DIMENSIONAMENTO DE UMA ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ESGOTO. ESTUDO DE CASO PARA O MUNICÍPIO DE ITAPERUÇU/PR

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1 UNIVERSIDADE TUIUTI DO PARANÁ Rogério Wolff Karasek DIMENSIONAMENTO DE UMA ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ESGOTO. ESTUDO DE CASO PARA O MUNICÍPIO DE ITAPERUÇU/PR CURITIBA 2011

2 DIMENSIONAMENTO DE UMA ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ESGOTO. ESTUDO DE CASO PARA O MUNICÍPIO DE ITAPERUÇU/PR CURITIBA

3 Rogério Wolff Karasek DIMENSIONAMENTO DE UMA ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ESGOTO. ESTUDO DE CASO PARA O MUNICÍPIO DE ITAPERUÇU/PR Trabalho de Conclusão de Curso apresentada ao curso de Engenharia Ambiental da Faculdade de Ciências Exatas e de Tecnologia da Universidade Tuiuti do Paraná, como requisito parcial para a obtenção do título de Engenheiro Ambiental. Orientador: Prof. Helder Godoy CURITIBA

4 TERMO DE APROVAÇÃO Rogério Wolff Karasek DIMENSIONAMENTO DE UMA ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ESGOTO. ESTUDO DE CASO PARA O MUNICÍPIO DE ITAPERUÇU/PR Este Trabalho de Conclusão de Curso foi julgado e aprovado para obtenção do título de Engenheiro Ambiental do curso de Engenharia Ambiental da Universidade Tuiuti do Paraná. Curitiba, 01 de julho de Engenharia Ambiental Universidade Tuiuti do Paraná Orientador: Prof. Msc. Helder de Godoy UTP Departamento Acadêmico de Engenharia Ambiental Profa. Msc Fernanda Paes de Barros UTP Departamento Acadêmico de Engenharia Ambiental Profa. Msc Marisa Isabel Weber UTP Departamento Acadêmico de Engenharia Ambiental 3

5 DEDICATÓRIA Dedico este trabalho a minha esposa, Sarah Ortiz, que com seu apoio e amor foi sempre a minha maior incentivadora na busca de minha realização, mesmo tendo, para isso, que deixar de lado seus próprios sonhos e aspirações. 4

6 AGRADECIMENTOS A minha orientadora, Profa. Msc Carolina Fagundes Caron (in memorian), por sua paciência, sua dedicação e sua amizade. Sua partida tão prematura faz com que sua falta tenha sido sentida durante toda a realização deste trabalho, e ainda depois. A meu orientador, Prof. Msc Helder de Godoy, pelo grande auxílio e pela tranquilidade que me passou para que eu seguisse adiante. Ao Prof. Helio Botto, por seu auxílio para a execução da parte técnica deste trabalho. A meus pais, pelo apoio e pelo estudo, que sempre fizeram essencial em minha vida, e tão importante foi para a conclusão deste curso. 5

7 RESUMO O trabalho visa ao dimensionamento de uma Estação de Tratamento de Esgotos complementar à que se encontra em construção na cidade de Itaperuçu/PR, a qual não terá capacidade de atendimento à totalidade da população do município. Para tanto, foi realizado o levantamento dos dados populacionais do município, assim como das etapas e processos para o tratamento de esgotos domésticos e seus respectivos aspectos construtivos. PALAVRAS-CHAVE: Dimensionamento Estação de Tratamento Esgotos Domésticos 6

8 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO JUSTIFICATIVA FORMULAÇÃO DO PROBLEMA OBJETIVOS Objetivo geral Objetivos específicos 14 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA IMPORTÂNCIA DA ÁGUA LEGISLAÇÕES APLICÁVEIS SANEAMENTO E SAÚDE A situação do saneamento no Brasil, no Paraná e em Itaperuçu Saúde no Brasil ORIGEM DO ESGOTO Esgoto doméstico Características das excretas Características da qualidade do esgoto Vazão de Infiltração Esgoto industrial TRATAMENTO DE ESGOTOS Níveis de tratamento Métodos de tratamento Sistemas de tratamento Nível secundário Lagoas de estabilização Lodos ativados Sistemas anaeróbios Disposição no solo FILTROS BIOLÓGICOS Componentes de um filtro biológico 41 7

9 2.6.2 Tipos de filtro biológico O MUNICÍPIO DE ITAPERUÇU 52 3 MATERIAIS E MÉTODOS 56 4 RESULTADOS CÁLCULO DA VAZÃO AFLUENTE MÉDIA DE ESGOTO CÁLCULO DAS VAZÕES MÁXIMA E MÍNIMA DIMENSIONAMENTO DAS GRADES DIMENSIONAMENTO DO MEDIDOR DE VAZÃO DIMENSIONAMENTO DO DESARENADOR DIMENSIONAMENTO DOS DECANTADORES CÁLCULO DA EFICIÊNCIA DO SISTEMA CÁLCULO DA CARGA ORGÂNICA VOLUMÉTRICA DIMENSIONAMENTO DO FILTRO BIOLÓGICO PRODUÇÃO DE LODO 74 5 CONCLUSÃO 75 6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 76 8

10 LISTA DE TABELAS TABELA 1 NÍVEIS DE TRATAMENTO DOS ESGOTOS 32 TABELA 2 OPERAÇÕES, PROCESSOS E SISTEMAS DE TRATAMENTO FREQUENTEMENTE UTILIZADOS PARA REMOÇÃO DE POLUENTES 34 TABELA 3 CARACTERÍSTICAS DOS FILTROS BIOLÓGICOS CONFORME O TIPO 51 TABELA 4 - PROPRIEDADES DOS MEIO SUPORTE EMPREGADOS EM FILTROS BIOLÓGICOS 52 TABELA 5 ESTABELECIMENTOS E GERAÇÃO DE EMPREGOS EM ITAPERUÇU, CONFORME O TIPO DE INDÚSTRIA 54 TABELA 6 CARACTERÍSTICAS TÍPICAS DOS PRINCIPAIS SISTEMAS DE TRATAMENTO DE ESGOTO 61 TABELA 7 VAZÕES MÍNIMA, MÉDIA E MÁXIMA 64 TABELA 8 RELAÇÃO ENTRE A VAZÃO E A LARGURA NOMINAL DA CALHA PARSHALL 67 TABELA 9 VAZÃO E ALTURA DO EFLUENTE NA CALHA PARSHALL 67 9

11 LISTA DE FIGURAS FIGURA 1 ESQUEMA DE UM FILTRO BIOLÓGICO 40 FIGURA 2 PARTES COMPONENTES DE UM FILTRO BIOLÓGICO 42 FIGURA 3 DISTRIBUIDOR ROTATIVO ETE PEIXINHOS RECIFE/PE 43 FIGURA 4 BRAÇO DISTRIBUIDOR DO AFLUENTE 44 FIGURA 5 MEIO SUPORTE PLÁSTICO 45 FIGURA 6 MEIO SUPORTE POLIPROPILENO 45 FIGURA 7 MODELOS DE BLOCOS DE DRENAGEM 46 FIGURA 8 EXEMPLO DE FILTRO BIOLÓGICO DETALHE DA ENTRADA DE AR 47 FIGURA 9 DESENHO ESQUEMÁTICO DE UM FILTRO BIOLÓGICO DE BAIXA CARGA 48 FIGURA 10 - DESENHO ESQUEMÁTICO DE UM FILTRO BIOLÓGICO DE ALTA CARGA 49 FIGURA 11 LOCALIZAÇÃO DO MUNICÍPIO DE ITAPERUÇU 53 FIGURA 12 BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO RIBEIRA 57 10

