor Aparente (uh) 33,00 89,00 17,00 18,45 43,00 7,00 15,00 Dureza Total (mg/l) 23,95 56,00 8,5 21,91 48,00 3, Ferro Total (mg/l) 3,42 23,00 0,15 0,32 2,02 0,026 0,3 Sílica (mg/l) 5,66 28,54 0,651 2,92 13,21 0,212 Temperatura ( C) 25,10 27,00 24,00 25,09 27,00 24,00 Turbidez (UT) 4,38 15,00 1,12 1,70 5,00 0,20 5 Escherichia coli (NMP/100mL) 3474, , Ausente Coliformes totais (NMP/100mL) 800, ,3 1054, ,5 Ausente Quadro 1 es dos parâmetros da chuva coletada do descarte e da caixa de detenção. Todas as amostras apresentaram como resultado o ph levemente ácido, variando entre 4,86 a 6,35 para as amostras do descarte e 5,21 a 6,82 da caixa de detenção, com ph médio de 5,60 e de 5,73, respectivamente. Alguns resultados caracterizam-se como chuva ácida por apresentar valores de ph menores que 5,651, de acordo com a classificação apresentada por Di Bernardo et al. (2002). A alcalinidade presente na água pode ser entendida como a capacidade da água de neutralizar ácido. A pequena diferença de alcalinidade total entre os dois pontos de coleta deve-se provavelmente ao excesso de matéria orgânica acumulado no descarte, que pode gerar gases e, conseqüentemente, diminuir o ph. Os cloretos se apresentaram em pequenas quantidades, bem abaixo do estabelecido pela Portaria nº 518 de 25 de março de 2004, e não apresentaram diferenças significativas entre o descarte e a caixa de detenção, pois se trata de sólidos dissolvidos (dissolução de sais), não tendo influência direta da quantidade de matéria orgânica. Devido à existência de partículas coloidais suspensas e sólidos dissolvidos na água de chuva coletada, que na grande maioria dos casos são de natureza orgânica, o parâmetro cor aparente apresentou resultados de coloração maior no descarte do que na caixa de detenção, estando seu valor médio acima do estabelecido pela portaria. A dureza é uma característica conferida pela presença de sais alcalinos e alguns metais, em menor intensidade. Este, apresentou valor médio 24 mg/l ficando bem abaixo do estabelecido pela Portaria 518 de 25 de março de 2004 (até 500 mg/l), o que sugere que a água de chuva seja recomendada para caldeiras, trocadores de calor e sistemas de refrigeração com relação à baixa concentração de sais de cálcio e magnésio. Observa-se, também, que os valores da dureza determinados neste trabalho ficaram acima dos apresentados por Zanella (1992), que apresentou um valor médio de 7,07, nesta mesma localidade. O descarte apresentou valores médios de ferro total e sílica, maiores do que a amostra coletada na caixa de detenção, porque a água do descarte recebeu todo o acúmulo de impurezas depositadas no telhado. Alguns valores de ferro total excederam o valor estabelecido pela Portaria nº 518 de 25 de março de As partículas em suspensão, como sílica, argila, matéria orgânica e microorganismos encontrados nas amostras, conferem ao descarte valor de turbidez, coliformes totais e Escherichia coli mais elevados do que os da caixa de detenção. A turbidez apresenta, em média, valores maiores que os permitidos pela Portaria nº 518 de 25 de março de Em relação ao exame microbiológico (Coliformes totais e Escherichia coli), as amostras apresentaram resultados positivos, desqualificando a água da chuva coletada no telhado para consumo humano, sem prévio processo de desinfecção. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 4

