AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO DE SISTEMAS DE TRATAMENTO DE ESGOTOS DOMÉSTICO POR ZONA DE RAÍZES EM DUAS ESCOLAS DO MUNICÍPIO DE PINHAIS, PARANÁ

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1 AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO DE SISTEMAS DE TRATAMENTO DE ESGOTOS DOMÉSTICO POR ZONA DE RAÍZES EM DUAS ESCOLAS DO MUNICÍPIO DE PINHAIS, PARANÁ Helisson Henrique Borsato de Andrade, 1 Thomaz Aurélio Pagioro, 2 Júlio Cesar Rodrigues de Azevedo, 2 Tamara Simone van Kaick, 2 1 Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil PPGEC/UTFPR, Rua Felipe Camarão, 159. Bairro Rebouças. Curitiba, Paraná. 2 Departamento Acadêmico de Química e Biologia DAQBi/UTFPR, Av. Sete de Setembro, Bairro Rebouças. Curitiba, Paraná. RESUMO Os despejos irregulares de esgoto doméstico em ambientes aquáticos ocasionam inúmeros impactos negativos ao meio natural e ao homem. A estes lançamentos estão atrelados impactos como: redução das concentrações de oxigênio, os aportes de nutrientes, a contaminação por substâncias e microrganismos patogênicos que além de gerar desequilíbrio ambiental causam doenças na população. A concepção centralizada do saneamento exige a construção/operação de grandes redes de coleta e estações de tratamento, demasiadamente onerosas, que não atingem toda a população. O exemplo acontece no município de Pinhais da Região Metropolitana de Curitiba, Paraná, onde quase metade da população (47%), não é atendida por coleta de esgoto, ainda, parte do volume total de esgoto coletado (6, 8%) é despejado nos corpos hídricos sem tratamento. Os sistemas descentralizados de tratamento de esgotos que integram zona de raízes apresentam-se como uma opção plausível para o controle da poluição de origem sanitária, devido a sua simplicidade construtiva, baixos custos de implantação/operação e alta eficiência de tratamento. O projeto apresentado tem como objetivo a avaliação do comportamento no tocante a remoção física e biológica de poluentes (matéria orgânica e nutrientes), frente às características de sistemas de tratamento de esgotos que combinam fossa séptica com zona de raízes, aplicados em duas escolas no município de Pinhais, Paraná Palavras-chave: zona de raízes, sistemas descentralizado, tratamento de esgotos. 1. INTRODUÇÃO O processo de expansão urbana sem prévio planejamento apresenta-se como motriz de diferentes aspectos inerentes a degradação socioambiental. Neste contexto, até mesmo recursos indispensáveis a manutenção da vida, como a água, sofrem degradação devido ao seu uso inadequado. Tucci (1999) descreve a existência de relação entre o aumento da densidade populacional dos centros urbanos e a degradação de seus corpos hídricos. Segundo o autor, a medida que as cidades se urbanizam acentua-se a ocorrência de impactos como, o aumento das vazões máximas devido a elevação da capacidade de escoamento superficial pela impermeabilização das superfícies; acréscimo da produção de sedimentos relacionado a supressão de vegetação riparia e geração de resíduos sólidos; e a deterioração da qualidade da

2 água, devido a lavagem pluvial de ruas, transporte de resíduos sólidos e ligações clandestinas de esgoto sanitário. Os efluentes de origem doméstica lançados de maneira clandestina nos corpos hídricos são responsáveis por numerosos conflitos socioambientais na urbe, tais despejos impulsionam processos de eutrofização e contaminam mananciais com organismos e substâncias patogênicas, ocasionando problemas de ordem médica na população local e circunvizinha. (Jordão e Pessoa, 1998). O cenário brasileiro para a questão do saneamento básico apresenta-se desfavorável, mesmo com dados da Organização Mundial da Saúde (OMS) demonstrando que a cada R$ 1,00 investido em saneamento cerca de R$ 4,00 a 5,00 são economizados em gastos com saúde pública em internações e tratamentos médicos (SRH/MMA, 2006), no Brasil 47,2% da população não é atendida por rede coletora de esgoto e não possui ao menos fossa séptica (IBGE, 2000), isso significa que mais de 90 milhões de habitantes não dispõe deste serviço básico e lançam seus dejetos diretamente no solo ou corpos hídricos. Mesmo onde há atendimento por sistemas de saneamento como as denominadas ETE (Estações de Tratamento de Esgotos), em algumas situações estas não são eficiente, isto porque segundo Sezerino (2006) muitos sistemas foram projetados e são operados baseados somente na eficiência de remoção de material sólido, colimetria e de matéria carbonacea. As frações nitrogenadas e fosforadas são ignoradas, sendo sua remoção ocasional devido a processos associados. Assim a concepção usual de saneamento (centralizado) mostra-se por vezes ineficaz, seja por apresentar custos elevados e complexidade de implantação/operação, impedindo que comunidades com menor poder aquisitivo sejam providas por tais