12 1. INTRODUÇÃO De acordo com os dados fornecidos pelo SNIS - Sistema Nacional de Informação de Saneamento - apenas 43,2% da população brasileira possui acesso à coleta de esgoto e, do total coletado, segundo o Conselho Regional de Engenharia, Arquitetura e Agronomia do Paraná, somente 34,6% são tratados. Embora o Estado do Paraná apresente índices superiores à média nacional, a coleta de esgoto no estado atende apenas 48,6% da população. Deste valor, apenas 54,7% é tratado, ou seja, pouco mais da metade. (MINISTÉRIO DAS CIDADES, 2011) Estes índices demonstram o não cumprimento dos principais fundamentos da lei N o 11445/07, a qual rege em seu Art. 2º que os serviços públicos de saneamento básico deverão ser prestados com base na integralidade das atividades e componentes de cada um dos serviços de saneamento básico, entre os quais o esgotamento sanitário. A importância da coleta e do tratamento de esgoto pode ser exemplificada com informações da Secretaria de Saúde de Estado do Paraná (SESA, 2011) e do estudo realizado pelo Instituto Trata Brasil com colaboração da Fundação Getulio Vargas: Benefícios Econômicos da Expansão do Saneamento Brasileiro segundo os quais haveria uma redução de gastos na ordem de R$ 309 milhões caso o acesso ao saneamento básico fosse universal, e 60 das 91 mortes ocorridas no Paraná por doenças gastrointestinais infecciosas em 2009 poderiam ter sido evitadas. 11

13 Na cidade de Itaperuçu, está em fase de construção a ETE Buquerinho, e está prevista para o mês de junho/2001 a licitação para a construção da rede coletora. Após a construção da rede, serão coletados e tratados 35% do esgoto produzido no município. (SANEPAR, 2011) Este índice é bastante baixo, principalmente quando analisado em relação a uma estrutura que ainda vem sendo construída. Assim, pode-se observar a importância da realização deste trabalho, o qual deverá verificar a possibilidade da utilização de um filtro biológico para o tratamento complementar de esgotos do município, realizando também seu dimensionamento, levando em consideração a capacidade de atendimento da estação de tratamento atualmente em construção na cidade, visando ao tratamento da integralidade do esgoto gerado na cidade. 1.1 JUSTIFICATIVA As consequências negativas da ausência de saneamento básico para a saúde da população, entre as quais podem ser citados os maiores gastos com atendimento hospitalar e a menor produtividade, devido a ausências, dos trabalhadores que não têm acesso ao saneamento; o atendimento ao estabelecido pela legislação quanto à universalização do acesso aos serviços de saneamento e aos critérios para o lançamento de efluentes; e a disseminação de informações de um sistema de tratamento de efluentes que, apesar de se apresentar como uma alternativa de grande potencial de aplicação no Brasil, com diversas vantagens em relação a outros sistemas, ainda é pouco utilizado, justificam a realização deste trabalho. 12

14 Sabe-se que 80% das doenças e 65% das internações hospitalares estão relacionadas à falta de saneamento básico. Os gastos despendidos para o tratamento dessas doenças, que podem ser evitadas caso haja o fornecimento de serviços de saneamento básico à população afetada, são possivelmente superiores ao dimensionamento e implantação de uma estação de tratamento doméstico, a qual poderia atender a população por completo ou complementar a que hoje vem sendo desenvolvida. (AMBIENTE BRASIL, 2011) Atualmente, parte do esgoto gerado pela população da cidade de Itaperuçu é lançada diretamente nas águas do Rio Ribeira ou nas galerias de águas pluviais (DATASUS, 2011). Este é um problema ambiental que compromete a qualidade das águas de forma física, química e biológica. Não é realizada, ainda, a coleta e o tratamento do esgoto gerado, e após a construção da rede coletora e da ETE Buquerinho, pela Sanepar, a quantidade de esgoto não tratado ainda corresponderá 65% do atualmente produzido. Embora o sistema de filtros biológicos para o tratamento de efluentes seja bastante antigo, sendo usado na Inglaterra desde o século XIV, no Brasil sua utilização não é muito difundida. O processo empregado nesse sistema é bastante simples, e o mesmo tem uma eficiência capaz de produzir efluentes em conformidade com o exigido pela legislação vigente no Brasil, ou seja, trata-se de uma alternativa que deve ser levada em consideração em um país com elevado déficit no atendimento aos serviços de saneamento básico a sua população. 13

15 1.2 FORMULAÇÃO DO PROBLEMA O município de Itaperuçu/PR não conta, atualmente, com um sistema de tratamento de seus efluentes domésticos, e a estação em construção não terá capacidade para o atendimento integral da população. 1.3 OBJETIVOS Objetivo geral O trabalho tem por objetivo geral dimensionar uma Estação de Tratamento de Esgoto, com a utilização de um filtro biológico, para o município de Itaperuçu, no Paraná. Pretende-se contemplar a população não atendida pela ETE em construção, estimando-se um alcance de projeto de 20 anos Objetivos específicos Para atingir o objetivo geral desta pesquisa, os seguintes objetivos específicos foram estabelecidos: Realizar o levantamento populacional, econômico e social da cidade de Itaperuçu, PR; Realizar o levantamento bibliográfico referente aos atuais sistemas de tratamento de efluentes domésticos mais empregados; Realizar o levantamento de dados referentes à classe do Rio Ribeira; 14

16 Dimensionar o sistema de tratamento de efluentes domésticos complementar à ETE Buquerinho, para a cidade de Itaperuçu, com utilização de um filtro biológico. Definir os processos e as unidades mais adequadas ao tratamento de efluentes domésticos, focando no estudo de caso de Itaperuçu, PR; 15

17 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 2.1 IMPORTÂNCIA DA ÁGUA Indispensável à existência de vida na Terra, a água é um dos recursos mais preciosos da humanidade, sendo um bem utilizado para grande parte das atividades ligadas aos seres humanos. Entre os principais usos relacionados à água pode-se citar o abastecimento doméstico, abastecimento industrial, irrigação, dessedentação de animais, aquicultura, preservação da flora e da fauna, geração de energia elétrica, e diluição de despejos, entre outros. (FUNASA, 1991) É notório, ao longo da história, que as grandes cidades tenham se desenvolvido às margens de rios. Exemplos disso não faltam, podendo-se citar Londres (Rio Tâmisa), Paris (Rio Sena), Nova Iorque (Rio Hudson), São Paulo (bacia do Rio Tietê) e Curitiba (bacias dos Rios Iguaçu e Barigui). Segundo Telles e Costa (2007), a maior parcela do volume de água encontrada no planeta Terra, representando 97,5%, é de água salgada, encontrada nos mares e oceanos. Já, os 2,5% restantes são de água doce, sendo que desta água doce 68,9% encontra-se nas calotas polares e geleiras; 29,9% são águas subterrâneas; 0,9% em outros reservatórios; e apenas 0,3% encontram-se nos rios e lagos. Assim, com base nestes dados, pode-se colocar a grande preocupação na preservação quali-quantitativa deste bem. Segundo Chernicharo et al (2001), cerca de 16

18 1,7 bilhões de pessoas já sofrem com a escassez de água, sendo este um valor que possui tendências ao crescimento. Segundo Guedes (2009, citado por Depoli, 2011), a água não se trata de um bem finito, pelo menos não em sua quantidade. Calcula-se que sejam 1,4 bilhões de km³ que se mantêm praticamente inalterados há milhões de anos, e o que muda em relação a estes recursos hídricos são, principalmente, a qualidade e a possibilidade de que sejam potáveis ou tratáveis. Embora o Brasil apresente, segundo Borsoi e Torres (1997), aproximadamente 15% da água doce do planeta, este é um país que, conforme Campos et al (1991) pode vir a apresentar problemas com a falta de água em qualidade, ou seja, pode vir a apresentar falta de água potável. Deve-se atentar que 70% do volume de recursos hídricos do país está localizado na região norte e o maior consumo ocorre nas regiões sul e sudeste, que, juntas, possuem apenas 12% do total disponível. (BORSOI E TORRES, 1997) Este fato, somado à falta de instrução da população e à falta de saneamento das cidades, compromete a qualidade da água e acelera, assim, a degradação dos corpos hídricos. A preservação dos recursos hídricos é, portanto, de grande importância a fim de se evitar a contaminação da pequena quantidade de água cuja extração é mais facilmente disponível. 17

