UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA DE SÃO CARLOS ENGENHARIA AMBIENTAL

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1 UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA DE SÃO CARLOS ENGENHARIA AMBIENTAL ESTUDO DE AVALIAÇÃO DE RISCO APLICADO A ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ESGOTOS DE SÃO JOSÉ DO RIO PRETO. Aluno: Caio Reimann Kramer Orientador: Marcelo Montaño Monografia apresentada ao curso de graduação em Engenharia Ambiental da Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo. São Carlos, SP 2010

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3 SUMÁRIO LISTA DE FIGURAS... iii LISTA DE TABELAS... v RESUMO... vii 1 INTRODUÇÃO OBJETIVOS ESTUDO DE AVALIAÇÃO DE RISCOS Risco e Avaliação de Riscos Estudo de Avaliação de Riscos e Licenciamento Ambiental Etapas da elaboração do estudo de avaliação de riscos Caracterização do empreendimento e da região Identificação dos perigos Estimativa de probabilidade e freqüência Caracterização e Indicadores de Risco Modelos para Análise de Conseqüências Modelos de Taxa de Vazamento Modelagem para Dispersão de Gás Cloro Parâmetros Atmosféricos Estações de Tratamento de Esgotos (ETE) Sistemas de Desinfecção Utilização de Cloro Gasoso em sistemas de desinfecção Riscos associados ao uso e armazenamento de Cloro i

4 4 ESTUDO DE: APLICAÇÃO DO ESTUDO DE ANÁLISE DE RISCOS Caracterização do Empreendimento Área de estudo Fatores Climáticos ETE São José do Rio Preto Caracterização do Sistema de Cloração da ETE São José do Rio Preto Estabelecimento de Cenários Acidentais Cenário A: Ruptura do Flexível Vazamento de um Cilindro Cenário B: Furo no Cilindro Vazamento na saída para o flexível Modelagem e Simulação dos Cenários Determinação dos Riscos Individual e Social RESULTADOS E DISCUSSÃO Estudo da Dispersão da Nuvem Tóxica Cenário A: Furo no Cilindro Vazamento na saída para o flexível Cenário B: Ruptura do Flexível Vazamento de um Cilindro Identificação das Áreas de Risco Identificação da População de Risco e Estimativa de Fatalidades Risco Social e Risco Individual CONCLUSÕES REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA ii

5 LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Componentes do Risco (Adaptado de FONTANIVE, 2005)... 7 Figura 2 - Fatores de Influência na Avaliação de Riscos (CETESB, 2003)... 8 Figura 3 - Etapas de Elaboração de um estudo de análise de riscos (Fonte: CETESB, 2003) Figura 4 - Exemplo de plotagem dos contornos de risco (Fonte: CETESB) Figura 5- Exemplo de gráfico F-N (CETESB) Figura 6 - Comparação de aceitabilidade de risco em diversos países (Fonte: MONTAÑO, adaptado de KIRCHHOFF, 2004) Figura 7 - Representação da dispersão da nuvem de gás denso pelo modelo SLAB (Fonte: ERMAK, 1990) Figura 8 - Comportamento das nuvens densas em função das classes Figura 9 - Localização da ETE S. J. Rio Preto Figura 10 - Probabilidade de Ocorrência dos Ventos [%] Figura 11 - Intensidade dos Ventos em função da direção [m/s] Figura 12 - Fluxograma esquemático dos processos da ETE Rio Preto Figura 13 - Exemplo de tela de entrada de dados atmosféricos Figura 14 - exemplo de tela de entrada de dados atmosféricos (2) Figura 15 - Exemplo de tela de demonstração da nuvem tóxica Figura 16 - Exemplo de alteração da concentração do gás em um ponto específico Figura 17 - Exemplo de tela de demonstração dos resultados Figura 18 - Indicação da área de influência máxima para rompimento do cilindro ou falha da válvula de saída, Cenário A iii

6 Figura 19 - Indicação da área de influência máxima para rompimento da tubulação flexível, Cenário B Figura 20 - Indicação das áreas de risco, Cenário A Figura 21 - Indicação das áreas de risco, Cenário B Figura 22 - Curva F-N Figura 23 - Curvas Isorisco iv

7 LISTA DE TABELAS Tabela 1 - APP - Classificação quanto à severidade (CETESB, 2004) Tabela 2 - Exemplo de planilha para Análise Preliminar de Perigos (CETESB, 2004) Tabela 3 - HazOp Palavras-Guia (CETESB, 2003) Tabela 4 - HazOp - Parâmetros, palavras-guias e desvios (CETESB, 2003) Tabela 5 - Classificação da estabilidade atmosférica em função da velocidade dos ventos e radiação solar (Fonte: FONTANIVE, 2005; AICHE, 2000) Tabela 6 - Níveis de tratamento dos esgotos Tabela 7 - Principais processos para remoção de organismos patogênicos no tratamento dos esgotos Tabela 8 - Principais vantagens e desvantagens dos processos de desinfecção de esgotos mais utilizados Tabela 9 - Efeitos do cloro no corpo humano Tabela 10 - Dados Climáticos (Fonte: CPTEC) Tabela 11 - Características Climáticas Médias (Fonte: CPTEC) Tabela 12 - Parâmetros de entrada utilizados nas simulações Tabela 13 - Quadro de simulações para o período diurno Tabela 14 - Quadro de simulações para o período noturno Tabela 15 - Árvore de eventos para a ocorrência de vazamento por furo no cilindro Tabela 16 - Parâmetros característicos para simulação de vazamento por ruptura do cilindro ou falha na válvula de saída do tanque v

8 Tabela 17 - Comprimento de máximo da nuvem tóxica para cada simulação Tabela 18 - Parâmetros característicos para simulação de vazamento por ruptura do flexível Tabela 19 - Comprimento de máximo da nuvem tóxica para cada simulação Tabela 20 - Estimativa do total de fatalidades para os cenários A e B Tabela 21 - Estimativa do número de fatalidades por evento simulado Tabela 22 - Estimativa do número de fatalidades e Freqüência final dos eventos perigosos Tabela 23 - Probabilidade de ocorrência de eventos de acordo com o número estimado de fatalidades vi

9 RESUMO KRAMER, C. R. (2010). Estudo de Avaliação de Risco Aplicado a Estação de Tratamento de Esgotos de São José do Rio Preto. Monografia, Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, A Avaliação de Risco Ambiental é um processo no qual se determina o Risco Social e Individual de um empreendimento aplicado a determinada região. Este processo de avaliação está intimamente ligado ao instrumento de Licenciamento Ambiental, sendo um importante contribuinte para a tomada de decisão quanto a localização de um empreendimento. No entanto, concluiu-se que, por conseqüência dos altos padrões de aceitabilidades adotados pela CETESB o estudo de Avaliação de Risco dificilmente será determinante para a escolha locacional de uma Estação de Tratamento de Esgotos. De acordo com os resultados obtidos o estudo de avaliação de risco contribui apenas para a adoção de medidas de segurança internas a ETE. Na aplicação do estudo de avaliação de riscos a ETE Rio Preto concluiu-se que os parâmetros de riscos do empreendimento se encontravam muito abaixo dos exigidos pela CETESB e, portanto, o empreendimento se encontra em um patamar aceitável de risco. Palavras-chave: São José do Rio Preto, Avaliação de Risco Ambiental, Risco, Licenciamento Ambiental, Estação de Tratamento de Esgotos. vii

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11 1 INTRODUÇÃO Os acidentes industriais ocorridos nos últimos anos, em particular na década de 80, contribuíram de forma significativa para despertar a atenção das autoridades governamentais, da indústria e da sociedade como um todo, no sentido de buscar mecanismos para a prevenção desses episódios que comprometem a segurança das pessoas e a qualidade do meio ambiente. No Brasil, a preocupação com questões ambientais é relativamente recente. Em 1981, com a aprovação da Política Nacional do Meio Ambiente (PNMA), criaram-se mecanismos para a inclusão das questões ambientais no processo de tomada de decisão. A PNMA estabeleceu instrumentos com o propósito de viabilizar o desenvolvimento socioeconômico respeitando os limites do meio ambiente. Um dos principais instrumentos da Política Nacional do Meio Ambiente é a Avaliação de Impacto Ambiental (AIA), instrumento responsável por avaliar as alterações ambientais decorrentes da implantação de um empreendimento. O Licenciamento Ambiental, outro instrumento da PNMA, é um procedimento administrativo que permite ao órgão ambiental competente licenciar a localização, instalação, ampliação e operação de um empreendimento. Tendo em vista as diretrizes da PNMA pode-se afirmar que a política ambiental no Brasil baseia-se no princípio da precaução. Sendo assim, quando existem dúvidas sobre o risco inerente à implantação e operação de um empreendimento, preconiza-se pela adoção de medidas destinadas a evitar que o dano se concretize. As indústrias químicas ou empreendimento que utilizem substâncias tóxicas em seus processos apresentam um elevado risco envolvendo acidentes com essas substancias. No caso da utilização de gases tóxicos, o vazamento da substância provoca 1

