Estudo de Viabilidade Técnica, Econômica e Social de uma Estação Compacta de Tratamento de Efluentes de Baixo Custo para Pequenas Comunidades 1

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1 Estudo de Viabilidade Técnica, Econômica e Social de uma Estação Compacta de Tratamento de Efluentes de Baixo Custo para Pequenas Comunidades 1 Vicente de Paulo Santos de Oliveira - Pesquisador UPEA/IFF vsantos@iff.edu.br Sergio Luiz Gonçalves Batista - Pesquisador UPEA/IFF - sbatista@iff.edu.br Alessandro M. Oliveira - Pesquisador Corbion Purac - alessandro.oliveira@corbion.com Tâmmela Cristina G. Nunes - bolsista UPEA/IFF - tammelacristina@hotmail.com Karoline dos Santos - bolsista UCAM-Campos - karolinesantos07@gmail.com Resumo Este projeto de pesquisa visa apresentar uma alternativa de saneamento para pequenas comunidades como solução para tratamento dos esgotos sanitários domésticos. Com este objetivo está sendo pesquisadas diferentes alternativas de tratamento de esgoto domiciliar para definir as vantagens e os inconvenientes desses sistemas, de maneira a fornecer subsídio para a escolha de tratamento sanitário destinado a pequena comunidades. Será realizada a caracterização do efluente a ser tratado quanto às características físicas, químicas e biológicas a partir de análises laboratoriais. Também serão pesquisadas alternativas de materiais e de processos construtivos para definição do projeto básico da ETE compacta, de baixo custo e fácil operação que possa ser implantada em pequenas comunidades ou empreendimentos. O modelo será dimensionado para as vazões existentes na UPEA (Unidade de Pesquisa e Extensão Agroambiental), campus Rio Paraíba do Sul do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Fluminense. Após a elaboração do projeto básico, este será encaminhado, para fins de licitação, de acordo com a legislação (Lei nº 8.666/1993), com recursos do Instituto Federal Fluminense. Será realizado monitoramento dos efluentes antes e após o tratamento na ETE para avaliação de sua eficiência e posteriormente elaborado um projeto de automação. Palavras-chave: saneamento ambiental. Tratamento de esgoto. Tecnologia para Sustentabilidade. Introdução Em virtude do crescimento urbano intensificado na região norte fluminense e diante do quadro de transformação da paisagem natural, revela-se a necessidade de pesquisas com relação aos tipos de sistemas de esgotamento sanitário que podem 1 Projeto apresentado com o auxílio do CNPq 1

2 ser empregados em áreas já consolidadas e em áreas de expansão, visando à qualidade de vida da população e a preservação do meio ambiente. Tais estudos permitirão a tomada de decisões mais apropriadas e fornecerão subsídios que auxiliem no planejamento urbano organizado. O desenvolvimento do projeto de E.T.E. (Estação de Tratamento de Esgoto) compacta e de baixo custo visa ser um projeto modelo, que poderá ser implantado em pequenas comunidades ou em regiões afastadas dos grandes centros urbanos, onde geralmente os esgotos sanitários são descartados sem nenhum tratamento e através de sistemas não adequados à região, causando a degradação do solo e contaminação das águas superficiais e subterrâneas. Desenvolvimento das cidades e saneamento Por conta do intenso processo de urbanização, principalmente a partir da década de 60, os serviços públicos locais não tem conseguido atender a demanda e evitar a ocupação desordenada e predatória do solo (WEBER, 2001). O Saneamento, assim como diversos setores, necessita planejar suas ações e gerenciar bem seus serviços. Planos relativos a essa área podem funcionar como limitadores do crescimento no ambiente urbano, assim como fonte de salubridade nas condições de vida de uma população (MANÇANO, 2008). Quando um corpo d água recebe constantemente esgotos sanitários não tratados ocorrem diversas consequências negativas. Willian Weber descreve de forma satisfatória os problemas que esses lançamentos inadequados podem causar aos cursos d água: Muitos problemas ocorrem quando um corpo d água recebe sistematicamente esgotos sanitários não tratados. Fora da poluição orgânica ocorre a eutrofização pela entrada de nutrientes (nitrogênio e fósforo), provocando o crescimento descontrolado de organismos aquáticos. Nesse processo de crescimento acentuado, diferentes tipos de algas se desenvolvem, sendo que algumas liberam substâncias altamente tóxicas à vida aquática e à saúde humana. (WEBER, 2001, p.124) Percebe-se, dessa forma, que as ações humanas não organizadas e mal planejadas causam danos tanto ao meio ambiente quanto ao próprio ser humano. A implementação de projetos urbanos que não levam em consideração as questões 2

