Qualidade e Conservação Ambiental TH041

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1 Universidade Federal do Paraná Engenharia Civil & Engenharia Ambiental Qualidade e Conservação Ambiental TH041 COLETA E TRATAMENTO DE ESGOTOS Profª s Heloise G. Knapik e Selma Cubas 1

2 SISTEMAS DE COLETA E TRANSPORTE DE ESGOTOS SANITÁRIOS DEFINIÇÃO Sistema de Esgotos Sanitários Conjunto de condutos e obras destinadas a coletar, transportar e tratar adequadamente as vazões de esgoto sanitário

3 SISTEMAS DE COLETA E TRANSPORTE DE ESGOTOS SANITÁRIOS Objetivos Sanitários Coleta e remoção rápida e segura das águas residuárias Eliminação da poluição Disposição sanitária dos efluentes Redução ou eliminação de doenças de transmissão hídrica Objetivos Sociais Controle da estética do ambiente Melhoria das condições de conforte e bem estar da população Objetivos Econômicos Melhoria da produtividade - Menor número de horas perdidas com recuperação de enfermidades Preservação dos recursos naturais, valorizando as propriedades e promovendo o desenvolvimento industrial e comercial

4 SISTEMAS DE COLETA E TRANSPORTE DE ESGOTOS SANITÁRIOS PARTES CONSTITUINTES DE UM SISTEMA DE ESGOTOS SANITÁRIOS Rede Coletora: coletores secundários coletores tronco 02 Interceptor: sem ligação predial 03 Emissário 04 Estações Elevatórias (EE) 05 Estação de Tratamento de Esgotos (ETE) 06 Corpo Receptor Sifão Invertido

5 COLETA E TRANSPORTE DE ESGOTOS (REDES COLETORAS, INTERCEPTORES E EMISSÁRIOS) 5

6 SISTEMAS DE COLETA E TRANSPORTE DE ESGOTOS SANITÁRIOS TIPOS DE SISTEMAS: Sistema de Esgotamento Unitário (Sistema Combinado) Grandes vazões - prejudica o tratamento Investimento inicial elevado Funcionamento precário ruas sem pavimentação Construções mais difíceis e demoradas Sistema de Esgotamento Separador Parcial

7 SISTEMAS DE COLETA E TRANSPORTE DE ESGOTOS SANITÁRIOS TIPOS DE SISTEMAS: Sistema Separador Absoluto Construção em etapas (pluvial e sanitário) Instalação em ruas sem pavimentação Peças pré-moldadas Águas pluviais lançadas em corpos de água Redução nas dimensões da ETE

8 SISTEMAS DE COLETA E TRANSPORTE DE ESGOTOS SANITÁRIOS PARTES CONSTITUINTES:

9 SISTEMAS DE COLETA E TRANSPORTE DE ESGOTOS SANITÁRIOS NORMAS PARA PROJETOS DE ESGOTOS SANITÁRIOS NBR 9648 Estudo e Concepção de Sistemas de Esgotos Sanitários (1986); NBR 9649 Projeto de Redes Coletoras (1986); NB 568 Projeto de Interceptores de Esgoto Sanitário (1989); NB 569 Projeto de Estações Elevatórias de Esgotos Sanitários (1989); NB 570 Projeto de Estações de Tratamento de Esgoto Sanitário (1990).

10 SISTEMAS DE COLETA E TRANSPORTE DE ESGOTOS SANITÁRIOS ESTUDO DE CONCEPÇÃO DE SISTEMA DE ESGOTO SANITÁRIO Dados e características da comunidade Análise do sistema de esgoto sanitário existente Estudos demográficos e de uso e ocupação do solo Critérios e parâmetros de projeto Cálculo das contribuições Formulação criteriosa das alternativas de concepção Estudos dos corpos receptores

11 SISTEMAS DE COLETA E TRANSPORTE DE ESGOTOS SANITÁRIOS DADOS NECESSÁRIOS AO PRÉ-DIMENSIONAMENTO Estudo das Bacias e Sub-Bacias de contribuição Estudo do traçado da rede Identificação de tubulações, peças e acessórios (definição de materiais) Estimativa de custo das alternativas estudadas Comparação técnico econômica e ambiental das alternativas Alternativa escolhida