19 2.2 LEGISLAÇÕES APLICÁVEIS A definição dos parâmetros e critérios para o lançamento de efluentes, visando à minimização dos impactos ambientais desta atividade, é estabelecida por leis e resoluções. Os principais aspectos legais a serem atendidos, relacionados ao lançamento de efluentes, são os expostos a seguir. A Constituição Federal de 1988 estabelece, em seu Art. 23, que é competência comum da União, dos Estados, do Distrito federal e dos municípios proteger o meio ambiente e combater a poluição em qualquer uma de suas formas, e promover as condições habitacionais e de saneamento básico, entre outras. A Lei da Política Nacional do Meio Ambiente (Lei 6938 de 31 de agosto de 1981) tem por objetivo a preservação, melhoria e recuperação da qualidade ambiental propícia à vida, visando assegurar, no País, condições ao desenvolvimento sócioeconômico, aos interesses da segurança nacional e à proteção da dignidade da vida humana, atendidos, entre outros princípios, o da racionalização do uso do solo, do subsolo, da água e do ar. Em seu artigo 4º, é estabelecido que a Lei visa à compatibilização do desenvolvimento econômico-social com a preservação da qualidade do meio ambiente e do equilíbrio ecológico; ao estabelecimento de critérios e padrões de qualidade ambiental e de normas relativas ao uso e manejo de recursos ambientais, e à preservação e restauração dos recursos ambientais com vistas à sua utilização racional e disponibilidade permanente, concorrendo para a manutenção do equilíbrio ecológico propício à vida. 18

20 São estabelecidas, por esta lei, a constituição do Sistema Nacional do Meio Ambiente SISNAMA - e a criação do Conselho Nacional do Meio Ambiente - CONAMA. A Lei 9433/97, da Política Nacional dos Recursos Hídricos, em seu Art. 1º fundamenta que a água é um bem de domínio público, e um recurso natural limitado e dotado de valor econômico. Seu Art. 2º define que, entre os objetivos da Lei, está assegurar à atual e às futuras gerações a necessária disponibilidade de água, em padrões de qualidade adequados aos respectivos usos. O Art. 12 da Lei 9433/97 estabelece que o lançamento em corpo de água de esgotos e demais resíduos, líquidos ou gasosos, tratados ou não, com o fim de sua diluição, transporte ou disposição final, está sujeito à outorga pelo Poder Público. A Lei nº 11445/07, estabelece Diretrizes Nacionais para o Saneamento Básico, visando ao conjunto de serviços, infraestruturas e instalações operacionais, bem como o abastecimento de água potável, esgotamento sanitário, limpeza urbano e manejo de resíduos sólidos e drenagem e manejo das águas pluviais urbanas. Esta legislação estabelece que a prestação e a gestão dos serviços de saneamento básico podem ser exercidas diretamente pelo município, por meio de departamentos, autarquias e empresas municipais, ou então indiretamente através de concessão, permissão, terceirização. De maneira mais específica para o tema deste trabalho, o CONAMA, em sua Resolução 357 de 17 de março de 2005, trata, em seu Capítulo IV, das condições e padrões de lançamento de efluentes. É estabelecido, no Art. 24, que os efluentes de 19

21 qualquer fonte poluidora somente poderão ser lançados, direta ou indiretamente, nos corpos de agua, apos o devido tratamento e desde que obedeçam as condições, padrões e exigências dispostos nesta resolução e em outras normas aplicáveis. No parágrafo 1º do Art. 32 da referida resolução, é estabelecido que, exceto para rios de classe especial, nos quais é vedado o lançamento de quaisquer efluentes, ainda que tratados, o lançamento nas demais classes deverá, além de atender às condições e padrões de lançamento de efluentes e não ocasionar a ultrapassagem das condições e padrões de qualidade de água, estabelecidos para as demais classes, nas condições da vazão de referência. De acordo com o 4º do Art. 34 da resolução 357/05, são condições para lançamento de efluentes: I. ph entre 5 e 9; II. temperatura inferior a 40º C, sendo que a variação da temperatura do corpo receptor não deverá exceder 3º C na zona de mistura; III. materiais sedimentáveis: ate 1 ml/l em teste de 1 hora em cone Imhoff. Para o lançamento em lagos e lagoas, cuja velocidade de circulação seja praticamente nula, os materiais sedimentáveis deverão estar virtualmente ausentes; IV. regime de lançamento com vazão máxima de ate 1,5 vezes a vazão media do período de atividade diária do agente poluidor, exceto nos casos permitidos pela autoridade competente; V. óleos e graxas: óleos minerais ate 20mg/L e óleos vegetais e gorduras animais: ate 50mg/L; e VI. ausência de materiais flutuantes. 20

22 Já o 5º do Art. 34 trata dos parâmetros orgânicos e inorgânicos de lançamento de efluentes. No âmbito estadual, a Lei de 26 de novembro de 1999 trata, em seu Art. 13, da necessidade de outorga, pelo poder Público, independentemente da natureza, pública ou privada, dos usuários, dos direitos de uso dos recursos hídricos, entre os quais o lançamento, em corpo de água, de esgotos e demais resíduos líquidos ou gasosos, tratados ou não, com finalidade de sua diluição, transporte ou disposição final. Ainda na esfera estadual, a resolução nº 021/09 da Secretaria Estadual do Meio Ambiente, além de dispor sobre o licenciamento ambiental referente às Estações de Tratamento de Esgoto, estabelece, em seu Art. 11º, as condições e padrões para o lançamento de efluentes das ETEs. Os padrões aí estabelecidos são: DBO (Demanda Bioquímica de Oxigênio) : até 90 mg/l; DQO (Demanda Química de Oxigênio): até 225 mg/l; Óleos e graxas; Óleos vegetais e gorduras animais: até 50mg/l; Óleos minerais: até 20mg/L. 2.3 SANEAMENTO E SAÚDE Os dejetos humanos podem ser veículos de germes patogênicos de várias doenças, entre as quais a febre tifoide e paratifoide, diarreias infecciosas, amebíase, ancilostomíase, esquistossomose, teníase, ascaridíase e outras, o que torna indispensável afastar as possibilidades de seu contato com o homem, as águas de 21

23 abastecimento, vetores e alimentos. Devido à falta de medidas práticas de saneamento e de educação sanitária, grande parte da população tende a lançar os dejetos diretamente sobre o solo ou em corpos d água, criando situações favoráveis à transmissão de doenças. (FUNASA, 1991) A destinação adequada dos efluentes domésticos tem importância sanitária, com objetivo de evitar a poluição do solo e dos mananciais de abastecimento de água, evitar o contato de vetores com as fezes, propiciar a promoção de novos hábitos de higiene à população, além de promover o conforto e atender ao senso estético, tendo, também, importância econômica, pois a ocorrência de doenças, principalmente infecciosas e parasitárias, ocasionadas pela falta de condições adequadas de destino dos dejetos, pode levar o homem a inatividade ou reduzir sua potencialidade para o trabalho. Portanto, a destinação correta dos esgotos visa ao aumento da vida média do homem, pela redução da mortalidade em consequência da redução dos casos de doenças, à diminuição de despesas com o tratamento de doenças evitáveis, redução no custo do tratamento das águas de abastecimento, ao controle da poluição nas praias e dos locais de recreação com objetivo de promover o turismo, e à preservação da fauna aquática, em especial os criadouros de peixes. (FUNASA, 1991) A situação do saneamento no Brasil, no Paraná e em Itaperuçu Em 1960, os países americanos firmaram uma Carta-Documento de compromisso estabelecendo metas no campo do saneamento básico, entre elas o 22

24 atendimento a 70% da população urbana e 50% da população rural com serviços de água e esgotos. (AZEVEDO NETTO, 1973) Conforme dados divulgados pela ABES-PR (2011), cerca de onze bilhões de litros de esgoto bruto são lançados diariamente nos rios, córregos, praias e lagos urbanos no Brasil. A coleta de esgoto atende a pouco mais da metade da população brasileira, e como resultado, aproximadamente 60 milhões de brasileiros não são atendidos por essa coleta. Do total coletado, quase 75% são despejados in natura, contribuindo para a poluição dos corpos de água. Os serviços de saneamento, atualmente, não alcançam os índices estabelecidos na Carta-Documento firmada na década de 60, e mais distante ainda está da universalização do saneamento estabelecida pela lei /07. No Paraná, embora os índices apresentados sejam melhores que a média nacional, também há um elevado déficit no atendimento à população quanto aos serviços de saneamento. Somente 48,6% da população do estado tem acesso a coleta de esgoto, e do que é coletado, apenas 54,7% é tratado, ou seja, apenas 26,6% do esgoto gerado no estado passa por tratamento antes de sua disposição final (MINISTÉRIO DAS CIDADES, 2011) O município de Itaperuçu não possui, ainda, uma rede de coleta de esgoto, nem uma estação de tratamento de efluentes. De acordo com informações da SANEPAR (2011), a ETE Buquerinho, em construção no local, e a rede coletora, cuja licitação para a realização de obras será iniciada em junho/2011, atenderão a 35% da população. 23