3 ambientais, nem investem em infraestrutura e saneamento, fortalecem a problemática urbana. Comunidades que se instalam em áreas não apropriadas e sem sistemas de água, esgoto e drenagem, ficam sujeitas, por exemplo, a enchentes, deslizamentos e consumo de água contaminada. A qualidade da água distribuída para a população pode ser prejudicada com a construção de edificações em áreas de mananciais. A construção de sistemas de tratamento de esgoto e o gerenciamento dos resíduos sólidos deve acompanhar o crescimento urbano. As novas políticas urbanas têm buscado isso e, dessa forma, a construção de novos empreendimentos em muitas cidades só é aprovada mediante apresentação de soluções viáveis de saneamento. Porém, as ocupações irregulares e as áreas já consolidadas continuam a ser um problema no que diz respeito ao esgotamento sanitário e ao tratamento dos resíduos (MANÇANO, 2008; WEBER, 2001). Tipos de sistemas de esgotamento sanitário Segundo von Sperling (2005) existem basicamente duas variantes dos sistemas de esgotamento sanitário: o Sistema Individual, também chamado de Estático, e o Sistema Coletivo, também chamado de Dinâmico. A Figura 01 ilustra esses dois sistemas. Figura 01: Sistemas de esgotamento estáticos e dinâmicos Fonte: von Sperling,

4 O Sistema Estático é aquele que propõe uma solução no local, sendo usualmente utilizado para atendimento unifamiliar ou para poucas edificações que estejam próximas entre si. Geralmente esse sistema envolve infiltração no solo, como nas fossas sépticas. É um sistema que pode funcionar de maneira satisfatória em locais com densidade de ocupação baixa e com boas condições de infiltração no solo. Para se evitar o risco de contaminação é necessário que a água subterrânea se encontre em uma profundidade adequada. Por esse motivo, muitas vezes as soluções individuais geram contaminação das águas subterrâneas e das superficiais, quando ocorre extravasamento (VON SPERLING, 2005). Os sistemas dinâmicos são soluções que recebem o lançamento do esgoto e a transportam, através de canalizações, até um destino final onde será tratado e posteriormente lançado em algum corpo d água, por exemplo. Este sistema é adequado para locais de densidade populacional elevada. Existem duas subdivisões do sistema coletivo: sistema unitário, também chamado de combinado, e sistema separador. No sistema combinado, o esgoto sanitário é conduzido junto com as vazões de águas pluviais, em uma mesma canalização. Já no sistema separador, o esgoto e as águas de chuva são conduzidos em canalizações separadas (VON SPERLING, 2005). Saneamento Básico no Norte Fluminense A região Norte do Estado do Rio de Janeiro apresenta, de uma maneira geral, boa estrutura de saneamento nas áreas urbanas, entretanto nas áreas periférica e rural há deficiência ou inexistência desses serviços. Foram desenvolvidos trabalhos de pesquisa associados ao Programa de Pósgraduação em Engenharia Ambiental (Mestrado em Engenharia Ambiental, modalidade profissional) do Instituto Federal Fluminense que visaram diagnosticar a qualidade de água consumida pelas comunidades rurais dos municípios de Campos dos Goytacazes, São João da Barra (5º e 6º distritos) e São Francisco do Itabapoana. Oliveira (2011) realizou pesquisa nos distritos 5º e 6º do município de São João da Barra situados em área rural. Esta região tem expectativa de adensamento urbano, causada pela instalação do Porto do Açu, pertencente ao grupo LLX. 4