serviços, ou pela ineficiência na remoção de nutrientes como o descrito anteriormente. Diante deste cenário, o princípio da descentralização do saneamento apresenta-se como uma alternativa. Sistemas naturais e simplificados de tratamento para pequenas coletividades ou uniresidenciais como os wetlands construídos, são opções palpáveis para solução da falta de equidade no saneamento. Os wetlands artificiais ou zonas de raízes são representações de áreas alagáveis naturais (brejos, várzeas), construídos para realizar a depuração de águas residuárias, caracterizando-se em um mecanismo alternativo no tratamento de efluentes de origem doméstica, pois utilizam processos naturais. Sua simplicidade de design, operacional e de manutenção, além da elevada eficiência de tratamento torna esta tecnologia, uma das mais promissoras em aplicação nos países desenvolvidos, e quando utilizada em regiões tropicais há um acréscimo no seu desempenho devido ao clima favorável (Sallati, 2003 e Harbel, 1999 citado por Costa, 2004). Zonas de raízes atuam como filtros biológicos, ao transformar ou reter poluentes por meio da interação entre efluente, solo (meio filtrante), plantas, microrganismos e atmosfera. A combinação de sistemas pode ser variada, no entanto para todos os sistemas, recomenda-se um tratamento primário, seja uma simples peneiração para retenção de sólidos grosseiros, sedimentação ou até digestão da matéria orgânica, dependendo da qualidade requerida em relação ao efluente um tratamento terciário ou polimento é indicado (Phillipi e Sezerino, 2004 e Costa, 2003). As estações de tratamento tipo podem ser classificados de acordo com o seu fluxo hidráulico, sendo eles: fluxo horizontal; fluxo vertical; e híbridos (Phillipi e Sezerino, 2004). Sallati (2003) define ainda alguns sistemas der acordo com o tipo de macrófita utilizada, são eles: sistemas com plantas flutuantes; sistemas de com plantas emergentes; sistemas de com macrófitas fixas submersas; e sistemas combinados. De acordo com Florencio et. al. (2006), sistemas que integram a digestão anaeróbia mais tecnologias de zonas de raízes apresentam em média de 75% a 90% de eficiência na remoção de DBO, 60% a 70% na remoção de sólidos suspenso totais e 50% na remoção de Nitrogênio total. Em estudo realizado por Kaick (2002) utilizando zonas de raízes com fluxo vertical obteve-se redução de até 98% da matéria orgânica em termo de DBO 5. O estudo apresentado tem por objetivo a avaliação do comportamento através de parâmetros físicoquímicos de dois sistemas de tratamento de esgotos utilizando zonas de raízes, implantados em instituições públicas de ensinos no município de Pinhais, Paraná. Através deste será possível verificar o potencial de

3 aplicação e difusão desta tecnologia como uma alternativa coerente para adequação dos lançamentos sanitários uniresidenciais ou comunitários de áreas não servidas por coleta e tratamento de esgotos. 2. METODOLOGIA 2.1. Caracterização da Área de Estudo O projeto de pesquisa será desenvolvido nas escolas municipais Felipe Zeni e Aroldo de Freitas, ambas no Município de Pinhais, pertencente à região metropolitana de Curitiba, no estado do Paraná. Chepak (2008) descreve o clima local como, subtropical com temperaturas amenas na maior parte do ano, com clima tipo Cfb subtropical úmido (mesotérmico), segundo a classificação de Köppen, média do mês mais quente superior a 22 C e do mês mais frio inferior a 18 C, sem estação seca, verão brando e geadas frequentes. As instituições selecionadas para realização da pesquisa não são atendidas pela rede coletora de esgotos e situam-se nos bairros Moradia Perdizes e Vila Emiliano Perneta, entre os rios Atuba e Palmital, sub-bacias que compõem a Bacia do Alto Iguaçu. O Rio Atuba faz limite entre os municípios de Pinhais e Curitiba, foi utilizado como manancial da Região Metropolitana de Curitiba até o ano de 1973, no entanto, suas águas encontram-se demasiadamente degradadas devido ao ordenamento territorial inapropriado em suas margens. O Rio Palmital cruza o município de Pinhais de norte a sul e encontra-se degradado como o Rio Atuba, este corpo hídrico recebe elevadas cargas de esgoto doméstico devido às ocupações irregulares e à remoção da vegetação ripária. No ano de 1998, o Rio Palmital também deixou de ser utilizado como manancial da região devido às degradações antrópicas (Relatório, 2007; Chepak, 2008). Mesmo diante da degradação dos recursos hídricos da região, no Município de Pinhais apenas 53% da população é servida com rede de coleta de esgoto, totalizando 6088,47 m³/dia de esgoto coletado. Dentre o volume total coletado, 417,45 m³ são dispostos nos ecossistemas naturais diariamente, sem sofrer tratamento algum por parte da empresa de saneamento responsável (SNIS, 2008) Procedimento Prático-Operacional Especificações do Sistema O sistema de tratamento de esgoto sanitário pode ser compreendido como uma ETE compacta, composto por duas unidades básicas de tratamento: (a)decanto-digestor, onde ocorrerá um tratamento prévio, ou seja, degradação parcial da matéria orgânica e decantação dos sólidos suspensos afluente ao sistema; (b)zona de raízes do o tipo filtro plantado com macrófitas com fluxo hidráulico vertical, que tem por finalidade a remoção de sólidos suspensos, matéria orgânica e nutrientes como fósforo e nitrogênio (KAICK, 2002). Figura (1). Para o acompanhamento da vazão será instalado um vertedor de seção triangular no ínicio do sistema.