25 2.3.2 Saúde no Brasil De acordo com indicadores do Ministério da Saúde (2011), no ano de 2009 ocorreram internações causadas por doenças infecciosas e parasitárias. Deste total, conforme estudo do Instituto TRATA BRASIL (2011) em parceria com a Fundação Getulio Vargas, referindo-se a dados extraídos do DATASUS (2011), 462 mil internações foram devidas a infecções gastrointestinais. No mesmo ano, houve aproximadamente mortes decorrentes de diarreia e gastroenterite. No ano de 2007 foram mortes, no Brasil, de menores de 5 anos por doença diarreica. O custo médio por internação no Brasil, segundo o DATASUS (2011), com base em dados do ano de 2009, é de R$ 771,25, valor que, aplicado ao total de internações por infecções gastrointestinais, resulta em um gasto de mais R$ 356 milhões. Ainda conforme o estudo do Instituto Trata Brasil, foi gasto, no mesmo ano, o valor de R$ 547 milhões, pelas empresas, com remunerações relativas a horas não trabalhadas de funcionários que tiveram que se ausentar por doenças gastrointestinais. A soma desses valores representa 34,5% de todo o investimento em esgotamento sanitário no Brasil no ano de (TRATA BRASIL, 2011) 2.4 ORIGEM DO ESGOTO Os esgotos coletados em uma cidade e encaminhados à estação de tratamento se originam, basicamente, de esgotos domésticos, águas de infiltração e despejos industriais. No Brasil, as águas pluviais são separadas com a adoção do sistema 24

26 separador de esgotamento sanitário, seguindo por linhas de drenagem independentes e que não contribuem à ETE. (VON SPERLING, 1996) Esgoto doméstico É aquele que provem principalmente de residências, estabelecimentos comerciais, instituições ou quaisquer edificações que dispõem de instalações de banheiros, lavanderias e cozinhas. É composto essencialmente de água de banho, excretas, papel higiênico, restos de comida, sabão, detergentes e águas de lavagem (FUNASA, 1991) A vazão doméstica é função do consumo de água. (VON SPERLING, 1996) Desta forma, uma maior ou menor demanda de água terá como resultado, de forma proporcional, um maior ou menor volume de esgoto Características das excretas As fezes humanas se compõem de restos alimentares ou dos próprios alimentos não transformados pela digestão, integrando-se as albuminas, as gorduras, os carboidratos e as proteínas, estando presentes, também, os sais e uma infinidade de microrganismos. Na urina são eliminadas algumas substâncias, como a uréia, resultantes das transformações químicas (metabolismo) de compostos nitrogenados (proteínas). Tanto as fezes como a urina contêm grande quantidade de água, além de matéria orgânica e inorgânica. No que se refere à matéria orgânica, esta compõe cerca de 20% das fezes e 2,5% da urina. 25

27 Os microrganismos eliminados nas fezes são de diversos tipos, com destaque para os coliformes (Escherichia coli, Aerobacter aerogenes e Aerobacter cloacae), que podem atingir a quantidade de um bilhão por grama de fezes. (FUNASA, 1991) Características da qualidade do esgoto O esgoto apresenta as seguintes características físicas, químicas e biológicas: Características físicas Matéria sólida: Compõem aproximadamente 0,1% dos esgotos domésticos e acarretam os problemas de poluição das águas, trazendo a necessidade do tratamento dos esgotos. (FUNASA,1991) Temperatura: É, em geral, pouco superior à temperatura das águas de abastecimento. A velocidade da decomposição do esgoto é proporcional ao aumento da temperatura. (FUNASA,1991) Odor: Causado pelos gases formados no processo de decomposição do esgoto. O odor do esgoto fresco é razoavelmente suportável, porém do esgoto velho ou séptico torna-se insuportável em virtude da presença de gás sulfídrico. (FUNASA,1991) Cor e turbidez: Indicam o estado de decomposição do esgoto. A tonalidade acinzentada acompanhada de alguma turbidez é típica do esgoto fresco, e a cor preta é típica do esgoto velho. (FUNASA,1991) 26

28 Variação de vazão: depende dos costumes dos habitantes e é calculada em função do consume médio diário de água de um indivíduo. Estima-se que 80% da água consumida é lançada como esgoto na rede coletora. (FUNASA,1991) Características químicas Matéria orgânica: origem de 70% dos sólidos no esgoto, sendo geralmente uma combinação de carbono, hidrogênio e oxigênio, e algumas vezes com nitrogênio. Esta matéria orgânica é constituída por compostos de proteínas (40 a 60%), compostos de carboidratos (25 a 50%), gorduras e óleos (10%), havendo ainda a presença de ureia, sulfactantes, fenóis e outros. (FUNASA, 1991) Para a determinação da matéria orgânica, podem ser adotados métodos diretos, com a medição do carbono orgânico, ou indiretos, com a medição do consumo de oxigênio. Como métodos indiretos, podem-se citar a Demanda Bioquímica de Oxigênio, a Demanda Química de Oxigênio e a Demanda Última de Oxigênio; e como método direto cita-se o Carbono Orgânico Total. (FUNASA,1991) Matéria inorgânica: formada principalmente pela presença de areia e substâncias minerais dissolvidas. (FUNASA, 1991) Nitrogênio total: inclui, nitrogênio orgânico, amônia, nitrito e nitrato. Trata-se de um nutriente indispensável ao desenvolvimento dos microrganismos no tratamento biológico. (FUNASA,1991) ph: Indica as características ácidas ou básicas do esgoto. Os processos de oxidação biológiga tendem a reduzir o ph, deixando o esgoto mais ácido. (FUNASA,1991) 27

29 Características biológicas Microrganismos de águas residuais: Bactérias, fungos, protozoários, vírus e algas. Os mais importantes são as bactérias, responsáveis pela decomposição e estabilização da matéria orgânica tanto na natureza como nas estações de tratamento. (Funasa) Também os fungos são de grande importância na decomposição da matéria orgânica, e podem crescer em condições de baixo ph. (VON SPERLING, 1996) Indicadores de poluição: Costuma-se adotar os organismos do grupo coliforme como indicadores, típicos do intestino do homem e de outros animais de sangue quente (mamíferos). São de simples determinação, razão pela qual são adotadas como referência para indicar e medir a grandeza da poluição. A realização de análises para determinar a presença de patogênicos no esgoto é trabalhosa e cara, razão pela qual, se determina a presença de coliformes e, por segurança, age-se como se os demais patogênicos também estivessem presentes. (FUNASA, 1991) Vazão de infiltração Devido a defeitos em tubos, conexões, juntas e em paredes de poços de visita, podem ocorrer infiltrações no sistema de esgotamento. Diversos fatores interferem na quantidade de água infiltrada, como o tipo de solo, extensão da rede coletora, área servida, profundidade do lençol freático, topografia e densidade populacional. Caso não haja dados locais específicos disponíveis, pode-se expressar a taxa de infiltração 28

30 em termos de vazão por extensão da rede coletora, sendo usualmente utilizados valores médios entre 0,3 e 0,5 l/s.km. (VON SPERLING, 1996) Esgoto Industrial O esgoto proveniente de indústrias e que contribui à estação de tratamento depende do tipo de indústria, seu porte, processos empregados, grau de reciclagem, existência de pré-tratamento, etc. É importante a avaliação adequada das vazões industriais que contribuem à rede pública, visto que os despejos podem exercer grande influência no projeto e na operação da ETE. (VON SPERLING, 1996) 2.5 TRATAMENTO DE ESGOTOS A disposição de esgotos brutos no solo ou em corpos receptores naturais, como lagoas, rios, oceanos, é uma alternativa que foi, e ainda é, empregada de forma muito intensa. Dependendo da carga orgânica lançada, os esgotos provocam a total degradação do ambiente (solo, água e ar) ou, em outros casos, o meio demonstra ter condições de receber e de decompor os contaminantes até alcançar um nível que não cause problemas ou alterações acentuadas que prejudiquem o ecossistema local e circunvizinho. Este fato demonstra que a natureza tem condições de promover o tratamento dos esgotos, desde que não ocorra sobrecarga e que haja boas condições ambientais que permitam a evolução, reprodução e crescimento de organismos que decompõem a matéria orgânica. 29