5 Segundo o relatório de impacto ambiental do Distrito Industrial a ser instalado na região, o município passará dos para 400 mil habitantes em Os objetivos deste trabalho foram determinar contaminação microbiológica nas cisternas das escolas públicas e em locais estratégicos das comunidades destes distritos, relacionando-a a análise da qualidade físico-química da água armazenadas, à luz da Portaria 518 (substituída atualmente Portaria 2914/2011) e da OMS. As coletas foram realizadas em cisternas de 18 escolas públicas (e 1 anexo) e de cisternas de 18 comunidades. Para caracterização da qualidade da água consumida foram estimados valores dos seguintes parâmetros: ph; turbidez; cloro total; cloro livre, flúor, ferro, manganês; coliformes totais e coliformes termo tolerantes. Os resultados indicaram que a maioria das unidades escolares apresentou parâmetros analisados em desacordo com a legislação e contaminação por coliformes total e termotolerantes. Pezzarino (2010) avaliou na área rural de Campos dos Goytacazes os mesmos parâmetros pesquisados por Oliveira (2011) e constatou contaminação microbiológica da água por coliformes totais e coliformes termotolerantes em todas as localidades estudadas, sendo que a origem provável destes últimos está relacionada principalmente à proximidade das fossas em relação aos poços. Foi verificada também a ocorrência de doenças de veiculação hídrica que podem estar relacionadas à qualidade da água. Silva (2013) amostrou 21 localidades do Município de São Francisco de Itabapoana e em cada localidade foi gerado esforço para visitação de 5 a 10 casas, chegando a um total de 157 domicílios. Em todos os domicílios foram aplicados um questionário socioambiental e coletadas amostras de água dos poços ou caçimbas. Após as coletas as amostras seguiram para o LabFoz - Laboratório de qualidade das águas da Foz do Rio Paraíba do Sul pertencente a Unidade de Pesquisa e Extensão Agro-Ambiental (UPEA) do IFF, onde foram feitas análises de determinação de Potencial Hidrogeniônico ph; determinação de turbidez, cloro total, coliformes totais e termotolerantes. Os ensaios foram realizados de acordo com normas padrões de procedimento descritas no livro Standard Methods for the Examination of Water & Wastewater (EATON et al.., 2005). Os resultados indicaram que a água subterrânea apresentou parâmetros fora do padrão de potabilidade em todas as localidades, em função da falta de manutenção dos poços e das irregularidades na 5

6 construção, como perfuração feita próxima a fossa, entre outras. Os parâmetros microbiológicos analisados demostraram que 128 domicílios continham poços contaminados com coliformes totais, e dentre as áreas mais contaminadas, deve-se ressaltar a localidade de Guaxindiba, por ser uma área mais povoada do município, e pelo fato das fossas serem rudimentares, representa uma tendência à contaminação por coliformes totais (Figura 2). Para o parâmetro Coliformes Termotolerantes, cerca de 64,63% das amostras apresentavam contaminação, indicando a infecção por material fecal e precárias condições higiênico-sanitárias, não sendo aceitável para o consumo humano. Figura 2 - Mapa obtido a partir das análises relativas para o parâmetro Coliformes Totais no município de São Francisco do Itabapoana. Medidas sanitárias estão relacionadas à água utilizada para consumo humano, ao controle de vetores de doenças de veiculação hídrica, à higiene doméstica e aos excretos tanto animais quanto humanos; estes últimos são os principais responsáveis por doenças (tais como diarréias, esquistossomose, cólera, febre tifóide) e mortes geralmente de crianças. Medidas de saneamento envolvem comportamento e ações que juntos formam higiene ambiental, evitando degradação 6