12 SISTEMAS DE COLETA E TRANSPORTE DE ESGOTOS SANITÁRIOS DADOS NECESSÁRIOS AO PRÉ-DIMENSIONAMENTO Pré-dimensionamento das unidades dos sistemas desenvolvidos para a escolha da alternativa: Rede coletora Coletor tronco, interceptor e emissário Estação elevatória e linha de recalque Estação de tratamento de esgoto

13 SISTEMAS DE COLETA E TRANSPORTE DE ESGOTOS SANITÁRIOS CUSTOS DO SISTEMA DE ESGOTAMENTOSANITÁRIO

14 SISTEMAS DE COLETA E TRANSPORTE DE ESGOTOS SANITÁRIOS REGIME HIDRÁULICO DO ESCOAMENTO EM SISTEMA DE ESGOTO

15 TIPOS DE TRAÇADO Tipo Perpendicular: Coletores tronco: perpendiculares ao corpo receptor, sendo os mesmos captados por um coletor marginal.

16 Tipo Leque: TIPOS DE TRAÇADO Terrenos acidentados onde os coletores troco correm pelos fundos de vales e neles incidem os coletores secundários.

17 TIPOS DE TRAÇADO Tipo Radial ou Distrital: Cidades Planas (Litorâneas por exemplo). A cidade é dividida em distritos ou setores independentes em que em cada um criam-se pontos baixos, para onde são direcionados os esgotos e depois este esgoto é recalcado ou para um distrito vizinho ou para o destino final.

18 TIPOS DE REDE Rede Simples Rede Dupla: - Vias com tráfego intenso; -Vias com largura igual ou maior que 14 m para vias asfaltadas e 18 m para ruas de terra

19 LOCALIZAÇÃO DAS TUBULAÇÕES NA VIA PÚBLICA

20 LOCALIZAÇÃO DAS TUBULAÇÕES NA VIA PÚBLICA Fatores Intervenientes: - Outras Tubulações; - Profundidade dos coletores; - Largura da rua.

21 SISTEMAS DE COLETA E TRANSPORTE DE ESGOTOS SANITÁRIOS DIMENSIONAMENTO 1. Vazões de Dimensionamento 1.1 Parâmetros de influência População da área de projeto; Contribuição per capita; Coeficiente de retorno (esgoto/água); Coeficientes de variação de vazão; Infiltrações; Contribuição Industrial

22 SISTEMAS DE COLETA E TRANSPORTE DE ESGOTOS SANITÁRIOS DIMENSIONAMENTO População da Área de Projeto (P) População presente (inicial): população da data considerada; População futura: previsão de população para final de projeto. Métodos para o estudo demográfico; Métodos matemáticos: aritmético, geométrico, etc.; Método da extrapolação gráfica. População Flutuante: população que se estabelece em uma região por um determinado período de tempo. População Permanente ou Residente: população fixa de uma região.

23 SISTEMAS DE COLETA E TRANSPORTE DE ESGOTOS SANITÁRIOS DIMENSIONAMENTO CONTRIBUIÇÃO PER CAPITA (q) Contribuição per capita é o consumo de água de um habitante por dia (L/hab. dia). Fatores Intervenientes: Hábitos higiênicos e culturais; As instalações hidráulico-sanitários dos imóveis; Temperatura média da região; Renda familiar; Outros.

24 TRATAMENTO DE ESGOTO Profª Heloise G. Knapik 24

25 Tratamento de Esgotos Sistema individual ou estático Local, individual ou para poucas residências Usualmente algum sistema de infiltração no solo. Funciona bem nas seguintes condições: - Pouca densidade populacional - Áreas rurais - Solo com boas condições de infiltração Obs. O nível d água deverá ser profundo para evitar contaminação com microrganismos patogênicos (p. ex. fossas sépticas, negras, infiltração direta)

26 Tratamento de Esgotos Sistema coletivo ou dinâmico Coleta e afastamento dos esgotos da área servida Elevada densidade populacional meio urbano - Sistema unitário ou combinado - Sistema separador absoluto (Brasil) Esgotos domésticos Despejos industriais Águas de infiltração