12 a formação de nuvens tóxicas e, conseqüentemente trás risco a população vizinha ao empreendimento. A preocupação com a segurança nas operações industriais fez com que fossem desenvolvidas técnicas de identificação dos principais riscos inerentes a um determinado processo. O desenvolvimento de ferramentas de identificação e avaliação de riscos possibilitou aos agentes institucionais responsáveis pela implementação da PNMA a inclusão do estudo de riscos nos processo de licenciamento ambiental. Em Estações de Tratamento de Água e Esgoto é muito comum a utilização de Cloro Gasoso no processo de tratamento. O índice de toxicidade do cloro é extremamente alto, sendo assim, a instalação e operação de unidades que utilizem cloro traz consigo riscos elevados ao meio ambiente. Por esses motivos, o presente trabalho propõe uma discussão a respeito dos estudos de análise de riscos e sua inclusão em processos de licenciamento ambiental, procurando-se identificar e avaliar os potenciais riscos associados à utilização de cloro gasoso em estações de tratamento e, posteriormente, refletir criticamente a respeito do modo como são empregados tais estudos em processos de licenciamento ambiental. Como recurso metodológico principal, o trabalho lança mão de um estudo de caso aplicado à ETE do município de São José do Rio Preto (SP). Para tratar destas questões, o presente trabalho está estruturado da seguinte maneira: no primeiro capítulo apresenta-se a introdução, salientando as justificativas e contextualização da pesquisa e, a seguir, apresentam-se os objetivos do trabalho. Posteriormente, por meio de uma revisão bibliográfica, procurou-se definir os principais conceitos relacionados ao objeto de estudo. Sendo assim, foram definidos aspectos relacionados à avaliação de riscos, bem como conceituados algumas questões 2

13 diretamente relacionadas à questão do uso do cloro em estações de tratamento de esgotos. Em seguida são apresentados os materiais e métodos utilizados no desenvolvimento do estudo de caso. O capítulo 6 mostra os resultados obtidos na aplicação do método escolhido, inclusive algumas observações de discussões sobre os resultados. O capítulo seguinte contempla as discussões da pesquisa realizada. Ao final, são apresentadas as referências bibliográficas utilizadas para a fundamentação e elaboração da pesquisa. 3

14 2 OBJETIVOS O objetivo geral deste trabalho é discutir como o Estudo de avaliação de riscos, requisitado pela CETESB, está inserido no processo de Licenciamento Ambiental para empreendimentos no estado de São Paulo, e qual a importância deste estudo no processo de tomada de decisão quanto à viabilidade do empreendimento. Este trabalho também tem como objetivo específico a elaboração de um estudo de caso para aplicação das diretrizes de estudo de avaliação de riscos propostas pela CETESB no licenciamento da Estação de Tratamento de Esgotos de São José do Rio Preto. 4

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16 3 ESTUDO DE AVALIAÇÃO DE RISCOS 3.1 Risco e Avaliação de Riscos Do ponto de vista da ciência social, o risco tem sido tratado como um elemento presente no cotidiano da sociedade moderna, que têm no risco um elemento intrínseco ao desenvolvimento tecnológico (BECK, 1992). Segundo MOURA (2002), risco é a probabilidade de perda ou danos em pessoas, sistemas e equipamentos, incluindo as incertezas quanto à ocorrência de determinado evento perigoso. Para KIRCHHOFF (2004), existem várias definições para risco, mas, de uma maneira geral, risco pode ser entendido como a união de dois conceitos probabilidade e conseqüência. Desta maneira, a avaliação do risco busca definir métodos para avaliar o quanto algo é arriscado tendo em vista a probabilidade de ocorrência e suas conseqüências, tendo em vista a extensão dos danos causados. Deve-se salientar que só há risco para sistemas e ou processos que apresentem, por suas características, perigo. Por exemplo, uma panela fervendo constitui um perigo, uma vez que pode causar um dano a algo ou ferimentos a alguém que seja exposto. Considerar que alguém possa esbarrar na panela e derrubá-la gera uma estimativa de probabilidade e severidade, ou seja, risco. A conexão entre o perigo e o risco pode ser definida como evento. Desta maneira evento é a situação em que algo ou alguém fica exposto ao risco. A figura 1 busca ilustrar os conceitos de perigo e risco e como estes conceitos estão relacionados. 6

17 PERIGO Gravidade do Perigo Probabilidade de Ocorrência do Evento Perigoso RISCO Exposição ao Perigo Probabilidade de o perigo conduzir a uma conseqüência Figura 1 - Componentes do Risco (Adaptado de FONTANIVE, 2005) A SRA (Society of risk Analysis), uma sociedade interdisciplinar de análise e gerenciamento de riscos, define avaliação do risco como um exame detalhado com o intuito de entender a natureza das conseqüências negativas e indesejadas à vida humana, saúde, propriedade, ou meio ambiente; é o processo de quantificação das probabilidades e conseqüências esperadas dos riscos identificados. A quantificação do risco inclui definir o perigo, identificar o evento inicial que causaria a exposição ao perigo, determinar as conseqüências da exposição e as probabilidades de ocorrência (CARTEX e KNOX, 1990). De uma maneira geral, portanto, o processo de avaliação dos riscos busca identificar os perigos relacionados a uma atividade, os eventos perigosos e a freqüência de ocorrência dos eventos, identificando e quantificando os danos à exposição. 7

18 Figura 2 - Fatores de Influência na Avaliação de Riscos (CETESB, 2003) Análise ou Avaliação de Riscos Ambientais (empregam-se ambas as terminologias, aparentemente sem distinções objetivas entre elas, ambas sob a sigla ARA) é o processo através do qual os resultados das estimativas de risco são utilizados para a gestão de riscos, caracterizando-os como toleráveis ou não, através da comparação com critérios de tolerabilidade de riscos. Perigos não identificados constituem riscos não avaliados (BALL e FLOYD, 1998). 3.2 Estudo de Avaliação de Riscos e Licenciamento Ambiental No Brasil, com a publicação da Resolução n o 01, de 23/01/86, do Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA), que instituiu a necessidade de realização do Estudo de Impacto Ambiental (EIA) e do respectivo Relatório de Impacto Ambiental (RIMA) para o licenciamento de atividades potencialmente causadores de significativos impactos ao meio ambiente, os estudos de análise de riscos encontram respaldo para serem incorporados nesse processo para determinados tipos de empreendimentos, de forma que, além dos aspectos relacionados com a poluição crônica, também a prevenção de acidentes maiores fosse contemplada no processo de licenciamento. Vale destacar o pioneirismo do estado de São Paulo na incorporação de ARAs ao licenciamento ambiental de atividades perigosas. 8

19 Atualmente o licenciamento ambiental de um empreendimento envolve diversas etapas, em que são avaliados quesitos específicos do empreendimento: Licença Prévia (LP): Fase na qual se atesta a viabilidade ambiental de um empreendimento e atividades submetidas ao licenciamento. Tendo em vista a concepção tecnológica, é considerado viável o empreendimento que tiver sua localização aprovada em função dos impactos ambientais provocados e, simultaneamente, comprovar a possibilidade de adoção de medidas de controle dos efeitos ambientais. Licença de Instalação (LI): Aprovam o detalhamento tecnológico, em nível de projeto executivo, com especial atenção às medidas de controle e prevenção de impactos negativos. Licença de Operação (LO): Concedida após a verificação efetiva da instalação de todas as medidas de controle e mitigação de impactos negativos definidas nas etapas anteriores, inclusive com a realização de testes que comprovem a funcionalidade das medidas. A avaliação de risco ambiental, nada mais é que uma ferramenta para tomada de decisão no campo ambiental. A ARA busca, em linhas gerais, quantificar os riscos à saúde humana, aos bens econômicos e aos ecossistemas, causados a partir de atividades humanas (mas que podem incluir fenômenos naturais) que causam perturbações ao meio ambiente. Os estudos de análise de riscos têm se mostrado importantes na análise de instalações industriais já em operação, de modo que os riscos possam ser avaliados e gerenciados a contento, mesmo que estes empreendimentos não estejam vinculados ao processo de licenciamento. A figura 3 demonstra um exemplo de etapas seqüenciais na elaboração de uma ARA. 9

20 Figura 3 - Etapas de Elaboração de um estudo de análise de riscos (Fonte: CETESB, 2003) 10

21 3.3 Etapas da elaboração do estudo de avaliação de riscos Caracterização do empreendimento e da região O primeiro passo para a elaboração do estudo de análise riscos é a compilação de dados relativos à localização e caracterização do empreendimento. A compilação de dados é de grande importância para que seja possível caracterizar o sistema em estudo nos aspectos construtivos e operacionais, bem como levantar as peculiaridades da região onde se encontra ou será instalado. De acordo com o Manual de orientação para a elaboração estudos de Análise de Riscos, divulgado pela CETESB (2003) a caracterização do empreendimento deverá incluir o levantamento dos seguintes dados: Localização e descrição física e geográfica da região, incluindo mananciais, áreas litorâneas, sistemas viários e cruzamentos e/ou interferências com outros sistemas existentes, entre outros aspectos; Distribuição populacional da região; Descrição física e layout da instalação, em escala; Carta planialtimétrica ou fotos aéreas que apresentem a circunvizinhança ao redor da instalação; Características climáticas e meteorológicas da região; Substâncias químicas identificadas através de nomenclatura oficial e número CAS, incluindo quantidades, formas de movimentação, armazenamento e manipulação, contemplando suas características físico-químicas e toxicológicas. Devem ser consideradas as matérias-primas, produtos auxiliares, intermediários e acabados, bem como resíduos, insumos e utilidades; Descrição do processo e rotinas operacionais; 11