4 Figura 1 Esboço esquemático do sistema de tratamento: (a)decanto-digestor; (b)zona de Raízes com fluxo vertical. Fonte: Adaptado de BRIX e ARIAS (2005). O módulo de zona de raízes funciona como um filtro biológico instalado após um tanque séptico, sendo que na primeira camada filtrante prevalece a condição aeróbia, devido às raízes das macrófitas aquáticas e à difusão de O 2 atmosférico. As duas camadas seguintes atuam sob condições anaeróbias devido à depleção do O 2 dissolvido pela degradação biológica da matéria orgânica. O meio filtrante é composto por camadas de pedra brita e areia, além das raízes das plantas utilizadas (KAICK, 2002). Para o dimensionamento do tanque séptico utilizar-se-á da metodologia prevista na ABNT NBR 7229 (1993). A zona de raízes de fluxo vertical será dimensionada de acordo aos parâmetros descritos por Platzer (1999) citado por Phillipi e Sezerino (2004), que relacionam as taxas de O 2 de entrada no sistema através da convecção do liquido e da difusão atmosférica, com o oxigênio consumido na decomposição do nitrogênio total (O 2 de demanda) Amostragem e Análises Após a construção dos sistemas, os fluxos de entrada e saída da zona de raízes e da fossa séptica serão monitorados por análise físico-química e biológica do efluente bruto e tratado. Todas as análises previstas no projeto serão realizadas nos laboratórios da (UTFPR) Campus Curitiba. O Quadro (1) apresenta as análises físico-químicas e biológicas que serão realizadas em amostras do esgoto doméstico utilizado na alimentação do sistema, e do acompanhamento de cada etapa de tratamento seguindo os procedimentos descritos pelo Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (1998). Quadro1 Parâmetros físico-químicos e microbiológicos para acompanhamento do sistema. Parâmetro Método ph Potenciométrico Temperatura - -

5 Oxigênio Dissolvido (OD) - - Alcalinidade a Total* Titulométrico Demanda Química de Oxigênio (DQO) refluxo fechado Demanda Biológica de Oxigênio (DBO 5 ) Titulométrico Totais Sólidos Totais Voláteis Totais Fixos Suspensos Totais Suspensos Voláteis Suspensos Fixos Nitrogênio Total Gravimétrico Nitrogênio amoniacal Nitrito (NO - 2 ) Nitrato(NO 3 ) Fosfato *Fonte: Dilallo e Albertson, 1961, modificado por Rypley et al.1986 Em um primeiro momento serão realizadas baterias de amostragem com o intuito de estabelecer uma caracterização precisa do efluente a ser tratado, em porte dos referidos dados de caracterização será dimensionado o sistema seguindo as especificações metodológicas. Por conseguinte serão estabelecidos períodos fixos de amostragens para o acompanhamento da entrada e saída do sistema, bem como em pontos intermediários entre cada segmento do sistema. Os dados possibilitarão estabelecer um perfil de comportamento do sistema frente as diferentes taxas de cargas de poluentes e hidráulicas. Também serão observados dados climáticos da região estudada durante o período (máximas e mínimas de temperatura, umidade relativa do ar, pluviometria etc.), pois como todo sistema natural de tratamento de efluentes esta sujeito a alterações no seu desempenho por intempéries. 3. RESULTADOS ESPERADOS Através da realização deste projeto será obtido um panorama bastante conciso do comportamento bioquímico através de parâmetros físico-químicos, das estações de tratamento de esgotos utilizando zonas de raízes de fluxo hidráulico vertical, bem como a eficiência no tocante a remoção de sólidos, matéria carbonacea e nutrientes, das águas residuárias de origem sanitária nestes sistemas. Cabe ressaltar que os sistemas serão aplicados em escala real submetidos a situações cotidianas de utilização e operação nas escolas, assim será possível a verificação do desempenho da tecnologia frente a diferentes cargas hidráulicas ou orgânicas evidenciando a potencialidade de aplicação, bem como possíveis ajustes para a difusão da tecnologia para populações que não possuem serviço de coleta e tratamento de esgotos. Muito mais que a apenas verificação do comportamento do sistema frente às situações supracitadas, a pesquisa terá efeito bastante singular ao avaliar criticamente um sistema alternativo de saneamento, servindo de base cientifica para sustentação e/ou melhoria da tecnologia empregada.