27 Tratamento de Esgotos Dimensionamento Vazão e carga poluidora Vazão doméstica Vazão industrial Vazão de infiltração Estudos populacionais Consumo médio de água Vazão média de esgoto Relações dimensionais entre carga e concentração

28 CARACTERIZAÇÃO DAS ÁGUAS RESIDUÁRIAS (ESGOTOS) USO DA ÁGUA EM ATIVIDADES HUMANAS Etapa Essencial CARACTERIZAÇÃO ÁGUAS RESIDUÁRIAS QUANTITATIVA QUALITATIVA ORIGEM: DOMÉSTICA HOSPITALAR INDUSTRIAL VAZÃO PARÂMETROS INDIRETOS FÍSICO-QUÍMICOS E BIOLÓGICOS SELMA A. CUBAS 28

29 CARACTERÍSTICA QUANTITATIVA VAZÃO DE DIMENSIONAMENTO Q Q d Q INF Q IND VAZÃO DOMÉSTICA MÉDIA Q d c x P x q VAZÃO DOMÉSTICA MÁXIMA Coeficiente do dia e da hora de maior K 1 e K 2 Q d c x P x q K K 1 2 VAZÃO DOMÉSTICA MÍNIMA c x P x q Coeficiente da hora de menor consumo Qd K3 K

30 CARACTERÍSTICA QUANTITATIVA VAZÃO DE INFILTRAÇÃO Tubos defeituosos; conexões; juntas; Paredes de poços de visita. A quantidade de água infiltrada depende: Extensão da rede coletora; Área servida; Tipo de solo; Profundidade do lençol freático; Topografia; Densidade populacional. VAZÃO INDUSTRIAL Variável de indústria para indústria; Consumo de água Relacionada diretamente à produção de despejos; Equalização às vezes desejável; Legislação de São Paulo Vazão máxima = 1,5 x a vazão média. Valores usuais: 0,3 a 0,5 L/s.Km

31 CARACTERÍSTICA QUALITATIVA PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DAS ÁGUAS RESIDUÁRIAS Temperatura, Cor, Odor, Turbidez, Sólidos PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS DAS ÁGUAS RESIDUÁRIAS Matéria Orgânica: DBO, DQO, COT Nitrogênio total, Fósforo, ph, Cloretos, Alcalinidade, Óleos e graxas. PRINCIPAIS MICRORGANISMOS PRESENTES NAS ÁGUAS RESIDUÁRIAS Bactérias, Fungos, Protozoários, Vírus, Helmintos

32 CARACTERIZAÇÃO DAS ÁGUAS RESIDUÁRIAS (ESGOTOS) IMPORTÂNCIA DA CARACTERIZAÇÃO Escolha das unidades dos sistema de Tratamento Monitoramento do desempenho das unidades ETE PADILHA SUL - SANEPAR SELMA A. CUBAS 32

33 SISTEMAS DE TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS Ambiente natural degradação da matéria orgânica em condições apropriadas RIO IGUAÇÚ - PR Unidade de tratamento otimização da degradação em tempo e espaço reduzidos ETE SANTA QUITÉRIA SELMA A. CUBAS 33

34 Tratamento de Esgotos

35 SISTEMAS DE TRATAMENTO DE ESGOTO NIVEIS DE TRATAMENTO Preliminar Remoção de sólidos grosseiros em suspensão Primário Remoção de sólidos sedimentáveis 35

36 SISTEMAS DE TRATAMENTO DE ESGOTO NIVEIS DE TRATAMENTO Secundário Remoção de matéria orgânica dissolvida ou em suspensão fina Terciário Remoção de nutrientes (N, P) e desinfecção 36

37 SISTEMAS DE TRATAMENTO DE ESGOTO Escolha do sistema Abrangência do tratamento (isolado ou coletivo) Eficiência de remoção requerida (função de padrões de lançamento, corpo receptor, enquadramento, reuso, etc) Área disponível Geração e disposição final de resíduos Mão de obra para operação e respectiva qualificação Monitoramento e controles operacionais requeridos Recursos disponíveis