22 Apresentação de plantas baixas das unidades e fluxogramas de processos, de instrumentação e de tubulações; Sistemas de proteção e segurança Identificação dos perigos De acordo com CETESB (2004), o perigo ilustra uma ou mais condições físicas ou químicas, com potencial para causar danos às pessoas, à propriedade, ao meio ambiente ou à combinação desses. Segundo Kirchhoff (2004), perigo é uma característica de um sistema ou processo que apresenta um potencial de acidente (fogo, explosão ou vazamento tóxico). A identificação dos perigos consiste na aplicação de técnicas bem estruturadas a fim de identificar possíveis seqüências de acidentes que possam gerar cenários de riscos. Segundo CETESB (2004), a etapa de identificação dos perigos pode ser precedida da elaboração de uma análise histórica de acidentes, com vistas a subsidiar a identificação dos perigos na instalação em estudo. Existem diversas técnicas para a identificação de perigos e elaboração de cenários acidentais, sendo que a escolha da técnica a ser utilizada dependente do tipo de empreendimento a ser avaliado e detalhamento necessário para o estudo de avaliação de riscos. A seguir são listadas as principais técnicas de identificação de perigos. a) Análise Preliminar de Perigos (APP); A APP Análise Preliminar de Perigos (PHA Preliminary Hazard Analysis) é uma técnica que teve origem no programa de segurança militar do Departamento de Defesa dos EUA. Trata-se de uma técnica que tem por objetivo identificar os perigos presentes numa instalação, que podem ser ocasionados por eventos indesejáveis. 12

23 Esta técnica pode ser utilizada em instalações na fase inicial de desenvolvimento, nas etapas de projeto ou mesmo em unidades já em operação, permitindo, nesse caso, a realização de uma revisão dos aspectos de segurança existentes. A APP deve focalizar todos os eventos perigosos cujas falhas tenham origem na instalação em análise, contemplando tanto as falhas intrínsecas de equipamentos, de instrumentos e de materiais, como erros humanos. Na APP devem ser identificados os perigos, as causas e os efeitos (conseqüências) e as categorias de severidade correspondentes (Tabela 1), bem como as observações e recomendações pertinentes aos perigos identificados, devendo os resultados serem apresentados em planilha padronizada. A Tabela 2 apresenta um exemplo de planilha para a realização da APP. 13

24 Tabela 1 - APP - Classificação quanto à severidade (CETESB, 2004) CATEGORIA SEVERIDADE I Desprezível II Marginal III Crítica IV - Catastrófica DE EFEITOS Nenhum dano ou dano não mensurável. Danos irrelevantes ao meio ambiente e a comunidade externa Possíveis danos ao meio ambiente devido a liberação de substâncias químicas tóxicas ou inflamáveis, alcançando áreas externas à instalação. Pode provocar lesões de gravidade moderada a população externa ou impactos ambientais com reduzido tempo de recuperação Impactos ambientais devido à liberação de substâncias químicas tóxicas ou inflamáveis, atingindo áreas externas a instalação. Provoca mortes ou lesões graves à população externa ou impactos ao meio ambiente com tempo de recuperação elevado Tabela 2 - Exemplo de planilha para Análise Preliminar de Perigos (CETESB, 2004) ERIGO P AUSA C FEITO E IDADE SEVER RECOMEND AÇÕES E OBSERVAÇÕES 14

25 b) Análise de Perigos de Operabilidade (Hazard and Operability Analysis HazOp); A Análise de Perigos e Operabilidade é uma técnica para identificação de perigos projetada para estudar possíveis desvios (anomalias) de projeto ou na operação de uma instalação. O HazOp consiste na realização de uma revisão da instalação, a fim de identificar os perigos potenciais e/ou problemas de operabilidade, por meio de uma série de reuniões, durante as quais uma equipe multidisciplinar discute metodicamente o projeto da instalação. O líder da equipe orienta o grupo através de um conjunto de palavras-guia que focalizam os desvios dos parâmetros estabelecidos para o processo ou operação em análise. Parâmetros de controle pertinentes, como vazão, pressão, temperatura, concentração e tempo são escolhidos e, então, o efeito do desvio de cada parâmetro é examinado. A equipe deve identificar as causas de cada desvio e, caso surja uma conseqüência de interesse, avaliar os sistemas de proteção para determinar se estes são suficientes. A técnica é repetida até que cada seção do processo e equipamento de interesse tenha sido analisada. Alguns exemplos de palavras-guia, parâmetros de processo e desvios, estão apresentados nas Tabelas 3 e 4. 15

26 Tabela 3 - HazOp Palavras-Guia (CETESB, 2003) PALAVRA-GUIA Não Menor Maior Parte de Bem como Reverso Outro que SIGNIFICADO Negação da intenção do projeto Diminuição quantitativa Aumento quantitativo Diminuição qualitativa Aumento qualitativo Oposto lógico da intenção de projeto Substituição completa 16

27 Tabela 4 - HazOp - Parâmetros, palavras-guias e desvios (CETESB, 2003) PARÂMETRO PALAVRA-GUIA DESVIO Fluxo Pressão Temperatura Nível Não Menor Maior Reverso Menor Maior Menor Maior Menor Maior Sem Fluxo Menor Vazão Maior Vazào Fluxo Reverso Pressão Baixa Pressão Alta Baixa Temperatura Alta Temperatura Nível Baixo Nível Alto Os principais resultados obtidos do HazOp são: Identificação de desvios que conduzem a eventos indesejáveis; Identificação das causas que podem ocasionar desvios do processo; Avaliação das possíveis conseqüências geradas por desvios operacionais; Recomendações para a prevenção de eventos perigosos ou minimização de possíveis conseqüências. Em instalações novas o HazOp deve ser desenvolvido na fase em que o projeto se encontra razoavelmente consolidado, pois o método requer consultas a desenhos e plantas de disposição física da instalação, entre outros documentos. 17

28 c) Análise de Modos de Falhas e Efeitos AMFE (Failure Mode and Effects Analysis-FMEA); A AMFE é a metodologia de análise que leva em consideração todos os componentes do sistema que possuem probabilidade de falhas. O foco principal da análise são os componentes de controle e segurança, cujo mau funcionamento poderia afetar a segurança de operação. Exemplos típicos são instrumentos transmissores, controladores, válvulas, bombas, etc. Os componentes-chaves identificados são listados em uma tabela de dados e analisados individualmente sobre os seguintes critérios: Modo de Falha Potencial (Aberto, Fechado, Ligado, Desligado, Vazamentos, etc.); Conseqüência da Falha, efeito em outros componentes e efeito em todo o sistema; Classe de perigo (Alta, Moderada, Baixa); Probabilidade de Falha; Método de Detecção. Após a identificação dos componentes e análise dos respectivos riscos associados os resultados devem ser expostos em uma tabela padrão salientando causas e efeitos de cada falha de componentes. d) Técnica de BrainStorming What if?; Consiste em uma técnica de Brainstorming para explorar possibilidades e considerar os resultados de eventos indesejados ou inesperados. Durante o processo de 18

29 análise são formuladas perguntas do tipo E se... a fim de se fazer uma revisão do sistema a ser estudado e identificar possíveis erros de projeto. e) Árvore de Falhas A Análise por Árvore de Falhas (AAF) é uma técnica dedutiva que permite identificar as causas básicas de acidentes e de falhas num determinado sistema, além de possibilitar a estimativa da freqüência com que uma determinada falha pode ocorrer. A estimativa das freqüências de ocorrência dos eventos iniciadores deverá também considerar a aplicação de técnicas de confiabilidade humana para a avaliação das probabilidades de erros antropogênicos que possam contribuir para a ocorrência dos cenários acidentais. Na aplicação da metodologia, cria-se uma árvore selecionando-se um evento iniciante e identificando todas as possíveis causas de ocorrência do evento. Ao final, a probabilidade para a ocorrência de um evento danoso corresponde à integração das probabilidades de cada evento que compõe a cadeia identificada Estimativa de probabilidade e freqüência Nas instalações em que os efeitos físicos extrapolem os limites da empresa e afetem pessoas, os riscos do empreendimento devem ser calculados; para tanto, deverão ser estimadas as freqüências de ocorrência dos cenários acidentais identificados. (CETESB, 2003) Em alguns estudos de análise de riscos, as freqüências de ocorrência dos cenários acidentais poderão ser estimadas através de registros históricos constantes de bancos de dados ou de referências bibliográficas, desde que, efetivamente, tenham representatividade para o caso em estudo. Segundo KIRCHHOFF (2004) são 19