6 4. AGRADECIMENTOS Meus agradecimentos à CAPES (Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior), pelo fomento através da concessão de bolsa de estudos para realização desta pesquisa. 5. REFERENCIAS Associação Brasileira de Normas Técnicas. (ABNT), 1997, Projeto, Construção e Operação de Sistemas de Tanques Sépticos. NBR Ed. ABNT. Rio de Janeiro, Brasil, 15p. AWWA, APHA, IWA, 1998 Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, Washington D.C. U.S.A. Brix, H. Arias, C. A., 2005, The UseoOf Vertical Flow Constructed Wetlands for On-Site Treatment of Domestic Wastewater: New Danish Guidelines, Ecological Engineering. n25, p Chepak, M. F. A., 2008, Atlas geográfico do município de Pinhais, PDE, SEED, UFPR, Curitiba, Brasil, p.36. Costa, S. M. S. P., 2003, Avaliação do Potencial de Plantas Nativas do Brasil no Tratamento de Esgoto Doméstico e Efluentes Industriais em Wetlands Construídos, Tese de Doutorado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas, Brasil, p.119. Florencio, L. et. al., 2006, Reuso das Águas de Esgoto Sanitário, Inclusive Desenvolvimento de Tecnologias de Tratamento para esse Fim, Ed. PROSAB. Disponível em: < Acesso em: 25 Jul Instituto Brasileiro De Geográfia e Estatística (IBGE), 2000, Censo 2000, Disponível em:< Acesso em: 17 Jul Jordão, E. P. Pessoa, C. A., 1995, Tratamento de Esgotos Domésticos. Ed. ABES, Rio de Janeiro, Brasil, p.681. Kaick, T. S., 2002, Estação de Tratamento de Esgoto por Meio de Zona de Raízes: uma proposta de tecnologia apropriada para saneamento básico no litoral do Paraná, Dissertação de Mestrado, Centro Federal de Educação Paraná, Curitiba, Brasil, p.116. Phillipi, L. S. Sezerino, P. H., 2003, Aplicação de Sistemas Tipo Wetlands no Tratamento de Águas Residuárias: utilização de filtros plantados com macrófitas, Ed. ABES, Florianópolis, Brasil, p.144 RELATÓRIO, de Diagnóstico, 2007, Plano da Bacia do Alto Iguaçu e Afluentes do Alto Ribeira, Curitiba, p.68. Salatti, E., 2003, Utilização de Sistemas de Wetlands Construídas para o Tratamento de Águas, Revista O Biológico. Vol. 65. n 1. Secretaria de Recursos Hídricos/ Ministério do Meio Ambiente (SRH/MMA), 2006, Água: Manual de uso. Vamos cuidar de nossas águas, Brasília, Brasil, Disponível em: < Acesso em: 19 jul Sezerino, P. H., 2006, Potencialidade dos Filtros Plantados Com Macrófitas (Constructed Wetlands) no Pós- Tratamento de Lagoas de Estabilização Sob Condições de Clima Subtropical, Tese de Doutorado, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, Brasil. Sistema Nacional de Informações Sobre Saneamento (SNIS)., 2008, Índice de Atendimento de Esgoto, SNIS, SNSA, Disponível em: Acesso em: 10 Jul Tucci, C. E. M., 1999, Água no Meio Urbano In: Rebouças, A. C. Braga, B. Tundisi, J. G. (Org.) Águas Doces no Brasil, Ed. Escrituras, São Paulo, Brasil, p