38 SISTEMAS DE TRATAMENTO DE ESGOTO PEQUENAS COMUNIDADES, COMUNIDADES RURAIS E TRADICINAIS Aplicação de sistemas condominiais ou individuais

39 SISTEMAS CONVENCIONAIS FOSSAS SÉPTICAS

40 FOSSA SÉPTICA Finalidade e concepção geral As fossas sépticas ou decanto-digestores consistem geralmente de uma câmara, cuja função é permitir a sedimentação, o armazenamento dos sólidos sedimentáveis (lodo) e a sua digestão, que ocorre em ambiente anaeróbio. Fazendo-se um paralelo com o tratamento convencional de lodos ativados, a fossa séptica estaria, ao mesmo tempo, substituindo o decantador primário e os digestores de lodos, sem nenhum consumo de energia.

41 FOSSA SÉPTICA Eficiência de tratamento Segundo Azevedo Netto, as eficiências de remoção em fossa séptica, quando bem projetada e bem construídas são: DBO: 40 a 60% DQO: 30 a 60% Sólidos sedimentáveis: 50 a 70% Óleos e graxas: 70 a 90 %

42 FOSSA SÉPTICA Tipos FOSSA SÉPTICA DE CÂMARA ÚNICA FOSSA SÉPTICA DE CÂMARAS EM SÉRIE

43 Tipos FOSSA SÉPTICA Fossa séptica de câmaras sobreposta

44 FOSSA SÉPTICA Formatos Fossas sépticas prismáticas retangulares; Fossas sépticas cilíndricas.

45 FOSSA SÉPTICA 1. Dimensionamento VOLUME: Segundo a NBR-7229/1993, o volume total de fossa ou do tanque séptico é a somatória dos volumes de sedimentação, digestão e de armazenamento de lodo, calculado conforme a expressão 1.1: V 1000 N C T d k L f onde: V = volume útil em litros; N = números de pessoas ou unidade de contribuição; C = contribuição de despejos, em litros/pessoa.dia ou litro/unidade.dia (Tab. 2); Td = tempo de detenção (dias) (Tab. 3) k = taxa de acumulação de lodo digerido em dias, equivalente ao tempo de acumulação de lodo fresco (Tab. 4); L f = contribuição de lodo fresco, em litros/pessoa. dia ou litro/ unidade (Tab. 2);

46 FOSSA SÉPTICA Dimensionamento Tipo e ocupação das edificações 1- Ocupantes permanentes: Residência de alto padrão Residência de padrão médio Residência de baixo padrão Hotéis (exceto lavanderia e cozinha) Alojamentos provisórios 2- Ocupantes temporários: Fábrica em geral Escritórios Edifícios públicos e comerciais Escolas (externatos) e locais de longa permanência Bares Restaurantes e similares Cinemas, teatros e locais de curta permanência Sanitários públicos (4) Contribuição de esgoto C (litros/pessoa. dia) (1) 2 (2) 480 (3) ,3 0,20 0,20 0,20 0,10 0,10 0,02 4,0 Contribuição de lodo fresco Lf (litros/pessoa. dia) Observações: (1) por refeições (2) por lugares disponíveis (3) apenas acesso aberto ao público (estações rodoviárias, ferroviárias, estádio esportivo, logradouros públicos (4) por bacias sanitárias disponíveis

47 FOSSA SÉPTICA Dimensionamento Tempo de detenção T d Contribuição diária (litros) Em dias Em horas Até ,00 24 De 1.501a ,92 22 De a ,83 20 De a ,75 18 De a ,67 16 De a ,58 14 Mais que ,50 12 Intervalo entre limpezas (anos) Valores de k (em dias), por faixas de temperaturas ambientes t, (em o C) t < t 20 t > Volume útil (m 3 ) Mínima Profundidade útil (m) Máxima Até 6,0 1,20 2,20 De 6,0 a 10,0 1,50 2,50

