22º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental

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1 22º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 14 a 19 de Setembro Joinville - Santa Catarina II EFEITO DO APORTE DE ÁGUAS PLUVIAIS AO SISTEMA DE ESGOTOS SANITÁRIOS: VARIAÇÃO DA VAZÃO AFLUENTE À ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ESGOTOS Carlos Eduardo Borges Pereira Químico. Mestre em Planejamento e Gestão Ambiental pela Universidade Católica de Brasília - UCB. Gerente Operacional da ETE Brasília Sul da Companhia de Saneamento do Distrito Federal - CAESB. Sérgio R. Ayrimoraes Soares(1) Engenheiro Civil. Mestre em Tecnologia Ambiental e Recursos Hídricos pelo Departamento de Engenharia Civil e Ambiental da Universidade de Brasília - UnB. Pesquisador do Grupo de Pesquisa "Avaliação e Controle Ambiental" - CNPq/UnB. Sérgio Paiva Sampaio Engenheiro Civil. Doutor pela "Université de Paris XII", França. Engenheiro da Companhia de Saneamento do Distrito Federal - CAESB. Ricardo Silveira Bernardes Engenheiro Civil. Mestre em Hidráulica e Saneamento. Ph.D pela "Wageningen Agricultural University", Holanda. Professor Adjunto do Departamento de Engenharia Civil e Ambiental da Universidade de Brasília - UnB. Endereço(1): SQN 206 Bloco J Apt Brasília - DF - CEP: Brasil - Tel: (61) ayrimoraes@hotmail.com RESUMO

2 As Estações de Tratamento de Esgotos no Distrito Federal apresentam problemas operacionais nos períodos de chuva em função do acréscimo significativo das vazões afluentes. No presente trabalho, essa situação foi avaliada na ETE Bras ília Sul, durante os anos 2000/2001. Como os períodos de chuva e estiagem são bem definidos em Brasília, pode-se constatar facilmente o incremento da vazão afluente em função da precipitação, além de mudanças nas características do esgoto afluente devido ao efeito de diluição dos esgotos sanitários. O efeito do aporte de águas pluviais ao sistema de esgotos sanitários, em virtude da variação de carga orgânica e vazões afluentes ao tratamento, implicam em mudanças de parâmetros cinéticos e operacionais, com conseqüências para o desempenho do processo de tratamento. Portanto, no planejamento de sistemas de esgotos sanitários, mesmo que, em tese, esteja considerando-se um sistema separador absoluto, deve-se atentar para a questão da disposição final e do tratamento combinado, em maior ou menor grau, dos esgotos e das águas pluviais coletadas. Por outro lado, um amplo trabalho de pesquisa de ligações clandestinas de águas pluviais na rede de esgotos também deve ser realizado, no intuito de diminuir o impacto que o período de chuvas acarreta na operação de Estações de Tratamento de Esgotos. PALAVRAS-CHAVE: tratamento de esgotos, águas pluviais, vazão, operação. INTRODUÇÃO A concepção de esgotamento sanitário preconizada para o Brasil propõe que seja adotado o sistema separador absoluto. Esse tipo de sistema é concebido para receber exclusivamente os esgotos sanitários, fazendo-se o esgotamento das águas pluviais em sistema próprio e independente. As vazões a serem transportadas são aquelas provenientes dos esgotos domésticos coletados acrescidas de águas de infiltração e, eventualmente, efluentes líquidos industriais. Diante disso, a distribuição da vazão coletada e posteriormente encaminhada para a ETE (Estação de Tratamento de Esgotos) é resultante de variações do consumo de água e de variações sazonais do nível d'água no subsolo. A vazão de esgotos afluente a uma ETE varia, portanto, com as horas do dia, com os dias, meses e estações do ano e depende de muitos fatores climáticos como temperatura e precipitação atmosférica. Os parâmetros utilizados para contemplar essa variação são (Tsutiya e Alem Sobrinho, 1999): (a) K1 coeficiente de máxima vazão diária: relação entre a maior vazão diária verificada no ano e a vazão média diária anual; (b) K2 coeficiente de máxima vazão horária: relação entre a maior vazão observada em um dia e a vazão média horária do mesmo dia; e (c) Ci taxa de contribuição de infiltração (L/s.km). Na prática, observa-se que esses parâmetros não são suficientes para a estimativa das vazões de esgotos, pois tem-se verificado em inúmeros sistemas de esgotos sanitários no país a existência de diversos tipos de ligações clandestinas de águas pluviais na rede coletora, que deveria funcionar como sistema separador absoluto. Esse fato resulta em