31 Uma estação de tratamento de esgotos é, em essência, um sistema que explora esses mesmos organismos que proliferam no solo e na água, procurando, no entanto, otimizar os processos e minimizar custos para que se consiga a maior eficiência possível, respeitando-se as restrições que se impõem pela proteção do corpo receptor e pela limitação dos recursos disponíveis. (COSTA, 1999) Em estações de tratamento procura-se, geralmente, reduzir o tempo de detenção hidráulica (tempo médio que o esgoto fica retido no sistema) e aumentar a eficiência das reações bioquímicas, de maneira que se atinja determinado nível de redução de carga orgânica, em tempo e espaço muito inferiores em relação ao que se espera que ocorra no ambiente natural. (COSTA, 1999) Atualmente já se tem uma idéia generalizada de que ambos os processos biológicos, aeróbio e anaeróbio, podem ser aplicados para o tratamento de esgotos sanitários, cada qual apresentando uma série de aspectos positivos e, naturalmente, outra série de aspectos negativos. Assim sendo, em cada caso, devem-se ponderar ambas as possibilidades para que se chegue realmente à solução mais apropriada para uma determinada cidade, levando-se em conta as suas características próprias, para que seja escolhida a solução que corresponda a uma eficiência e a custos compatíveis com as circunstâncias que prevalecem no local. (COSTA, 1999) O tratamento de efluentes, para garantir um grau de depuração compatível com as condições de lançamento estabelecidas pela legislação, pode incluir diferentes níveis e métodos Níveis de tratamento 30

32 classificados em: Conforme Von Sperling (1996), os níveis de tratamento são comumente Preliminar Primário Secundário Terciário O tratamento preliminar se destina à remoção de sólidos grosseiros, detritos minerais, material flutuante, óleos e graxas. O tratamento primário visa à remoção de sólidos sedimentáveis suspensos e de parte da matéria orgânica. Esses dois níveis têm, como forma de remoção de poluentes, mecanismos físicos, enquanto no tratamento secundário, cujo objetivo principal é a remoção de matéria orgânica e de nutrientes, predominam os mecanismos biológicos. O tratamento terciário raramente é utilizado no Brasil, e tem como objetivo a retirada de poluentes específicos, como compostos tóxicos ou não biodegradáveis; ou complementar a retirada de poluentes cuja remoção, no tratamento secundário, tenha sido insuficiente. 31

33 Tabela 1 NÍVEIS DO TRATAMENTO DOS ESGOTOS Nível Preliminar Primário Secundário Terciário Remoção sólidos em suspensão grosseiros (areia e materiais de maiores dimensões) sólidos sedimentáveis suspensos DBO em suspensão (matéria orgânica dos sólidos em suspensão sedimentáveis) DBO em suspensão (matéria orgânica suspensa fina, não removida em tratamento primário) DBO solúvel (matéria orgânica em forma de sólidos dissolvidos) Nutrientes Patogênicos Compostos biodegradáveis Metais pesados Sólidos inorgânicos dissolvidos Sólidos suspensos remanescentes Fonte: Von Sperling, 1996 Na tabela 1 são citados os níveis de tratamento e o tipo de remoção a que se destinam, sendo que a remoção de nutrientes e patogênicos, que na tabela 1 é considerada como parte do tratamento terciário, pode ser considerada, dependendo da concepção de tratamento local, como integrante do tratamento secundário. Ainda de acordo com Von Sperling, o tratamento primário tem eficiência de 60% a 70% na remoção de sólidos sedimentáveis, e de 30% a 40% na remoção de DBO e de coliformes. O tratamento secundário, dependendo do sistema a ser utilizado, alcança uma eficiência entre 60% e 99% na remoção da DBO e de coliformes, e de 10% a 50% na remoção de nutrientes, podendo atingir eficiência ainda superior caso haja alguma etapa de remoção específica para coliformes e nutrientes. 32

34 2.5.2 Métodos de tratamento Os métodos de tratamento podem se dividir em operações e processos unitários, e a integração destes são os componentes dos sistemas de tratamento, podendo ocorrer simultaneamente em uma mesma unidade de tratamento. (VON SPERLING, 1996) As definições das operações e processos podem ser adotadas, conforme Metcalf & Eddy (1991 citado por Von Sperling, 1996), da seguinte forma: Operações físicas unitárias: método de tratamento em que há a predominância de forças físicas, como gradeamento, mistura, floculação, sedimentação, flotação e filtração. Processos químicos unitários: Neste método os contaminantes são remocidos ou convertidos pela adição de produtos químicos ou devido a reações químicas. Processos biológicos unitários: A remoção dos contaminantes ocorre, neste método, pela atividade biológica. Os processos, operações e sistemas de tratamento são definidos em função do poluente que se quer remover. As operações e processos frequentemente utilizados são os relacionados na tabela 2 com os poluentes a serem removidos. 33

35 TABELA 2 OPERAÇÕES, PROCESSOS E SISTEMAS DE TRATAMENTO FREQUENTEMENTE UTILIZADOS PARA REMOÇÃO DE POLUENTES Poluente Sólidos suspensos Matéria orgânica biodegradável Patogênicos Nitrogênio Fósforo Fonte: Von Sperling (1996) Operação, processo ou sistema de tratamento Gradeamento Remoção de areia Sedimentação Disposição no solo Lagoas de estabilização Lodos ativados Filtro Biológico Tratamento anaeróbio Disposição no solo Lagoas de maturação Disposição no solo Desinfecção com produtos químicos Desinfecção com radiação ultravioleta Nitrificação e desnitrificação biológica Disposição no solo Processos físico-químicos Remoção biológica Processos físico-químicos Sistemas de Tratamento Nível secundário Serão descritos a seguir, resumidamente, conforme Von Sperling (1996), os principais sistemas de tratamento em nível secundário utilizados no Brasil, exceto o sistema de filtros biológicos, que, por se tratar do sistema com o qual se relaciona este trabalho, será descrito com maior detalhe, separadamente Lagoas de Estabilização Lagoa Facultativa: A DBO solúvel e finamente particulada é estabilizada aerobiamente por bactérias dispersas em meio líquido, enquanto a DBO suspensa tende a sedimentar, sendo estabilizada anaerobiamente por bactérias 34

36 no fundo da lagoa. O oxigênio requerido pelas bactérias aeróbias é fornecido pelas algas, através da fotossíntese. Lagoa anaeróbia lagoa facultativa: A DBO é estabilizada em torno de 50% na lagoa anaeróbia, que é mais profunda e com menor volume. A DBO remanescente é removida na lagoa facultativa. Este sistema ocupa uma área menor à de uma lagoa facultativa única. Lagoa aerada facultativa: Seu mecanismo de remoção de DBO é similar ao de uma lagoa facultativa, porém, o oxigênio é fornecido por aeradores mecânicos, e não através de fotossíntese. Como a lagoa é facultativa, grande parte dos sólidos do esgoto e da biomassa sedimenta, sendo decomposta anaerobiamente no fundo. Lagoa aerada de mistura completa lagoa de decantação: A energia introduzida por unidade de volume da lagoa é elevada, fazendo com que os sólidos, principalmente a biomassa, permaneçam dispersos no meio líquido, ou em mistura completa. Disso decorre uma maior concentração de bactérias no meio líquido, o que aumenta a eficiência na remoção da DBO, permitindo que o sistema tenha um menor volume em relação ao de uma lagoa aerada facultativa. Os teores de sólido do efluente são, porém, elevados, e estes necessitam ser 35