48 FOSSA SÉPTICA DISPOSIÇÃO FINAL E/OU TRATAMENTO DE EFLUENTE DAS FOSSAS SÉPTICAS Teste de absorção: A NBR-7229/93 prescreve dois métodos, sendo o mais conhecido o teste feito por Henry Ryon em O teste consiste de em escavação no solo com 30 cm de lado por 40 cm de altura. O fundo deve ser preenchido com 10 cm de pedra britada n o 01, restado então 30 cm de altura livre. Enche-se essa escavação com água até a altura de 15 cm e anota-se o tempo gasto para que a água infiltre e desça para o nível de 14 cm de altura. Caso esse tempo seja menor do que três minutos, deve-se repetir o teste cinco vezes, sempre anotando o tempo gasto para que a água infiltre 1 cm no solo, adotando-se o menor valor da taxa de infiltração de taxa obtida.

49 Vala de filtração Vala de infiltração Teste de absorção: Sumidouro

50 DISPOSIÇÃO FINAL E/OU TRATAMENTO DE EFLUENTE DAS FOSSAS SÉPTICAS SUMIDOURO Os sumidouros são também conhecidos como poços absorventes; Tem vida útil longa, devido à facilidade de infiltração do líquido praticamente isento de sólidos, que poderiam causar colmatação do solo; São utilizados quando a taxa de absorção do solo for igual ou superior a 40 L/m 2.dia; Estas unidades consistem de escavações cilídricas ou prismáticas, tendo as paredes construídas com alvenaria de: tijolos, pedras, blocos ou ainda por anéis moldados de concreto. Deve-se deixar furos na alvenaria e o fundo livre para permitir a infiltração; A lateral externa e o fundo deve ser preenchido com pedra brit n o. 04; As lajes de cobertura devem ser de concreto armado, dotadas de abertura de inspeção com no mínimo de 0,60.

51 Sumidouro:

52 Sumidouro:

53 DISPOSIÇÃO FINAL E/OU TRATAMENTO DE EFLUENTE DAS FOSSAS SÉPTICAS FILTRO ANAERÓBIO O filtro anaeróbio é, basicamente, uma unidade de contato, na qual os esgotos passa através de uma massa de sólidos biológicos contidos dentro do reator, que pode se apresentar em três formas distintas: Na forma de uma fina camada de biofilme aderido às superfícies do material suporte; Na forma de biomassa retida nos interstícios do material suporte; Na forma de flocos ou grânulos retidos no fundo falso, abaixo do material suporte.

54 DISPOSIÇÃO FINAL E/OU TRATAMENTO DE EFLUENTE DAS FOSSAS SÉPTICAS CONFIGURAÇÃO: FILTRO ANAERÓBIO No Brasil os filtros anaeróbios tem sido utilizados principalmente para o tratamento complementar de efluentes de fossas sépticas, de acordo com as disposições contidas na NBR 7229/ Parâmetros Profundidade útil Altura do meio suporte Diâmetro mínimo Diâmetro máximo Largura mínima Largura máxima Volume útil mínimo Valor 1.80 m 1,20 m 0,95 m 5,40 m 0,85 m 5,40 m 1,25 m 3

55 DISPOSIÇÃO FINAL E/OU TRATAMENTO DE EFLUENTE DAS FOSSAS SÉPTICAS DIMENSIONAMENTO: FILTRO ANAERÓBIO Volume: V = 1,60 x N x C x TDH V = volume total do filtro (m 3 ) N = número de pessoas ou unidades de contribuição C = contribuição de esgotos TDH = tempo de detenção hidráulca dos despejos (dias) Área: A = V/H (m 2 )

56 DISPOSIÇÃO FINAL E/OU TRATAMENTO DE EFLUENTE DAS FOSSAS SÉPTICAS EFICIÊNCIA: FILTRO ANAERÓBIO E = 100 x (1-0,87 x TDH ) E = eficiência do filtro anaeróbio (%) TDH = tempo de detenção hidráulica (h) 0,87 = constante empírica ( coeficiente do sistema) 0,50 = constante empírica ( coeficiente do meio suporte) Concentração do efluente Final: S S 0 E S 100 0