30 determinantes para a estimativa da probabilidade de ocorrência de um evento indesejado: Desenvolvimento de cenários de acidentes; Coleta de dados da indústria e/ou empreendimento; Identificação dos contribuidores chave e suas influências nos cenários acidentais; Caracterização e Indicadores de Risco De acordo com a visão da CETESB, os riscos a serem avaliados devem contemplar o levantamento de possíveis vítimas fatais, bem como os danos à saúde da comunidade existente nas circunvizinhanças do empreendimento. Sendo o risco uma função que relaciona as freqüências de ocorrências de cenários acidentais e suas respectivas conseqüências, em termos de danos ao homem, pode-se, com base nos resultados quantitativos obtidos nas etapas anteriores do estudo, estimar o risco de um empreendimento. Caso as conseqüências dos cenários acidentais extrapolem os limites do empreendimento, os riscos deverão ser estimados e apresentados na forma de Risco Social e Risco Individual Risco Individual Para KIRCHHOFF (2004), Risco individual é a probabilidade de ferimento, fatalidade ou doença no caso do indivíduo exposto, dentro de uma população. Risco Individual pode também ser definido, segundo CETESB, (2003), como: Risco para uma pessoa presente na vizinhança de um perigo, considerando a natureza da injúria que pode ocorrer e o período de tempo em que o dano pode acontecer. 20

31 Desta maneira, podemos concluir que o risco individual, dentro de um cenário acidental, leva em consideração os danos causados a uma pessoal levando em consideração a natureza e tempo de exposição a determinada condição potencialmente perigosa a saúde. O risco individual pode ser estimado para aquele indivíduo mais exposto a um perigo, para um grupo de pessoas ou para uma média de indivíduos presentes na zona de efeito. Para um ou mais acidentes, o risco individual tem diferentes valores. Para o cálculo do risco individual num determinado ponto da vizinhança de uma planta industrial, pode-se assumir que as contribuições de todos os eventos possíveis são somados. Dessa forma, o risco individual total num determinado ponto pode ser calculado pelo somatório de todos os riscos individuais nesse ponto, conforme apresentado a seguir: Onde: RIx,y = risco individual total de fatalidade no ponto x,y; (chance de fatalidade por ano (ano-1)) RIx,y,i = risco de fatalidade no ponto x,y devido ao evento i; (chance de fatalidade por ano (ano-1)) n = número total de eventos considerados na análise. Os dados de entrada na equação anterior são calculados a partir da equação: Onde: RIx,y,i = risco de fatalidade no ponto x,y devido ao evento i; (chance de fatalidade por ano (ano-1)) Fi = freqüência de ocorrência do evento final i; 21

32 Pfi = probabilidade que o evento i resulte em fatalidade no ponto x,y, de acordo com os efeitos resultantes das conseqüências esperadas Risco Social O risco social é definido, segundo a CETESB (2004) como: Risco para um determinado número ou agrupamento de pessoas expostas aos danos de um ou mais acidentes. Sendo assim, o Risco Social envolve a estimativa de incidência de determinado risco individual dentro de um grupo populacional Indicadores de Risco Os indicadores de risco devem ser desenvolvidos para ambos os riscos individuais e sociais e devem ser apresentados com linguagem simples. O risco às pessoas normalmente é apresentado em termos de fatalidades, já que é difícil definir uma graduação quanto a importância de ferimentos, que modo que possa haver comparação entre os resultados. Existem três principais formas de se expressar o risco associado a um empreendimento: a) Plotagem dos Contornos de Risco (do inglês, Risk Contour Plot): Figura onde são traçadas linhas iso-risco para ferimentos e fatalidades; b) Perfil de Risco (Risk Profile): Gráfico de freqüências esperadas x distância das fontes, ou freqüência x magnitude das conseqüências; c) Curva F-N (Freqüência - Número): Gráfico logarítmico do número de fatalidades pela freqüência de N ou mais fatalidades. A figura 4 mostra um exemplo de contornos de risco, onde o risco individual é apresentado por meio de diversos contornos de risco plotados na zona de efeito de um acidente. Locais de vulnerabilidades específicas, como por exemplo, escolas, hospitais e 22

33 áreas de grande concentração de pessoas, deverão ser facilmente identificados por meio dessa forma de representação do risco. Figura 4 - Exemplo de plotagem dos contornos de risco (Fonte: CETESB) A figura 5 mostra a curva F-N adotada pela CETESB no estado de São Paulo. Os riscos situados na região entre as curvas limites dos riscos intoleráveis e negligenciáveis, denominada ALARP (As Low As Reasonably Practicable), embora situados abaixo da região de situações intoleráveis, devem ser reduzidos tanto quanto possível. 23

34 Figura 5- Exemplo de gráfico F-N (CETESB) Critérios de Aceitabilidade de Riscos Após os cálculos de probabilidade e freqüência de eventos potencialmente causadores de danos deve avaliar se tais danos são aceitáveis ou não para o conjunto empreendimento/localização. Para fazer tal avaliação é necessária a adoção de critério de aceitabilidade de riscos. O estabelecimento de níveis aceitáveis de riscos envolve uma discussão de tolerabilidade, a qual depende de critérios pessoais e por vezes subjetivos. Sendo assim, cada país possui um nível de tolerabilidade que, de certa forma, reflete a pressão da sociedade sobre o potencial dano que a execução e operação de determinado empreendimento representa a região na qual está inserido. Apesar da metodologia subjetiva na adoção de critérios, de uma maneira geral, tem-se adotado faixas de níveis de tolerância que limitam riscos em aceitáveis, gerenciáveis e inaceitáveis. No Brasil, a referência de tolerância de riscos é a publicação intitulada Termo de Referencia para a Elaboração de Estudos de Análise de Riscos, elaborada pela Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental (CETESB, 2003), vinculada à Secretaria do Meio Ambiente do estado de São Paulo. Segundo a própria publicação da CETESB, a tolerância de riscos foi adotada assumindo valores médios entre critérios internacionais vigentes na época da publicação. Para o risco social foi adotada uma curva de tolerabilidade (Figura 4) indicando regiões de riscos aceitáveis, gerenciáveis e inaceitáveis. Para o risco individual, foram estabelecidos os seguintes limites para empreendimentos no estado de São Paulo: Risco máximo tolerável: 1 x 10-5 ano -1 ; 24

35 Risco negligenciável (Aceitável): Menor que 1 x 10-6 ano -1. Embora o termo de referência publicado pela CETESB alegue ter adotado os valores de riscos toleráveis com base em legislações internacionais vigentes, a comparação entre tais valores não reflete o mesmo cenário. Analisando a figura 6, que mostra a comparação de valores de aceitabilidade de risco em diversos países, percebemos que os critérios adotados no Estado de São Paulo se encontram mais toleráveis comparados aos outros países. O aumento dos critérios de tolerância a riscos faz com que os órgãos responsáveis pelas tomadas de decisão se tornem reféns desta permissividade temendo viabilizar empreendimentos que não possuem a mínima segurança para a população e para o meio ambiente. Desta maneira percebemos que a obrigatoriedade de um empreendedor em garantir que seu projeto seja seguro, ao ser implantado e operado no local de interesse, fica comprometida. 25

36 Figura 6 - Comparação de aceitabilidade de risco em diversos países (Fonte: MONTAÑO, adaptado de KIRCHHOFF, 2004) À parte os motivos e critérios adotados para o estabelecimento da tolerância aos riscos, para a aprovação de um empreendimento no Estado de São Paulo deverão ser atendidos os critérios de risco social e individual conjuntamente, ou seja, as curvas de risco social e individual deverão estar situadas na região negligenciável (ou aceitáveis) ou na região ALARP (Gerenciável). Entretanto, nos casos em que o risco social for considerado atendido, mas o risco individual for maior que o risco máximo tolerável, a CETESB, após avaliação específica, poderá considerar o empreendimento aprovado, uma vez que o enfoque principal na avaliação dos riscos está voltado aos impactos decorrentes de acidentes 26

37 maiores, afetando agrupamentos de pessoas, sendo, portanto, o risco social o índice prioritário nesta avaliação. 3.4 Modelos para Análise de Conseqüências A análise de riscos pressupõe o conhecimento dos acidentes e as possíveis conseqüências do evento. Desta maneira, necessita-se de modelos que descrevam e quantifiquem os eventos e as conseqüências estudadas Modelos de Taxa de Vazamento Existem diversos modelos para quantificar vazamentos. A maioria dos vazamentos ocorridos em sistemas confinados ocorre por conseqüência de rupturas em vasos ou tubulações, pelo desgaste das juntas e abertura de válvulas. O destaque dos acidentes se dá quando ocorre vazamento de substância tóxicas e/ou inflamáveis. A seguir são apresentados alguns modelos de vazamento (AICHE, 2000) Modelo de Vazamento de Líquidos A taxa de descarga mássica de líquidos para tanque pode ser determinada utilizando-se a equação abaixo. Onde: m= taxa de descarga [Kg/s]; A h = Área de abertura do orifício [m²]; g = Constante de aceleração da gravidade [m/s²]; ρ L = Densidade do Fluido [Kg/m³]; P 0 = Pressão de Armazenamento [Pa]; P 1 = Pressão Ambiente [Pa]; H L = Altura do Líquido acima do ponto de vazamento [m]; 27