37 removidos antes do lançamento no corpo receptor. A lagoa de decantação, à jusante do sistema, proporciona as condições para essa remoção Lodos Ativados Convencional: A concentração de biomassa no reator é elevada em virtude da recirculação dos sólidos sedimentados no fundo do decantador secundário. A permanência da biomassa no sistema é maior que a do líquido, garantindo grande eficiência na remoção de DBO. O lodo deve ser removido em quantidade equivalente ao que é produzido, e esse lodo removido necessita uma estabilização na etapa do tratamento de lodo. Aeradores mecânicos ou ar difuso fornecem oxigênio. Os sólidos sedimentáveis devem ser removidos em uma etapa anterior, devendo haver uma unidade de decantação primária para esse fim. Aeração prolongada: Similar ao convencional, porém, os tanques de aeração são maiores, e a biomassa permanece por mais tempo no sistema. Assim, há uma menor DBO disponível lpara as bactérias, fazendo com que estas usem a matéria orgânica do próprio material celular para sua manutenção. Como resultado, o lodo excedente retirado já sai estabilizado. À diferença do convencional, não se costuma incluir unidades de decantação primária. 36

38 Fluxo intermitente: O sistema é operado de forma intermitente. Desta forma, no mesmo tanque, em fases diferentes, ocorrem as etapas de reação, quando os aeradores estão ligados, e de sedimentação, quando os aeradores estão desligados, momento em que se retira o efluente (sobrenadante). Quando os aeradores são religados os sólidos sedimentados voltam à massa líquida, dispensando o uso de elevatórias de recirculação Sistemas anaeróbios Reator anaeróbio de manta de lodo: A estabilização da DBO é feita anaerobiamente por bactérias dispersas no reator. O fluxo do líquido é ascendente. A parte superior do reator é dividida em zonas de sedimentação e de coleta de gás, sendo que aquela permite a saída do efluente clarificado e o retorno dos sólidos ao sistema, aumentando sua concentração no reator. Há formação de gases, incluindo o metano. A quantidade de lodo produzida é baixa, sendo que este já sai estabilizado, e o sistema dispensa decantação primária. Filtro anaeróbio: A DBO é estabilizada anaerobiamente por bactérias aderidas a um meio suporte, normalmente pedras, no reator. O tanque trabalha submerso, e o fluxo é ascendente. É requerida decantação primária, sendo normalmente usadas fossas sépticas. Há baixa produção de lodo, que já sai estabilizado. 37

39 Disposição no solo Infiltração lenta: O esgoto é aplicado no solo, fornecendo água e nutrientes para o crescimento das plantas. Parte do líquido evapora, parte percola no solo, e a maior parte é absorvida pelas plantas. As taxas de aplicação no terreno são baixas, e os métodos empregados são o da aspersão, do alagamento da crista e vala. Infiltração rápida: O esgoto é disposto em bacias rasas. O líquido passa pelo fundo poroso, e percola pelo solo. Há uma menor perda de líquido por evaporação devido às maiores taxas de aplicação, que é intermitente, proporcionando um tempo de descanso para o solo. Os tipos mais comuns são: percolação para a água subterrânea, recuperação por drenagem subsuperficial e recuperação por poços freáticos. Infiltração subsuperficial: O esgoto, após decantação primária, é aplicado abaixo do nível do solo. Os locais de infiltração são preenchidos com um meio poroso, onde ocorre o tratamento. Valas de infiltração e sumidouros são os tipos mais comuns. 38

40 Escoamento superficial: O esgoto é distribuído na parte superior de terrenos com certa declividade, escoando através dos mesmos até serem coletados por valas na parte inferior. A aplicação é feita de forma intermitente. Os tipos mais usados são aspersores de alta pressão, aspersores de baixa pressão e tubulações ou canais de distribuição com aberturas intervaladas. 2.6 FILTROS BIOLÓGICOS Os filtros biológicos são sistemas de tratamento de esgotos que podem encontrar uma grande aplicabilidade no Brasil, dada a sua simplicidade e baixo custo operacional. Entretanto, são poucas as unidades encontradas em território nacional. O primeiro filtro biológico entrou em operação na Inglaterra, no final do século XIV, sendo originado da evolução dos então chamados filtros de contato, que eram tanques preenchidos com pedras e alimentados com esgoto pela superfície até completar o volume do tanque, e após um período de contato entre esgoto e pedras, normalmente de 6 horas, o tanque era drenado e o leito de pedras deixado em repouso por um período, também de 6 horas, antes de o ciclo ser repetido. (CHERNICHARO ET AL, 2001) Um filtro biológico, esquematizado na FIGURA 1, consiste de um tanque preenchido com pedras, madeira ou material plástico, sobre o qual os esgotos são aplicados sob a forma de gotas ou jatos, frequentemente através de distribuidores rotativos movidos pela própria carga hidráulica dos esgotos. O esgoto percola, então, para os drenos localizados no fundo do tanque. Esta percolação permite o crescimento 39

41 bacteriano na superfície da pedra ou do material de enchimento, na forma de uma película fixa, chamada biofilme. Ao passar pelo biofilme, há o contato entre os microrganismos e o material orgânico. Nos espaços vazios entre as pedras há a circulação de ar, fornecendo oxigênio para a respiração dos microrganismos. (CHERNICHARO ET AL, 2001) FIGURA 1 ESQUEMA DE UM FILTRO BIOLÓGICO Fonte: Kawano, 2008 O nome de filtro biológico dado a esse sistema não é, em realidade, adequado à forma de funcionamento do mesmo. A denominação filtro é incorretamente empregada, pois o processo não envolve qualquer fenômeno de peneiramento ou filtração, e sim uma oxidação biológica, mas o termo tal como é usado é consagrado. 40

42 O meio suporte é normalmente composto de pedras, cujo diâmetro permite um grande espaço de vazios, não permitindo peneiramento, e assim sua função é fornecer suporte para a formação da película microbiana. Também são denominados filtros de percolação, ou, no original em inglês, "trickling filter". (VON SPERLING, 1996) Diferentemente dos processos de lagoas de estabilização e de lodos ativados, em que a biomassa cresce dispersa em um tanque ou lagoa, no processo de filtros biológicos a biomassa cresce aderida a um meio suporte. (VON SPERLING, 1996) Na medida em que a biomassa cresce na superfície das pedras, o espaço vazio tende a diminuir, e assim a velocidade de escoamento do líquido nos poros aumenta. Ao atingir certa velocidade, esta causa uma tensão de cisalhamento que desaloja parte do material aderido, o que funciona como uma forma natural de controle da população microbiana no meio. O lodo desalojado deve ser removido nos decantadores secundários para diminuição dos sólidos em suspensão do efluente final Componentes de um filtro biológico De acordo com Kawano e Torres (2008), o reator biológico convencional empregado para filtração biológica é constituído dos seguintes componentes, ilustrados na FIGURA 2: A Tubulação do afluente B Sistema de drenagem C Parede do tanque D Meio suporte 41

43 E Distribuidor rotativo F Braço do distribuidor rotativo FIGURA 2 PARTES COMPONENTES DE UM FILTRO BIOLÓGICO Fonte: Kawano, 2008 Mecanismo de distribuição do esgoto: A distribuição do afluente é realizada por meio de aspersores fixos ou móveis. Os distribuidores fixos são constituídos de sistemas de canalizações com bocais aspersores alimentados intermitentemente por uma câmara de dosagem. Estes dispositivos, similares aos tanques fluxíveis, não garantem uma distribuição uniforme e promovem a presença de regiões do meio suporte sem alimentação de esgotos. Os distribuidores móveis, ilustrados na FIGURA 3, podem ser dotados com movimentos de translação ou de rotação. Os braços distribuidores, conforme se vê na FIGURA 4, são ligados a uma coluna central que gira sobre uma base ligada à tubulação afluente. (KAWANO E TORRES, 2008) 42

44 FIGURA 3 - DISTRIBUIDOR ROTATIVO ETE PEIXINHOS, RECIFE/PE Fonte: Kawano, 2008 Modernamente esta alimentação é contínua, podendo, no entanto, ser efetuada por meio de caixas dosadoras de funcionamento intermitente. Uma série de bocais nos braços efetua a distribuição uniforme do esgoto a tratar. Estes bocais estão localizados sempre de um mesmo lado dos braços, de modo a permitir o movimento dos braços rotativos pelo próprio líquido. (KAWANO E TORRES, 2008) 43