5 No Quadro 2 são apresentados valores médios, mínimos e máximos dos parâmetros de qualidade das águas coletadas diretamente da atmosfera e da que foi coletada na caixa de detenção. Observa-se que a água de chuva escoada pela cobertura de telha cerâmica apresentou um valor médio de ph 5,73 e a chuva coletada da atmosfera 5,31. Então, a telha cerâmica não influencia o ph, diferentemente de outros materiais, como fibrocimento (TOMAZ, 2003; TORDO, 2004). Observa-se que os valores do ph médio e dos cloretos, ficaram de acordo com os valores médios apresentados na literatura para esta localidade (Itoupava Seca) segundo Smiderle (1995) e Zanella (1992), oscilando entre 5,6 e 5,03 (para ph) e 1,41 mg/l e 11,28 mg/l (para cloretos), sendo necessária sua correção para fins potáveis. Os resultados das análises de ferro e sílica diminuíram em relação ao do trabalho de Zanella (1992), mas o valor médio de ferro (0,31 mg/l) está pouco acima do previsto na Portaria 518 de 25 de março de 2004 (0,3 mg/l). Quanto ao exame microbiológico dessas amostras, os resultados apresentados mostram que a chuva direta contém menor quantidade de Escherichia coli e Coliformes Totais, pois a presença da carga poluidora do telhado é maior que a da chuva direta. Parâmetros Chuva da atmosfera Máximo Caixa de Detenção Máxim o Portaria 518/200 4 ph 5,31 6,16 4,44 5,73 6,82 5,21 6-9,5 Alcalinidade Total (mg/l) 13,48 20,00 4,82 11,73 16,00 8,00 Cloretos (mg/l) 5,08 11,28 1,41 3,72 5,64 2, Cor Aparente (uh) 17,36 23,00 8,00 18,45 43,00 7,00 15 Dureza Total (mg/l) 24,00 36,00 8,00 21,91 48,00 3, Ferro Total (mg/l) 0,31 1,28 0,070 0,32 2,02 0,026 0,3 Sílica (mg/l) 1,51 3,10-2,92 13,21 0,212 Temperatura ( C) 25,00 25,00 25,00 25,09 27,00 24,00 Turbidez (UT) 1,77 3,80 0,20 1,70 5,00 0,20 5 Escherichia coli (NMP/100mL) 26,91 106,30 Ausente 236, Ausente Coliformes totais (NMP/100mL) 1377, , ,5 Ausente Quadro 2 es dos parâmetros da chuva coletada da atmosfera e da caixa de detenção. Com relação aos demais parâmetros, os valores encontrados entre as duas amostras não apresentaram diferenças significativas, contudo, os valores de cor ficaram acima dos valores previstos na Portaria n 518 de 25 de março de Deste modo, os resultados das análises das amostras da chuva direta e da água da chuva escoada pelo telhado mostram que essa água da chuva não pode ser utilizada para fins potáveis, sem prévio tratamento, pois os parâmetros ph, cor, Escherichia coli e Coliformes Totais estão em desacordo com a Portaria n 518 de 25 de março de Faz-se necessária a desinfecção da água da chuva, como também o ajuste do ph e da filtração. Também foi determinada uma análise de N-NO 3 (mg/l) e Sulfato (mg/l) cujos valores atuais foram 4,84 e 1,0, respectivamente. Os valores apresentados por Smiderle (1995) e Zanella (1992) foram de 0,01-0,3 e 0,12 para N-NO 3 (mg/l) e Sulfato (mg/l), respectivamente. Com relação ao sulfato, os valores de Smiderle (1995) são de 1 a 9. O aumento no nível de N-NO 3 (mg/l) deve-se à ação antrópica. CONCLUSÕES Os resultados obtidos pelo conjunto das análises físico-químicas e microbiológicas realizadas, nas amostras coletadas de água de chuva, no primeiro fluxo, e em cobertura cerâmica, permitiram obter algumas conclusões. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 5

6 Os resultados das análises das amostras da chuva direta e da água da chuva escoada pelo telhado, mostraram que essas águas da chuva não podem ser utilizadas para fins potáveis, sem prévio tratamento, pois os parâmetros ph, cor, Escherichia coli e Coliformes Totais estão em desacordo com a Portaria n 518 de 25 de março de Sendo necessária a desinfecção da água da chuva como também o ajuste do ph e filtração. Também foi observado que a qualidade da água no reservatório de autolimpeza foi inferior ao da caixa de detenção. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. COOMBES, P. J.; KUCZERA, G. Strategic use of storm water. Department of Civil, Surveying and Environmental Engineering, University of Newcastle, DI BERNARDO, L.; Di BERNARDO, A.; FILHO, P. L. C. Ensaios de Tratabilidade de Água e dos Resíduos Gerados em Estações de Tratamento de Água. Ed. RiMa, São Carlos, FENDRICH, R.; OLIYNIK, R. Manual de Utilização das Águas Pluviais (100 Maneiras Práticas). 1 ª ed. Curitiba: Livraria do Chain Editora, HE, W.; WALLINDER, I. O.; LEYGRAF, C. A laboratory study of copper and zinc runoff during first flush and steady state conditions. Corrosion Science. 43, pp , LIFFE, D. A. C. Guidance on the Use of Rainwater Tanks - National Environmental Health Forum Monographs. Water Series, 3, p. 29, PORTARIA N. º 518 (25 de março de 2004), do Ministério da Saúde, Brasília - DF.Estabelece os procedimentos e responsabilidades relativas ao controle e vigilância da qualidade da água para consumo humano e seu padrão de potabilidade, e dá outras providências. 7. SMIDERLE, M. Caracterização química dos parâmetros básicos das águas das chuvas. Monografia. Departamento de Química, Universidade Regional de Blumenau, p. 128, TOMAZ, P. Aproveitamento de água de chuva para áreas urbanas e fins não potáveis: 1. ed. São Paulo: Navegar Editora, p. 9. TORDO, Olga Catarina. Caracterização e avaliação do uso de águas de chuva para fins potáveis. Dissertação. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental. Universidade Regional de Blumenau, Blumenau, p. 10. YAZIZ, M. I.; GUNTING, H.; SAPARI, N.; GHAZALI, A. W. Variations in rainwater quality from roof catchments. Water Research, vol.23, No.6, pp , ZANELLA, G. Chuvas ácidas na região de Blumenau. Monografia. Departamento de Química, Universidade Regional de Blumenau, p. 92, ZOBRIST, J.; MULLER, S.R.; AMMANN, A.; BUCHELI, T.D.; MOTTIER, V.; OCHS, M.; SCHOENENBERGER, R.; EUGSTER, J.; BOLLER, M. Quality of roof runoff for groundwater infiltration. Water Research, vol.34, No.5, pp , ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 6

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