38 C d = Coeficiente de Descarga. A equação pode ser aplicada para tanque com qualquer geometria. De uma maneira geral, a descarga de massa tende a diminuir com o tempo de vazamento e a taxa máxima ocorre nos primeiros instantes do vazamento. A equação pode ser simplificada levando em consideração que nos casos de tanques pressurizados, a diferença de pressão interna e externa ao tanque pressão essa responsável pelo vazamento é muito maior que a pressão causada pela altura do líquido em relação ao orifício de vazamento. Desta maneira temos: Sob pressão, dentro do tanque, o gás se torna liquefeito. Quando ocorre vazamento de um gás liquefeito, parte do líquido é rapidamente vaporizado, devido a diferença de pressão. Essa fração vaporizada recebe a denominação de fração flasheada e pode ser calculada pela seguinte equação: Ff = Fração flasheada ; Cpl = Calor Específico do Líquido a temperatura constante [J/Kg K]; T1 = Temperatura do Produto no Sistema [K]; Teb = Temperatura de ebulição do produto a 1 atm [K]; Hvap = Entalpia ou calor de evaporação [J/Kg]. Desta maneira, parte do produto dará formação a uma nuvem de gás. A parcela não flasheada irá acumular-se no solo, formando uma poça. Sendo assim, o valor da fração flasheada encontra-se entre 0 e 1. Se o valor da fração for igual 1 um, significa que a totalidade do produto vazado contribuiu para a formação da nuvem de vapor. 28

39 Modelo de Vazamento de Gás Segundo YUHUA et al., 2003, no caso de vazamento de gás por um orifício, o valor da taxa de vazamento se faz pela distinção do fluxo sônico e subsônico. A distinção entre os fluxos deverá ser determinada pela razão crítica de pressão, definida pela equação: Onde: P1 = Pressão no Ambiente [Pa]; P0 = Pressão no Sistema [Pa]; γ = Relação de Calores Específicos ; Se a velocidade de saída do gás for próxima à velocidade do som naquele ambiente, o escoamento se encontra em condições críticas. Se a velocidade for menor que a velocidade do som, defini-se o escoamento como subsônico. O escoamento subsônico é definido pela seguinte condição: Para as condições de escoamento subsônico, assume-se que o processo de é adiabático e os efeitos de fricção da parede do orifício são desprezíveis. Neste caso, a velocidade do gás e a taxa de descarga podem ser calculadas pela equação: Onde: m = taxa de descarga mássica [kg/s]; Ah = Área do Orifício [m²]; 29

40 ρ = Densidade [kg/m³]. Para as condições de escoamento crítico o fluxo de massa e a velocidade de saída do gás podem ser calculados por: Modelo de Vazamento de Líquido em Tubulações A modelagem de vazamentos de líquidos em tubulações de dá pela aplicação direta da equação de Bernoulli. Assumindo a densidade do líquido constante, a equação expressa a velocidade de descarga considerando todas as perdas de carga do sistema. Desta maneira temos: Onde: Pa = Pressão do Ponto A [Pa]; Pb = Pressão no ponto B [Pa]; Za = Altura do Fluido no Ponto A [m]; Zb = Altura do Fluido no Ponto B [m]; g = Aceleração da gravidade [m/s²]; gc = Fator de proporcionalidade de Newton s [=1]; Va = Velocidade no Ponto A; Vb = Velocidade no Ponto B. 30

41 Modelo de Vazamento de Duas Fases para Tanques O método é utilizado para estimar a taxa de descarga de duas fases gás-líquido quando o líquido se encontra sob pressão e o vazamento ocorre na fase vapor. Nessas condições, o arraste da fase líquida deve ser considerada no cálculo da vazão de descarga. Neste caso considera-se: Q = Vazão de descarga [Kg/s]; A h = Área de abertura do orifício [m²]; D m = Densidade da Mistura [Kg/m³]; P 0 = Pressão de Armazenamento [Pa]; P 1 = Pressão Ambiente [Pa]; C d = Coeficiente de Descarga. No qual: Onde: Dm = Densidade da Mistura [Kg/m³]; Ff = Fração flasheada ; Dv = Densidade do Vapor [Kg/m³]; Dl = Densidade do Líquido [Kg/m³]; 31

42 Taxa de Emissões de Poças Devido ao vazamento de líquidos, e a posterior formação de poça, há troca de calor entre o ambiente e o líquido derramado. Essa troca de calor fará com que o líquido seja evaporado e portanto contribua para a formação de uma nuvem de vapor. A modelação da evaporação de poças depende da volatilidade do material, temperatura de ebulição do líquido e da temperatura ambiente. Um dos principais fatores de determinação da taxa de evaporação é a dimensão da interface líquido-gás, ou seja, a dimensão da poça. A dimensão da poça depende da sua taxa de alimentação, das características do produto e das características do local e solo. Segundo LESS (1980), a equação utilizada para o cálculo do fluxo de vaporização de um líquido volátil é: Onde: Ev = Taxa de Evaporação [Kg/s]; U = Velocidade do Vento [cm/s]; P0 = Pressão de Vapor do Líquido [dyn/cm²]; M = Massa Molecular [e] T = Temperatura do Líquido [K]; R = Raio da Poça [cm] No caso da evaporação de um líquido frio, a evaporação é regida pela taxa de calor transferido do solo por condução. 32

43 3.4.2 Modelagem para Dispersão de Gás Cloro O risco associado à dispersão de gases tóxicos associados a acidentes catastróficos fez com que o interesse pelo estudo da dispersão das nuvens tóxicas na atmosfera aumentasse. Em um estudo de análise de riscos o estudo da dispersão é de grande importância, pois permite a modelação do acidente identificando as áreas de risco e comportamento das plumas de gases densos. Entre os diversos modelos de dispersão atmosférica, a dispersão de nuvens ou plumas densas apresenta um comportamento bastante diferente comparado aos gases neutros. Neste trabalho foi utilizado o modelo SLAB de dispersão de gases densos. SLAB é um modelo desenvolvido pelo Lawrence Livermore National Laboratory s (EUA), apropriado para simular a dispersão de gases mais densos que o ar. Os tipos de emissão tratados por este modelo incluem: emissão de poça no solo, emissão por jato horizontal elevado, emissão por jato vertical elevado ou de estaca e uma emissão volumétrica instantânea. A dispersão é calculada resolvendo-se as equações de conservação de massa, momentum e energia. As equações calculam as médias no espaço de forma que a nuvem é tratada como uma pluma em regime permanente, uma bufada transiente ou uma combinação dos dois dependendo da duração da emissão. Através da Figura 7 podemos observar a dispersão da nuvem densa no espaço. 33

44 Figura 7 - Representação da dispersão da nuvem de gás denso pelo modelo SLAB (Fonte: ERMAK, 1990) O programa ALOHA de modelação da dispersão da pluma utiliza as seguintes equações para quantificar os parâmetros de dispersão: Onde: C(x) = Concentração Volumétrica; Ma = Peso Molecular do Ar; Ms = Peso Molecular do Produto Vazado; m = massa; A concentração no modelo SLAB é dada por: Onde: 34

45 Onde: C(x,y,z) = Concentração Volumétrico no ponto (x,y,z); C(x) = Concentração volumétrica Média; C1(y,b,β) = Função do perfil horizontal; C2(z,Zc,σ) = Função do Perfil Vertical; X = Distância Longitudinal; Y = Distância Transversal; Z = Distância Vertical; Zc = Parâmetro de Altura da Nuvem; B = Metade da Largura da Nuvem; b = Parâmetro de Forma; h = Altura da Nuvem; erf = função de erro e; ρ = densidade; T = Temperatura; u = Velocidade da Nuvem. 35

46 Em geral, tamanho da zona de dispersão depende da quantidade de material liberado, da densidade, volatilização, condições atmosféricas e limite de toxidade. Desta maneira além das importantes influências da quantidade liberada e taxa de liberação, deve-se estudar e identificar as condições e parâmetros atmosféricos relevantes para a dissipação da nuvem densa Parâmetros Atmosféricos A dispersão da nuvem de um gás denso depende fortemente da interação com as condições atmosféricas do local. Por isso, na modelação de uma pluma de gás denso é muito importante levar em consideração alguns parâmetros de caracterização. A velocidade dos ventos e a intensidade da radiação solar são parâmetros mais importantes na definição da estabilidade atmosférica. Para a aplicação da modelagem, a estabilidade atmosférica foi dividida em 6 classes sendo: Classe A Extremamente Instável Classe D Neutra Classe B Moderadamente Instável Classe E Levemente Estável Classe C Levemente Instável Classe F - Estável A classificação da estabilidade atmosférica em função das velocidades dos ventos, radiação sola e nebulosidade, é dada de acordo com a tabela 5. 36