3 variações nas vazões coletadas e afluentes a ETEs muito maiores que as esperadas considerando-se apenas os referidos coeficientes de variação. Embora essas ligações clandestinas devam ser evitadas, a realidade é que as entidades responsáveis pelos sistemas e serviços de esgotamento sanitário das cidades não conseguem contornar o problema, tendo que enfrentar essas variações não previstas nos projetos, com conseqüências danosas para a operação dos sistemas de esgotos sanitários. Para ilustrar, compreender e quantificar essa questão, isto é, o aporte de águas pluviais ao sistema de esgotos sanitários, fez-se uma correlação entre a precipitação atmosférica na bacia e os valores de vazão afluente à ETE Brasília Sul, localizada no Distrito Federal. De forma a se obterem indicativos de parâmetros para quantificar a influência do número de ligações na variação das vazões máximas afluentes, foi determinado, para a parcela da bacia hidrográfica que contribui para o sistema de esgotos sanitários da ETE Brasília Sul, o número de ligações domiciliares contribuintes, resultando em coeficiente de contribuição por ligação clandestina. METODOLOGIA A avaliação feita pelo presente trabalho utilizou como objeto de pesquisa o sistema de esgotos sanitários da ETE Brasília Sul, que recebe os esgotos produzidos nas seguintes regiões do Distrito Federal: Brasília (Asa Sul), Núcleo Bandeirante, Guará (I e II), Cruzeiro, Octogonal, Sudoeste, Riacho Fundo I (Quadra QN1), Águas Claras e Candangolândia, atendendo a cerca de habitantes no ano 2000 (CAESB, 2000). O sistema de esgotos sanitários da ETE Brasília Sul possui o total de ligações prediais e de unidades de consumo (residencial, comercial, industrial e pública). Desse total, ligações são domiciliares e unidades de consumo são residenciais (CAESB, 2002). A Tabela 1 apresenta os dados de operação da ETE Brasília Sul para o ano 2000 e os dados de projeto. Tabela 1 - Dados de projeto e operação da ETE Brasília Sul Item População (habitantes) Vazão média (L/s) Carga afluente

4 (kgdbo/mês) Per capita (L/hab.dia) Projeto Operação (em 2000) Fonte: CAESB (2002) No período , foram coletados dados referentes às vazões afluentes a esse sistema, aferidas na própria ETE por meio de medidor Parshall, e aos valores de precipitação total (em mm de chuva) na bacia contribuinte, obtidos nas unidades operacionais da CAESB - Companhia de Saneamento do Distrito Federal e no INMET - Instituto Nacional de Meteorologia, localizado em Brasília. RESULTADOS A Figura 1 apresenta uma estreita relação entre a precipitação (em mm/mês) na bacia contribuinte e a vazão média afluente a ETE Brasília Sul (m3/mês), em dados dos anos 2000 e 2001.

5 Figura 1 - Correlação entre a precipitação mensal e a vazão média afluente a ETE Brasília Sul em 2000/2001 (precipitação -, vazão - ) Observa-se a forte influência do período de chuvas no aumento da vazão afluente à ETE. Caso não houvesse o aporte de águas pluviais ao sistema de esgotos sanitários, o período de estiagem corresponderia ao período de maior vazão afluente, pois o consumo de água (consequentemente a produção de esgotos) aumenta sensivelmente com a seca no Distrito Federal. Considerando-se que o acréscimo das vazões afluentes nos meses chuvosos é devido somente às ligações clandestinas de águas pluviais, pode-se estimar em, aproximadamente, 4,5 L/s por ligações domiciliares a contribuição média de águas pluviais na rede coletora de esgotos. Como pode ser observado na Figura 1, as chuvas no Distrito Federal ocorrem em um período bem definido, que inicia no mês de setembro, aproximadamente, e segue até abril, caracterizando o clima da região. A Figura 2 apresenta as vazões diárias em um mês tipicamente seco (julho/2000) e tipicamente chuvoso (novembro/2000). O mês seco apresenta vazão praticamente constante (as pequenas quedas na vazão representam os fins de semana, em que o consumo de água e, consequentemente, a produção de esgotos decrescem na área contribuinte), enquanto que a influência das chuvas (picos de vazão) pode ser facilmente verificada no comportamento das vazões no mês chuvoso. Figura 2 - Comparação das vazões diárias afluentes à ETE Brasília Sul em um mês tipicamente seco e um mês chuvoso - Julho e Novembro/2000 A Figura 3 também apresenta uma comparação entre um mês seco e um chuvoso, através de um hidrograma das vazões afluentes à ETE Brasília Sul em junho e dezembro de 2000, em que se observa um pico principal (período do fim da manhã e início da tarde). Os valores apresentados representam um hidrograma típico, pois é composto das médias das vazões horárias obtidas ao longo de cada mês avaliado. Figura 3 - Comparação dos hidrogramas de vazão horária afluente à ETE Brasília Sul em um mês tipicamente seco e um mês chuvoso - Junho e Dezembro/2000 O acréscimo das vazões em função do aporte de águas pluviais também repercute na qualidade do afluente, como pode ser observado na Figura 4, que apresenta os dados de precipitação média (em mm/mês) na bacia contribuinte e a concentração de DQO média do afluente à ETE Brasília Sul (mg/l), em dados do ano 2000.