45 FIGURA 4 BRAÇO DISTRIBUIDOR DO AFLUENTE Fonte: Kawano, 2008 Meio suporte: O meio suporte, antigamente denominado meio drenante ou meio filtrante, é constituído de uma massa de sólidos, convenientemente depositada no tanque, com a finalidade de agregar a biomassa, em condições favoráveis ao desenvolvimento das reações bioquímicas que caracterizam o processo, permitindo ampla ventilação. O material a ser utilizado como meio filtrante depende principalmente da disponibilidade local de material adequado e de seu custo de transporte. Tradicionalmente são usados pedregulhos, cascalhos, escórias de fornos de fundição e outros materiais inertes (ABES, 2011). Recentemente o plástico tem sido utilizado como meio filtrante, com bons resultados (figuras 5 e 6). A grande vantagem do meio plástico é possuir um coeficiente de vazios e, portanto, uma superfície específica mais ou menos igual à das pedras. Também se trata de um material muito mais leve, o que facilita o transporte e o arranjo nas unidades filtrantes. Por esta característica de leveza, os plásticos têm sido usados em torres de filtração, que atingem até 12 metros de altura, em geral com recirculação do efluente, com boa eficiência. No 44

46 entanto, aspectos econômicos têm restringido sua maior utilização. (KAWANO E TORRES, 2008) FIGURA 5 MEIO SUPORTE PLÁSTICO Fonte: Kawano, 2008 FIGURA 6 MEIO SUPORTE POLIPROPILENO Fonte: Kawano, 2008 Sistema de drenagem do efluente: A distribuição uniforme na superfície e através do meio filtrante depende principalmente de um eficiente sistema de drenagem, situado no fundo da camada filtrante. O sistema de drenagem consiste de blocos ou calhas pré-moldadas de concreto, barro vidrado, cimento amianto ou plástico, dispostos em toda a extensão do fundo do filtro, com condições de escoamento para receber continuamente o esgoto aplicado na 45

47 unidade e conduzi-lo ao canal efluente no fundo. Os blocos (figura 7) ou telhas drenantes possuem orifícios cuja área total não deverá ser inferior a 20 % da área da superfície horizontal de cada peça (JORDÃO, 1971). FIGURA 7 MODELOS DE BLOCOS DE DRENAGEM Fonte: ABES, 2011 Ventilação: Por se tratar de um sistema aeróbio, a ventilação é importante para manter as condições de aeração necessárias ao processo. A ventilação pode ser natural, em que o ar poderá circular para cima ou para baixo, dependendo da densidade do ar interior, que por sua vez depende da temperatura ambiente (ABES, 2011). A ventilação artificial, forçada, é pouco empregada devido aos custos envolvidos na cobertura do leito filtrante, e dos custos dos próprios sistemas de ventilação, que requerem aproximadamente 0,3 m³ de ar por m³ de meio filtrante (JORDÃO, 1971). 46

48 FIGURA 8 EXEMPLO DE FILTRO BIOLÓGICO DETALHE DA ENTRADA DE AR Fonte: Kawano, Tipos de filtro biológico Geralmente, os filtros biológicos são classificados em função da carga hidráulica ou da carga orgânica a que são submetidos. (VON SPERLING, 1996) A classificação empregada é: Filtros biológicos de baixa carga: Nesse sistema, esquematizado na figura 9, a quantidade de DBO aplicada por unidade de volume é de até 0,4 kgdbo/m³, resultando em uma pequena disponibilidade de alimentos para os microrganismos, havendo então a estabilização parcial do lodo (autoconsumo da matéria orgânica celular), e uma maior eficiência do sistema na remoção da DBO e de nitrificação. A menor carga de DBO aplicada por unidade de volume do tanque está associada a maiores requisitos de área, comparado ao sistema de alta carga. A eficiência desse sistema é comparável à do sistema de lodos 47

49 ativados, com a vantagem de, por sua menor mecanização, ser mais simples de operar, embora menos flexível, e de apresentarem um consumo de energia inferior. Um dos principais problemas desse sistema é a proliferação de moscas. (CHERNICHARO ET AL, 2001; VON SPERLING,1996) FIGURA 9 DESENHO ESQUEMÁTICO DE UM FILTRO BIOLÓGICO DE BAIXA CARGA Fonte: Von Sperling, 1996 Filtros biológicos de carga intermediária: São projetados com taxas de aplicação mais elevadas que as dos filtros de baixa carga, e mais baixas que os de alta carga. Embora a vazão de alimentação contínua seja a mais comumente empregada, também pode ser praticada a alimentação intermitente. Normalmente é prevista a recirculação do efluente tratado no sistema, com o objetivo de controlar a espessura do biofilme e de melhorar a eficiência. O efluente produzido é parcialmente nitrificado, e pode ocorrer proliferação de moscas. (CHERNICHARO ET AL, 2001) 48

50 Filtros biológicos de alta carga: Conceitualmente, os filtros biológicos de alta carga são similares aos de baixa carga (ver FIGURA 10), entretanto, por receberem uma maior carga de DBO por unidade de volume de leito, requerem uma área menor. Ocorre uma ligeira redução na eficiência da remoção de matéria orgânica, e o lodo no filtro não é estabilizado devido à maior disponibilidade de alimentos aos microrganismos. Nesses filtros, ocorre recirculação do efluente, objetivando manter a vazão aproximadamente uniforme durante todo o dia (a menor vazão no período da noite poderia fazer com que os braços distribuidores não rodem, e o leito poderia secar), equilibrar a carga afluente, e possibilitar um novo contato da matéria orgânica efluente a fim de garantir uma maior eficiência. A recirculação nos filtros biológicos é do efluente, diferentemente do sistema de lodos ativados, em que a recirculação é do lodo sedimentado. A remoção da DBO nesse processo é inferior, devido à elevada taxa de aplicação. Não há desenvolvimento de moscas, e a nitrificação é parcial com as taxas de aplicação mais baixas. (CHERNICHARO, 2001; VON SPERLING, 1996) FIGURA 10 - DESENHO ESQUEMÁTICO DE UM FILTRO BIOLÓGICO DE ALTA CARGA Fonte: Von Sperling, 1996 Filtros biológicos de carga super alta: Geralmente preenchidos com meios granulares sintéticos, mais leves e com maior área de superfície específica, e 49

51 possuem profundidades entre 03 e 12 metros, o que é possível devido à baixa densidade do material de enchimento. (CHERNICHARO ET AL, 2001) Filtros biológicos grosseiros: São um tipo de filtro de alta carga usado para prétratamento de esgotos, à montante do tratamento secundário. A alimentação é contínua e o material de enchimento é sintético. Conforme Metcalf & Eddy (1991), seu uso mais comum é para despejos com concentrações de DBO mais altas, superiores a 1,6 kg/m³.d. Uma vantagem desse sistema é a baixa energia requerida para a remoção da DBO de efluentes com altas cargas, em comparação ao sistema de lodos ativados aerados. Devido ao desenvolvimento dos reatores UASB, esse sistema perdeu muito de sua aplicação. (CHERNICHARO ET AL, 2001) Filtros biológicos de dois estágios: Como forma de melhorar a eficiência dos filtros biológicos, ou de se tratar esgotos com maior concentração de matéria orgânica, pode-se utilizar dois filtros em série, com várias configurações possíveis e diferentes formas de recirculação do efluente. Normalmente, há um clarificardor intermediário para a remoção dos sólidos gerados no primeiro filtro. Esse sistema é utilizado, também, em casos em que é requerida a nitrificação: o primeiro estágio do filtro e o clarificador intermediário reduzem a DBO, e a nitrificação ocorre no segundo estágio. (CHERNICHARO, 2001) 50