47 Tabela 5 - Classificação da estabilidade atmosférica em função da velocidade dos ventos e radiação solar (Fonte: FONTANIVE, 2005; AICHE, 2000) No caso de um vazamento ocorrer e a estabilidade atmosférica for da classe F, a pluma será horizontal, com largura reduzida e atingirá longas distâncias antes de atingir o solo. A Pluma ainda terá como característica a dispersão de altas concentrações do produto. Por outro lado, se o vazamento ocorrer em classe de estabilidade A, a Pluma será irregular. Sua largura crescerá rapidamente devido ao arraste de ar, no entanto a pluma terá comprimento e concentrações bem menores. Desta maneira podemos resumir o efeito salientando que quanto maior a turbulência atmosférica, maior será a diluição do poluente e, portando menor será a concentração do produto em um determinado ponto de estudo. Na figura 8, podemos observar o comportamento da nuvem densa nas diversas classes de condição atmosférica. 37

48 Figura 8 - Comportamento das nuvens densas em função das classes 38

49 3.5 Estações de Tratamento de Esgotos (ETE) Segundo Di Bernardo & Dantas (2005), estima-se que, no Brasil, 60% das internações hospitalares estejam relacionadas às deficiências do saneamento básico. Segundo estimativas da Associação Brasileira de Entidade do Meio Ambiente (ABEMA), cerca de 80 % dos esgotos do País não recebem qualquer tipo de tratamento e são despejados diretamente em mares, rios, lagos e mananciais, contribuindo seriamente para a deterioração da água passível de ser usada como fonte de abastecimento. Existe hoje uma grande preocupação em relação ao grau de tratamento e ao destino final de esgotos, a suas conseqüências sobre o meio ambiente, à qualidade das águas, e seus usos e benefícios. Hoje em dia, este é um assunto que chama a atenção não apenas dos engenheiros, especialistas e técnicos, mas igualmente das organizações ambientalistas e comunitárias, e da sociedade (Jordão & Pessôa, 2005). O tratamento adequado de esgotos é determinado através dos seguintes tipos de padrão ou diretrizes que tangem à qualidade da água em corpos d água e ao reuso de efluentes tratados (Von Sperling, 2005): Padrões de lançamento no corpo receptor; Padrões de qualidade do corpo receptor; Padrões ou diretrizes de qualidade para determinado uso de efluente tratado. Neste sentido, a remoção dos poluentes no tratamento, de forma a adequar o efluente a uma qualidade desejada ou padrão de qualidade vigente, está associada aos conceitos de nível de tratamento e eficiência no tratamento. O tratamento dos esgotos é usualmente classificado através dos seguintes níveis: preliminar, primário secundário e terciário. A Tabela 6 apresenta os tipos de remoção associados a cada nível de tratamento. 39

50 Tabela 6 - Níveis de tratamento dos esgotos Nível Remoção Preliminar (predominam mecanismos físicos) Primário (predominam mecanismos físicos) Secundário (predominam mecanismos biológicos) Terciário (mecanismos selecionados de acordo com remoção desejada) Fonte: adaptado de Von Sperling (2005) Sólidos em suspensão grosseiros (materiais de maiores dimensões e areia). Sólidos em suspensão sedimentáveis. DBO em suspensão (associada à matéria orgânica componente dos sólidos em suspensão sedimentáveis). DBO em suspensão (caso não haja tratamento primário: DBO associada à matéria orgânica em suspensão, presente no esgoto bruto). DBO em suspensão finamente particulada (caso haja tratamento primário: DBO associada à matéria orgânica em suspensão não sedimentável, não removida no tratamento primário). DBO solúvel (associada à matéria orgânica na forma de sólidos dissolvidos, presentes, tanto nos esgotos brutos, quanto no efluente do eventual tratamento primário, uma vez que sólidos dissolvidos não removidos por sedimentação). Nutrientes. Organismos patogênicos. Compostos não biodegradáveis. Metais pesados. Sólidos inorgânicos dissolvidos. Sólidos em suspensão remanescentes Sistemas de Desinfecção A desinfecção de esgotos sanitários não visa eliminação total de microorganismos (esterilização), conforme ocorre na medicina e na indústria de alimentos. Desinfetar esgotos é uma prática que busca inativar seletivamente espécies de organismos presentes no esgoto sanitário, em especial aquelas que ameaçam a saúde humana, em consonância com padrões de qualidade estabelecidos para diferentes situações, como, por exemplo, reuso em fins considerados menos nobres (rega de jardins, irrigação, limpeza de veículos e pisos em geral, descarga de vasos sanitários, água de reposição em sistemas de ar condicionado, entre outros). Os mecanismos envolvidos na desinfecção dos organismos patogênicos podem ser reunidos em três grupos (DANIEL, 2001): Destruição ou danificação da parede celular, do citoplasma ou do núcleo molecular. O agente desinfetante atua sobre componentes destas estruturas 40

51 celulares, impedindo que desenvolvam suas funções elementares adequadamente. Alteração de importantes compostos envolvidos no catabolismo, tais como enzimas e seus substratos, alterando o balanço de energia na célula. Alteração nos processos de síntese e crescimento celular, mediante alteração de funções, tais como a síntese de proteínas, de ácidos nucléicos e coenzimas. Em nosso país, não tem sido usual desinfetar esgoto tratado, em razão de seu elevado custo e por questões de ampla deficiência na capacidade de tratamento instaladas em nossas cidades. Não obstante, a exigência de alguns órgãos ambientais estaduais de fazer cumprir a legislação para os corpos d água de classe 2 e o elevado custo da água potável em alguns centros urbanos, tem modificado este quadro. Segundo Jordão e Pessôa (2005), a cloração tem sido a principal forma de desinfecção praticada nas estações de tratamento de esgoto. Não obstante, recentemente se tem dado particular atenção aos efeitos da cloração sobre a matéria orgânica presente no esgoto, à formação de compostos organoclorados e trihalometanos, e a eventuais conseqüências carcinogênicas. Assim, tem-se verificado grande evolução na prática da desinfecção, nos países desenvolvidos, e mesmo no Brasil já se observam novas formas de tratamento. A Tabela 7 apresenta os principais processos para remoção de organismos patogênicos no tratamento dos esgotos e a Tabela 8 apresenta as principais vantagens e desvantagens dos mesmos. Tabela 7 - Principais processos para remoção de organismos patogênicos no tratamento dos esgotos 41

52 Processo Comentários Cloração O cloro mata os microorganismos patogênicos. São necessárias elevadas dosagens, o que encarece o processo. Quanto maior a prévia remoção de matéria orgânica, menor a dosagem requerida de cloro. Há certa preocupação com relação à geração de subprodutos tóxicos aos seres humanos, mas deve-se levar em consideração o grande benefício em termos de saúde pública de remoção de patogênicos. Em corpos d água, deve-se ter também a preocupação com a toxicidade causada pelo cloro residual aos seres aquáticos do corpo receptor. O cloro residual deve apresentar valores bem baixos, freqüentemente exigindo uma descloração. Em vários países em desenvolvimento, há bastante experiência com cloração na área de tratamento de água. Ozonização O ozônio é um agente bastante eficaz para a remoção de patógenos. A ozonização é usualmente cara, embora os custos estejam se reduzindo, tornando esta alternativa competitiva, em determinadas circunstâncias. Radiação ultravioleta Há menor experiência com ozonização na maior parte dos países em desenvolvimento. A radiação ultravioleta, gerada por lâmpadas especiais, impede a reprodução dos agentes patogênicos. Não geração de subprodutos tóxicos. Idealmente, o efluente deve ser bem clarificado, para que a radiação possa penetrar bem na massa líquida. Este processo tem se desenvolvido bastante recentemente, tornando-se competitivo ou mais vantajoso que a cloração em várias aplicações. Membranas A passagem dos esgotos tratados por membranas de diminutas dimensões (ultrafiltração, nanofiltração) constitui-se em uma barreira física aos microorganismos patogênicos, os quais são de maiores dimensões que os poros. O processo é bastante interessante, e não introduz produtos químicos no líquido. Os custos são ainda elevados, mas têm-se reduzido bastante recentemente. Fonte: Adaptado de Von Sperling (2005). 42