57 SISTEMAS NÃO CONVENCIONAIS Alternativas ecológicas & descentralizadas JARDINS FILTRANTES, ILHAS FLUTUANTES E WETLANDS

58 Jardins Filtrantes 5 princípios dos jardins filtrantes: Tratamento Paisagístico Biodiversidade Econômico Gestão Exemplo de uso do jardim filtrante no Brasil: MSD (Merck Sharp and Dohme) indústria farmacêutica, Distrito de Sousas, em Campinas

59 Jardins Filtrantes Princípio do método: Capacidade de filtragem das raízes em jardins Tratamento biológico Decomposição da matéria orgânica Lagoa de polimento (desinfecção via raios solares) 30% mais barato que uma ETE convencional

60 Jardins Filtrantes Aplicável para tratar: Esgotos domésticos e efluentes industriais Composto fertilizante Condicionar lodos de ETEs Biorremediação de solos Revitalizar rios e lagos Fábrica da GM em Joinvile

61 Ilhas Flutuantes (FTWs: Floating Treatment Wetlands)

62 Ilhas Flutuantes (FTWs: Floating Treatment Wetlands) Área de decomposição ativa: formação de biofilme Área de contato entre as raízes das plantas e a água Aeração e circulação da água Fonte:

63 Wetlands Construídos Sistemas projetados e aplicados para: Tratamento secundário e terciário de esgoto Purificação de grandes volumes de água Abastecimento de água industrial e urbana Baixo custo de implantação e manutenção

64 Wetlands Construídos Fonte: Sezerino et al. (2015): Experiências brasileiras com wetlands construídos aplicados ao tratamento de águas residuárias: parâmetros de projeto para sistemas horizontais Sistema Sustentável de Tratamento de Esgoto - UFMG

65 Wetlands Construídos PLANTAS ORNAMENTAIS Embora ainda não corriqueiro, uma série de espécies vegetais de interesse ornamental pode ser adaptada ao sistema de pós-tratamento de esgotos. Cyperus papyrus (papiro), Zantedeschia aethiopica (copo de leite): Canna x Generalis (biri) e Cyperus isocladus (mini papiro); Espécies secundárias: Alpinia purpurata (alpínia), Alpinia zerumbet variegata (alpínia concha listrada), Zingiber spectabile (gengibre ornamental), Agapanthus africanus (agapanto), Dietes bicolor (moréia), Heliconia psittacorum (helicôniapapagaio), Neomarica caerulea (falso íris), Nelumbo nucifera (flor de lótus).

66 Wetlands Construídos PLANTAS ORNAMENTAIS

67 Wetlands Construídos Sistema Horizontal Remoção de 90% de DBO5 Remoção de 90% de SS Remoção de 20% de NH3 Remoção de 30% de P Relação de 2m²/pessoa Fonte: Sezerino et al. (2015) &

68 Eficiência de remoção de DBO em Sistemas convencionais:

69 Wetlands Construídos Sistema Vertical Remoção de 72% de DQO Remoção de 70% de SS Remoção de 78% de NH3 Relação de 1.2m²/pessoa Fonte: Sezerino et al. (2015) &

70 Tratamento por zonas de raízes Propriedade rural no Caminho do Vinho, São José dos Pinhais

71 Alternativas ecológicas Banheiro seco e bacias de evapotranspiração

72 Banheiro seco Aplicável quando... Situações em que não exista ainda nenhum tipo de sanitário Lugares com escassez de água Desejo da comunidade/casa em uma sustentabilidade extrema

73 Banheiro seco Funcionamento: Apenas material seco (separação da urina) Fossas, Bacias de evapotranspiração Adição de serragem (relação C/N) Compostagem do material

74 Bacias de evapotranspiração Funcionamento: Fossa das Bananeiras Águas negras (bacia sanitária) Sistema fechado Percolação, filtração e evapotranspiração Águas cinzas deverão ser encaminhadas para outro sistema (p. ex. filtro biológico)

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76 Para saber mais... Wetlands construídos Livro: Wetland Construído no tratamento de esgotos sanitários (Douglas et al., 2015) Jardins Filtrantes Banheiro seco e bacia de evapotranspiração