52 Na tabela 3 são resumidas as principais características dos diferentes tipos de filtros biológicos. TABELA 3 CARACTERÍSTICAS DOS FILTROS BIOLÓGICOS CONFORME O TIPO Condições operacionais Baixa carga Carga intermediária Alta carga Carga super alta Grosseiro Meio suporte Pedra Pedra Pedra Pedra Pedra/plástico Taxa de aplicação 10,0 a 12,0 a 1, 0 a 4,0 3,5 a 10,0 (m/m².dia) 40,0 70,0 45,0 a 185,0 Carga orgânica volumétrica 0,1 a 0,4 0,2 a 0,5 0,5 a 1,0 0,5 a 1,6 Até 8 (kgdbo/m³.dia) Recirculação Mínima Eventual Sempre Sempre Sempre Moscas Muitas Variável Variável Poucas Poucas Arraste de Biofilme Intermitente Variável Contínuo Contínuo Contínuo Profundidade (m) 1,8 a 2,5 1,8 a 2,5 0,9 a 3,0 3,0 a 12,0 0,9 a 6,0 Remoção de DBO (%) 80 a a a a a 65 Nitrificação Intensa Parcial Parcial Limitada Ausente Fonte: Prosab, 2001 As propriedades físicas de alguns materiais empregados como meio suporte em filtros biológicos, e suas aplicações quanto a remoção da DBO, nitrificação, ou a combinação de ambos são listadas na tabela 4. TABELA 4 PROPRIEDADES DOS MEIOS SUPORTE EMPREGADOS EM FILTROS BIOLÓGICOS 51

53 Material Tamanho (cm) Densidade aproximada (kg/m³) Superfície específica aproximada (m²/m³) Esdpaços vazios (%) Aplicação Pedra pequena 2,5 a 7, a N Pedra grande 10 a a C, CN, N Plástico 61 x 61 x convencional a >95 C, CN, N Plástico - grande 61 x 61 x superficie 122 específica 65 a >94 N Plástico - formatos aleatórios - Diversos 30 a C, CN, N convencional Plástico - formatos aleatórios - grande superfície Diversos 50 a N específica Fonte: Metcalf & Eddy 2.7 O MUNICÍPIO DE ITAPERUÇU Localizada a 25 13' 12" S de latitude, e longitude 49 20' 52" O, a cidade de Itaperuçu integra a Região Metropolitana de Curitiba, distando aproximadamente 38 km da capital. (PREFEITURA MUNICIPAL DE ITAPERUÇU, 2011) A população do município, conforme censo realizado em 2010, é de habitantes e sua área total é de 312, 38 km². (IBGE, 2011) FIGURA 11 LOCALIZAÇÃO DO MUNICÍPIO DE ITAPERUÇU/PR 52

54 Fonte: Prefeitura Municipal de Itaperuçu, 2011 De acordo com dados extraídos do DataSUS (2011) a taxa de crescimento anual estimada para o município de Itaperuçu é menor, sendo de 1,2%. Da população do município, conforme dados da Prefeitura Municipal de Itaperuçu, referentes ao ano de 2001, 84% residia em área urbana, proporção que se manteve de acordo com o censo realizado pelo IBGE em Segundo informado pela Prefeitura Municipal de Itaperuçu (2011), no que se refere ao tipo de instalações sanitárias, apenas 3,73% do esgoto são lançados na rede geral de esgoto ou pluvial. No entanto, em planilha obtida junto ao SNIS, que trata dos indicadores municipais relativos aos serviços de saneamento básico, não há informação de rede coletora de esgoto para o município, e consequentemente, não há tratamento do esgoto gerado. Tal ausência de rede coletora de esgoto leva ao entendimento de que os 3,73% informados pela Prefeitura Municipal de Itaperuçu como coletados são lançados na rede pluvial, com o consequente lançamento desse esgoto diretamente no corpo receptor. Ainda conforme dados da Prefeitura Municipal de Itaperuçu, 78,86% das instalações sanitárias do município são fossas sépticas ou rudimentares, e 13,95% da 53

55 população não possui nenhum tipo de instalação sanitária. Os 3,46% restantes são lançados em outros tipos de escoadouros. De acordo com dados divulgados pelo IPARDES em maio em 2011, o total de unidades industriais atendidas pela Sanepar, no ano de 2010, foi de 32 unidades. A quantidade de estabelecimentos industriais e de empregos gerados por essas indústrias também são informadas pelo IPARDES, conforme mostrado na tabela 5: TABELA 5 ESTABELECIMENTOS E GERAÇÃO DE EMPREGOS EM ITAPERUÇU, POR TIPO DE INDUSTRIA Atividade Estabelecimentos Empregos Indústria de produtos minerais não metálicos Indústria metalúrgica 7 33 Indústria mecânica 3 12 Indústria de materiais elétricos e de comunicação 1 8 Indústria da madeira e do mobiliário Indústria do papel, papelão, editorial e gráfica 2 5 Indústria química,farmac.,veterin.,perf.,sabões,velas e mat.plást. 1 1 Indústria têxtil, do vestuário e artefatos de tecidos 1 3 Indústria de produtos alimentícios, de bebida e álcool etílico 5 17 Fonte: IPARDES, 2011, modificada. No entanto, tendo em vista a ausência de dados específicos referentes à geração de efluentes dessas indústrias, bem como dados relativos às quantidades produzidas pelas mesmas, o que possibilitaria estimar sua faixa de vazão, o presente trabalho se aterá apenas à vazão doméstica estimada do município. Também conforme dados verificados em planilha divulgada pelo SNIS, o município de Itaperuçu não conta, atualmente, com rede coletora de esgoto e, por consequência, não existe tratamento para os efluentes gerados na cidade. 54

56 O IDH do município, conforme o PNUD/Atlas de Desenvolvimento Humano do ano de 2000, o índice de desenvolvimento humano IDH - do município é 0,675. O IDH referente à educação é de 0,753, o referente à renda é de 0,590, e o que se refere à longevidade é 0,683. (PREFEITURA MUNICIPAL DE ITAPERUÇU, 2011) Da população com idade entre 7 e 14 anos, 99,99% frequentam a escola fundamental. Este índice cai para 45,96% quando se verifica a população entre 15 e 17 anos que frequenta a escola de nível médio; e apenas 0,51% da população com idade entre 18 e 22 anos frequenta cursos superiores. (PREFEITURA MUNICIPAL DE ITAPERUÇU, 2011) A renda per capita do município é de R$ 133,47, bastante abaixo da renda nacional, de R$ 297,23/habitante, e do Estado do Paraná, cuja renda per capita é de R$ 321,39. Essas rendas são referentes ao ano de 2000, e informadas pela Prefeitura Municipal de Itaperuçu (2011). O crescimento bruto da renda per capita do município no período compreendido entre os anos de 1991 e 2000 (32,27%), porém, foi superior ao da renda brasileira, cujo crescimento no mesmo período foi de 29,06%. 55

57 3 MATERIAIS E MÉTODOS Com base na população informada pelo IBGE para o município, referente ao censo de 2010, pode-se, utilizando-se o método da projeção geométrica (VON SPERLING, 1996), estimar a população do município para o ano de 2031, tempo de alcance da ETE de que se trata o presente trabalho, conforme abaixo: (3.1) Onde: Pt = População final P0 = População inicial Ks = coeficiente de crescimento populacional t = tempo final (ano) t0 = tempo inicial (ano) Assim, a população estimada para o município de Itaperuçu, no ano de 2031, é de habitantes. Encontra-se em fase de construção, pela Sanepar, a ETE Buquerinho, que, segundo divulgado pela empresa, terá capacidade para tratamento do esgoto gerado por habitantes.. 56

58 Diante disso, a estação de tratamento de esgoto dimensionada neste trabalho visará ao atendimento de uma população de habitantes do município de Itaperuçu, referente à população estimada do município para o ano de 2031 ( habitantes), deduzindo-se a capacidade de tratamento da ETE Buquerinho ( habitantes). Conforme a Portaria Surehma nº 013/91, o rio Ribeira, assim como todos os demais cursos d agua da bacia do rio Ribeira, de domínio do Estado do Paraná, está enquadrado como Classe 2, exceção feita aos cursos d água utilizados para abastecimento público e seus afluentes, desde suas nascentes até a seção de captação para abastecimento público, quando a área desta bacia de captação for menor ou igual a 50 (cinquenta) quilômetros quadrados, como o Rio Sete Barras, Rio Turvo e seus afluentes, Rio São João, Córrego dos Veados, Córrego Poço Grande, Rio João Surrá e seus afluentes, enquadrados como Classe 1. FIGURA 12 BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO RIBEIRA Fonte: Mauri Castro,