53 Tabela 8 - Principais vantagens e desvantagens dos processos de desinfecção de esgotos mais utilizados Processos Vantagens Desvantagens Cloração Tecnologia amplamente conhecida. Menor custo. Cloro residual prolonga a desinfecção e indica a eficiência do processo. Efetiva e confiável para uma grande variedade de patógenos. Oxidação de certos compostos orgânicos e inorgânicos. Flexibilidade de dosagens. Cloração/ Descloração Tecnologia bem desenvolvida. Efetiva e confiável para uma grande variedade de patógenos. Oxidação de certos compostos orgânicos e inorgânicos. Flexibilidade de dosagens. Ozonização Mais efetivo na destruição de vírus e bactérias que o cloro. Utiliza curto tempo de contato. Não gera residuais perigosos. Não resulta em recrescimento de bactérias, exceto as protegidas pelo material particulado. É gerado in situ, com fácil armazenamento e manuseio. Eleva o oxigênio dissolvido no efluente tratado. Ultravioleta Efetivo na inativação de vírus e esporos. Não necessita de geração, manuseio, transporte ou estocagem de produtos químicos. Não gera efeitos residuais prejudiciais. Operação simples. Tempo de contato muito curto (da ordem de dezenas de segundos). Menor demanda de espaço que os outros processos. Filtração terciária Melhora significativa da qualidade físicoquímica da qualidade do efluente. Realiza a remoção complementar de fósforo do esgoto. Eficiente na remoção de ovos e larvas de helmintos e cistos de protozoários. Fonte: adaptado de Gonçalves (2003) Cloro residual é tóxico; requer descloração. Todas as formas de cloro são altamente corrosivas e tóxicas. As reações com cloro geram compostos potencialmente perigosos (trihalometanos THM). Aumenta os sólidos totais dissolvidos. Cloro residual é instável na presença de materiais que demandam cloro. Alguns patógenos são resistentes. Requer adição de produtos químicos para eliminar cloro residual. Elimina o efeito residual da desinfecção com cloro. Gera subprodutos potencialmente perigosos. Aumenta os sólidos totais dissolvidos. Alguns patógenos são resistentes. Baixas doses podem não inativar alguns vírus, esporos e cistos. Tecnologia mais complexa que a desinfecção com cloro ou UV. O 3 é muito reativo e corrosivo. Não é econômico para esgotos com elevados teores de SS, DBO ou DQO. O 3 é extremamente irritante e possivelmente tóxico. O custo do tratamento pode ser relativamente alto. Baixas dosagens não inativam alguns vírus, eporos e cistos. Os microorganismos podem se multiplicar através da fotorreativação ou recuperação no escuro. Necessita de controle da formação de biofilmes nos reatores de contato. É sensível à turbidez e sólidos suspensos totais no esgoto. É mais caro que a cloração, e mais barato que a cloração-descloração. Eficiência variável e inespecífica com relação aos patógenos. Requer produtos químicos de coagulação-floculação. Funcionamento intermitente, devido à necessidade de lavagem dos filtros. Demanda operacional com nível intermediário. 43

54 3.5.2 Utilização de Cloro Gasoso em sistemas de desinfecção O cloro gasoso, na verdade, é fornecido sob a forma de gás liquefeito sob alta pressão, para ser aplicado diretamente como gás ou como solução aquosa. Um sistema de cloração com emprego de cloro gasoso ou líquido é composto por (Di Bernardo e Dantas, 2005: d) Área de armazenamento do produto em cilindros, carretas ou tanques estacionários. e) Dispositivo de retirada e de controle da quantidade de cloro desejada. f) Equipamento de evaporação quando se tem a retirada de cloro líquido dos cilindros. g) Equipamentos de dosagem de cloro gasoso (dosadores de cloro ou cloradores). h) Injetor de água para obtenção da solução de cloro. i) Aplicação de cloro na água desinfetada. É de fundamental importância a compatibilização do injetor do clorador com a vazão de água e a respectiva pressão de entrada nesse dispositivo de modo a atender à dosagem necessária. Esta dosagem necessária é determinada em função da: Legislação, ou da imposição da autoridade sanitária local; Finalidade da cloração; Cloro residual a se manter no efluente tratado; Demanda de cloro do esgoto em tratamento. De qualquer forma, a dosagem deverá ser tal que um residual mínimo seja conseguido após um determinado tempo de contato. Tanto o cloro residual e o tempo de conato dependem da finalidade da cloração e/ou da imposição da autoridade local. O 44

55 residual mínimo costuma ser da ordem de 0,5 mg/l para um tempo de contato de 15 minutos (tempo normalmente adotado para esgoto doméstico nas vazões de pico), ou tempo de conato de 30 minutos para a vazão média Riscos associados ao uso e armazenamento de Cloro Os principais riscos associados ao uso de cloro e armazenamento de cloro são: As instalações de cloração exigem constantes manutenções e constante supervisão pelo operador, pois todas as formas de cloro são fortemente corrosivas e tóxicas. Vapores originários de vazamentos de cloro são extremamente tóxicos, podendo ser letais. Na Tabela 9 são apresentados os principais efeitos que o cloro pode ocasionar quando inalado. O cloro e/ou seus subprodutos podem reduzir seu ph Determinados subprodutos da cloração, tais como cloraminas e clorofenóis, são tóxicos e podem impactar negativamente sobre a fauna aquática de corpos receptores de esgotos. 45

56 Tabela 9 - Efeitos do cloro no corpo humano CONCENTRAÇÃO EFEITOS FÍSICOS [ppmv] 0,2 a 3,0 Limite de odor 1,0 a 3,0 Moderada irritação de membranas 4,0 Máxima exposição de 1 hora 5,0 a 15,0 Moderada irritação das vias superiores 30 Tosse intensa com espasmos 40 a 60 Concentração perigosa em 30 minutos 430 Fatal após 30 minutos 1000 Fatal após algumas inalações Fonte:CETESB, 1974; Montes et al.,

57 4 ESTUDO DE: APLICAÇÃO DO ESTUDO DE ANÁLISE DE RISCOS Neste trabalho foi desenvolvido um estudo de análise de riscos para o sistema de cloração da ETE São José do Rio Preto. O estudo foi desenvolvido através das etapas de caracterização do empreendimento, levantamento das características meteorológicas do local, estabelecimento e modelagem dos cenários acidentais e determinação das conseqüências de eventos. 4.1 Caracterização do Empreendimento Área de estudo A área onde está implantada a ETE Rio Preto foi escolhida pelo Plano Diretor do Sistema de Esgotamento Sanitário da Sede do Município de São José do Rio Preto, elaborado pela FIPAI (Fundação para o Incremento da Pesquisa e do Aperfeiçoamento Industrial). A Estação de Tratamento de Esgotos situa-se na margem esquerda do Rio Preto, junto à confluência com o córrego São Pedro, ao lado da rodovia Délcio Custódio da Silva (SP-427) e de uma avenida projetada que sairá da rotatória em frente à FEBEM. Segundo o plano diretor, o local está situado junto à periferia da atual área urbana, e apresenta grande potencial de expansão urbana. No momento de implantação da ETE a área encontrava-se totalmente desmatada e servia como pasto para criação de gados. Segundo dados do IBGE, a densidade demográfica da cidade de São José do Rio Preto é da ordem de 975 hab/km². Desta maneira, para efeito de estudo de riscos, foi considerado que a região onde se encontra a ETE terá densidade demográfica próxima à média municipal após expansão urbana projetada pelo plano diretor. 47

58 Figura 9 - Localização da ETE S. J. Rio Preto Fatores Climáticos Considerando que o estudo da dispersão dos gases depende diretamente das condições de estabilidade atmosférica, foi necessária uma caracterização completa das características da região. Os dados de direção dos ventos, intensidade dos ventos, temperatura média e umidade relativa foram obtidos na página virtual do CPTEC através da Plataforma de coleta de dados de Votuporanga. A tabela 10 mostra um resumo dos dados coletados, classificados para o período noturno e diurno. As figuras 10 e 11 ilustram os dados estatísticos. 48

59 Tabela 10 - Dados Climáticos (Fonte: CPTEC) Direção do Vento Probabilidade de Ocorrência Intensidade dos Ventos DIA NOITE DIA NOITE [%] [%] [m/s] [m/s] 0 (E) 27% 17% 6,66 6,08 45 (NE) 15% 12% 7,04 6,53 90 (N) 18% 23% 6,68 6, (NW) 13% 23% 6,93 6, (W) 7% 10% 5,73 5, (SW) 4% 4% 6,22 5, (S) 8% 7% 5,70 5, (SE) 8% 5% 6,35 5,14 Através da análise dos dados podemos perceber que há grandes diferenças quanto a condição climática durante os períodos diurnos e noturnos. Durante o dia, podemos perceber a predominância dos ventos na direção Leste (E). Em contra partida, durante o período noturno a predominância dos ventos durante o ano se dá para as direções norte e noroeste (N e NW, respectivamente). A intensidade dos ventos também varia de acordo com a direção. De uma maneira geral, pode perceber que durante o período diurno os ventos são mais intensos, comparado ao período noturno. Durante o período dos dados a intensidade mínima média foi de 5,04 m/s (para a direção sul, período noturno) e a intensidade máxima média foi de 7,04 m/s (para a direção nordeste, período diurno). 49

60 Tabela 11 - Características Climáticas Médias (Fonte: CPTEC) Parâmetro Período Período Diurno Noturno Unidade Temperatura Média 24,89 22,88 C Umidade Relativa 76,39 84,05 % Figura 10 - Probabilidade de Ocorrência dos Ventos [%] 50