6 Figura 4 - Correlação entre a precipitação mensal e a concentração de DQO afluente a ETE Brasília Sul em 2000 (precipitação -, DQO - ) Observa-se que no período de estiagem (maio a julho), o esgoto afluente a ETE Brasília Sul apresenta maiores concentrações de DQO, fornecendo um indicativo de que o efeito da diluição (águas pluviais + esgotos domésticos) repercute na variação da carga orgânica afluente a ETE. Os efeitos das ligações clandestinas, em função da variação de carga orgânica e vazões afluentes ao tratamento, implicam em mudanças de parâmetros cinéticos e operacionais, com conseqüências para o desempenho do sistema de tratamento. Segundo Itonaga et al. (1994), que também realizaram pesquisa sobre a influência das chuvas na vazão afluente à ETE Brasília Sul, o aporte de águas pluviais à rede coletora de esgotos sanitários provoca os seguintes problemas no sistema de tratamento: sobrecarga hidráulica nas unidades de tratamento preliminar e primário e possibilidade de lavagem da biomassa na etapa biológica do processo de tratamento; carreamento de material sólido, em função da sobrecarga dos desarenadores, para as etapas seguintes do processo de tratamento, o que pode ocasionar a abrasão e o desgaste das tubulações e bombas; sedimentação do material sólido nos decantadores primários e obstruções nas placas dos difusores que compõem os reatores biológicos; despesas adicionais ligadas diretamente ao aumento da vazão afluente, como por exemplo o consumo maior de produtos químicos. De acordo com informações obtidas junto à CAESB por Itonaga et al. (1994), observou-se, em 1993, um percentual da ordem de 15%, em média, de ligações clandestinas de águas pluviais na rede de esgotos. Conforme dados apresentados por Itonaga et al. (1994), esse valor pode ser superior em áreas com grande densidade de residências. Verifica-se, portanto, que passados 10 anos, o problema ainda persiste, sendo significativo o aporte de águas pluviais ao sistema de esgotos sanitários da ETE Brasília Sul. CONCLUSÕES A avaliação do aporte de águas pluviais às redes coletora de esgotos revela-se importante tanto em termos operacionais como no dimensionamento de novos sistemas. Como a questão das ligações clandestinas ao sistema consiste em um problema da maioria dos sistemas de esgotos sanitários no Brasil, pode-se já utilizar um coeficiente de vazão clandestina de águas pluviais no dimensionamento, como também utilizar os dados de precipitação da bacia contribuinte como subsídio para o controle operacional de ETEs, uma

7 vez que o efeito da mistura (águas pluviais + esgotos sanitários) repercute nas condições físicas e bio lógicas do tratamento. Nesse sentido, no planejamento de sistemas de esgotos sanitários, mesmo que, em tese, esteja considerando-se um sistema separador absoluto, deve-se atentar para a questão da disposição final e do tratamento combinado, em maior ou me nor grau, dos esgotos e das águas pluviais coletadas. Por outro lado, um amplo trabalho de pesquisa de ligações clandestinas de águas pluviais na rede de esgotos deve ser realizado, no intuito de diminuir o impacto que o período de chuvas acarreta na operação de Estações de Tratamento de Esgotos. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CAESB - Companhia de Saneamento do Distrito Federal (2000). Sinopse do Sistema de Esgotamento Sanitário do Distrito Federal - SIESG. Dez./2000, CAESB, Brasília. CAESB - Companhia de Saneamento do Distrito Federal (2002). Plano Diretor de água e Esgotos de Brasília - Diagnóstico/Otimização do Sistema de Esgotamento Sanitário Existente. CAESB, Brasília. ITONAGA, L.C.H.; SILVA, M.A. e TEIXEIRA PINTO, M.A. (1994). "Influência das chuvas na operação da Estação de Tratamento de Esgotos Sul de Brasília". In: Anais do VI Simpósio Luso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental - SILUBESA. ABES/APRH, Florianópolis, SC, Tsutiya, M.T. e Alem Sobrinho, P. (1999). Coleta e transpor te de esgoto sanitário. Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária da Escola Politécnica de São Paulo, São Paulo, SP, 548p.