61 Figura 11 - Intensidade dos Ventos em função da direção [m/s] ETE São José do Rio Preto A ETE Rio Preto, na 1ª etapa de implantação, terá por função o tratamento dos esgotos da sede do município de São José do Rio Preto, atendendo os seguintes objetivos: Manutenção de um efluente a ser lançado no rio Preto, com DBO 5 entre 20 e 30 mg/l; OD mínimo de 5,0 mg/l; Coliformes fecais máximo de NMP/100 ml; Produção de lodo com concentração mínima de sólidos de 30%, para disposição final em aterros sanitários. Para o atendimento destes objetivos é proposto na fase liquida da ETE um tratamento composto por: gradeamento grosseiro, recalque de esgoto bruto, 51

62 gradeamento fino, medição de vazão, desarenação, reatores anaeróbios de fluxo ascendente (UASBs), um sistema de lodos ativados formado por tanques de aeração, decantação, recirculação, seguido de cloração e pós-aeração. A ETE na 1ª etapa terá capacidade para atender as seguintes contribuições: População = hab; Vazão média anual = l/s; Vazão média do dia de maior contribuição = l/s; Vazão máxima horária = l/s Carga orgânica = kg DBO 5 / dia A seguir é dado um fluxograma ilustrativo dos processos da ETE São José do Rio Preto para a primeira fase do processo de implantação. 52

63 Figura 12 - Fluxograma esquemático dos processos da ETE Rio Preto Caracterização do Sistema de Cloração da ETE São José do Rio Preto A dosagem de cloro deverá ser efetuada por dois cloradores do tipo de gabinete, sendo um de reserva. As características dos rotâmetros dos cloradores foram definidas em função das máximas e mínimas vazões produzidas pelo sistema de filtragem grosseira nas diversas etapas para as dosagens máximas e mínimas. A dosagem de cloro é ajustada manualmente no clorador. Esta dosagem será mantida, automaticamente pelo clorador, variando a quantidade de cloro a ser dada, em 53

64 função da vazão variável do sistema de filtragem grosseira, lida pelo medidor eletromagnético de vazão previsto no sistema. Um injetor, instalado próximo ao ponto de aplicação do cloro, deverá produzir o vácuo necessário à operação do sistema de cloração e promover a mistura de água com o cloro gasoso aplicada em um difusor instalado na linha de alimentação da câmara superior do reservatório elevado. Para o fornecimento de água pressurizada ao injetor, há duas bombas centrífugas, sendo uma reserva. O sistema poderá operar na forma local, ou na forma remota pelo Centro de Controle Operacional (CCO). Na condição remota é prevista uma operação manual ou automática. O sistema de cloração é basicamente formado por: 12 cilindros de cloro em reserva; Dois cilindros de cloro em reserva ligado a um "manifold"; Dois cilindros de cloro em operação ligado a um "manifold"; Um sistema de troca automática dos cilindros ligados ao "manifold"; Dois evaporadores, sendo um reserva; Duas bombas centrífugas, sendo uma reserva, que alimentarão um injetor de cloro, que criará vácuo para operação dos cloradores. Como item de segurança, a sala de cilindros conta com um sistema destinado a minimizar os efeitos de um eventual vazamento de cloro gasoso para a ambiente. A sala é dotada de um sistema de exaustão mecânica constituído por exaustores axiais instalados no nível inferior da lateral da sala. Esses exaustores são operados por função temporizada. O sistema de exaustão tem capacidade para realizar no mínimo 20 renovações de ar/hora. 54

65 A sala de cilindros conta com três sensores de cloro instalados em extremidades opostas. Os sensores, providos internamente de uma célula química, com elemento sensível ao cloro, acusarão e transmitirão a presença do gás ao receptor, mesmo em quantidades muito inferiores àquelas percebidas pelo olfato. O receptor está localizado na sala de dosagem, para não sofrer risco de corrosão por cloro. O conjunto receptor está previamente ajustado para o valor de set-point de 3 ppm, que, uma vez atingido, acionará um alarme no Sistema de Supervisão e Controle (SSC) e simultaneamente ligará a bomba de circulação de solução de NaOH do lavador. O conjunto conta com uma bomba reserva. O gás vazado é sugado da sala através de dutos de polipropileno e encaminhado ao lavador de ar contaminado do tipo hidro-venturi, também executado com este material. Antes de alcançar o equipamento de lavagem, o ar contaminado com cloro sofrerá, no trecho final do duto de admissão, uma pré-lavagem por meio de sprays instalados na parte interna do duto. Ao entrar no lavador pela parte superior, o ar contaminado com cloro ficará em contato com nova carga de solução de soda cáustica lançada por uma série de ejetores sprays em uma garganta interna. O cloro gasoso que reage com a soda cáustica será recolhido na forma de hipoclorito de sódio no reservatório de fundo do lavador e, por meio de um extravasor, retornará ao tanque de recirculação de soda cáustica. A operação de lavagem do ar será interrompida automaticamente, assim que o sensor de cloro acusar uma concentração admissível na Sala dos Cilindros, e reativada a ventilação normal (exaustores), também automaticamente. O valor fixado como concentração admissível é 1 ppm. 55

66 4.2 Estabelecimento de Cenários Acidentais A partir da caracterização do sistema de cloração da ETE, foram estabelecidos cenários acidentais. O estudo das características do sistema permitiu a identificação de pontos críticos, a análise dos perigos foi feita através do sistema de Análise preliminar de Perigos (APP). Para as simulações de cenários acidentais foi considerada a hipótese acidental do rompimento da tubulação flexível e a hipótese de rompimento do cilindro ou válvula de saída Cenário A: Ruptura do Flexível Vazamento de um Cilindro Neste cenário, foi considerado que o vazamento de cloro ocorre pelo rompimento da tubulação flexível do tanque. Nas condições termodinâmicas do local, foi considerado que o escoamento do gás ocorre na forma horizontal, havendo formação de nuvem tóxica. Foi considerado o pior caso de vazamento, no qual há ruptura total do flexível (3/8pol.), e quando ultrapassada a barreira do sistema de segurança Cenário B: Furo no Cilindro Vazamento na saída para o flexível Neste cenário, foi considerado que o vazamento de cloro ocorre pelo rompimento do cilindro ou falha na válvula de saída do tanque (considerando conservativamente um furo de 3/8pol.). Há formação de nuvem tóxica por vazamento de um cilindro completo quando ultrapassada a barreira do sistema de segurança. 4.3 Modelagem e Simulação dos Cenários A modelagem quantitativa e a simulação dos cenários acidentais foram realizadas utilizando os modelos matemáticos anteriormente explicitados. Para tanto, foi utilizado um programa específico de domínio público. 56

67 O programa utilizado nas simulações foi o ALOHA 5.4 (Area Location of Hazardous Atmosphers), desenvolvido pela Agência Americana de Proteção ao Meio Ambiente (EPA). Neste programa está incorporado o modelo de dispersão SLAB, que é o mais apropriado para o estudo da dispersão de gás cloro. Os modelos de formação e vaporização das poças também estão incorporados ao programa. A modelagem da dispersão do gás foi realizada com condições de estabilidade atmosférica, temperaturas médias, umidades médias e velocidades dos ventos para o período diurno e noturno. A escolha dos níveis de concentração de cloro foi baseado nas conseqüências tóxicas provocadas sobre a saúde humana. Conforme recomendação da CETESB, foi estudado a dispersão da nuvem de cloro para as concentrações que cloro que atingissem letalidade de 50% e 1% para o tempo de exposição igual a 10 minutos. Para tal efeito temos que: DL 50% = 1620 mg/m³ (Concentração com probabilidade de letalidade de 50% para o tempo de exposição igual a 10 (Dez) minutos); DL 1% = 591 mg/m³ (Concentração com probabilidade de letalidade de 1% para o tempo de exposição igual a 10 (Dez) minutos); A dispersão da nuvem de cloro sobre a vizinhança foi simulada para os períodos diurnos e noturnos. No entanto como não há informações sobre as características de ocupação da área no futuro, foi considerada a existência de 25 habitantes por hectare para o período diurno e 75 habitantes por hectare para o período noturno, conforme recomendação da CETESB. O quadro 12 mostra um resumo dos parâmetros de entrada do programa ALOHA para a simulação da dispersão do gás cloro. 57

68 Tabela 12 - Parâmetros de entrada utilizados nas simulações Parâmetros Valor Unidade Substância CL 2 - Velocidade do Vento 5,04-7,04 m/s Estabilidade Atmosférica C - E - Umidade Relativa do Ar % Temperatura Média 22,88-24,89 C Capacidade do Cilíndro 0,889 m³ Acomodação do Cilíndro Horizontal - Comprimento do Cilíndro 2,15 m Diâmetro do Cilindro 0,73 m Grau de Enchimento 73 % Diâmetro do Furo de Vazamento 0,0096 m Os valores de Rugosidade do terreno foram fornecidos pelo programa, em função das características estimadas de ocupação. As figuras a seguir ilustram algumas telas de entrada e exemplos de resultados obtidos através do programa ALOHA. 58

69 Figura 13 - Exemplo de tela de entrada de dados atmosféricos Figura 14 - exemplo de tela de entrada de dados atmosféricos (2) 59