7 do ambiente, com medidas de controle dos fatores do meio físico, e com a abordagem preventiva de saúde (WHO, 2010; HELLER,1998). Em 2008, um trabalho realizado por Cordeiro (2008) em duas comunidades de Campos dos Goytacazes Campo Novo e Venda Nova, onde se avaliaram dados da qualidade da água dos poços utilizados pelos moradores locais, foi constatada a contaminação do lençol freático por coliformes termotolerantes, visto que na maioria das casas não utilizavam fossas sépticas. A maioria da população que utiliza água de poço não se preocupava com a sua qualidade e a sua perfuração era realizada sem o conhecimento dos lugares adequados e em consequência do consumo de água contaminada, a população sofre com doenças de veiculação hídrica, em sua maioria, a diarréia. A falta de esgotamento sanitário é um dos motivos da contaminação do lençol freático, visto que na maioria das casas são utilizadas fossas sépticas. A maioria da população que utiliza água de poço não se preocupa com a sua qualidade e a sua perfuração é realizada sem o conhecimento dos lugares mais ou menos adequados. Diante desse cenário, foram propostas alternativas de tratamento de água pelo desenvolvimento de uma ETA, preconizando baixo custo e viabilizando a distribuição de água de qualidade para essas comunidades rurais. O projeto tem por objetivo geral elaborar o projeto de uma E.T.E. (Estação de Tratamento de Esgoto) compacta a ser implantada na UPEA / campus Rio Paraíba do Sul do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Fluminense. A proposta visa desenvolver um projeto modelo que poderá ser implantado em pequenas comunidades como solução para tratamento dos esgotos sanitários domésticos. 2. Método O projeto proposto em princípio não apresenta produto, protótipo ou processo inovador em sua essência. O maior diferencial do projeto é possibilidade do desenvolvimento de um protótipo, neste caso uma Estação de Tratamento de Esgoto, compacta e a baixo custo. Para atingir esses objetivos, serão realizadas pesquisas dos diferentes processos e métodos de tratamento de efluentes para escolha daquele(s) que se apresentarem com maior potencial de sustentabilidade 7

8 (ambiental, econômica e social). O maior potencial de inovação do projeto está na possibilidade de automação do sistema. Neste caso será desenvolvido projeto utilizando tecnologia disponível para substituir o controlador lógico programável (CLP), normalmente usado em projetos de automação, pelo microcontrolador Arduíno Mega. O Arduíno é uma plataforma de prototipagem eletrônica baseada em uma placa com entradas e saídas tanto digitais como analógicas. O ambiente de programação utiliza uma linguagem própria baseada em C/C++, o ambiente de desenvolvimento é Open source. Para a aplicação no projeto, o Arduíno Mega será usado como placa de aquisição de dados, esses dados serão processados e tratados no software MATLAB, no ambiente SIMULINK, que utiliza linguagem de programação por diagramas de bloco. Através de funções que possibilitam a comunicação, o MATLAB consegue ler o valores medidos pelos sensores físicos (ph, OD e outros) e escrever os referidos valores no software InTouch, onde a IHM (Interface Homem Máquina) foi implementada. Serão também realizados estudos de especificação dos equipamentos a serem utilizados na ETE, bem como serão levantados os valores de mercado dos equipamentos necessários para montagem do protótipo. A proposta, se implantada nas comunidades periféricas e rurais, apresenta grande potencial no que diz respeito a sua sustentabilidade (ambiental, econômica e social) e acessibilidade. Do ponto de vista ambiental, o desenvolvimento do projeto possibilitará a melhoria da qualidade de água superficial e subterrânea da região, reduzindo significativamente a pressão de contaminação dos recursos hídricos na região. Do ponto de vista social, permitirá a instalação de unidades coletivas de tratamento de esgoto (ETE) compactas de baixo custo em comunidades periféricas e rurais, promovendo melhoria de qualidade de vida e redução de ocorrências de doenças de veiculação hídrica. Do ponto de vista econômico, a proposta propõe o aproveitamento de materiais disponíveis na região para baratear o processo construtivo, buscando tornar viável economicamente a comunidades e a um baixo custo. Acessibilidade também ocorrerá com a construção do protótipo no campus Rio Paraíba do Sul Unidade de Pesquisa e Extensão Agroambiental (UPEA) do Instituto Federal Fluminense, onde no projeto está previsto a realização de eventos para apresentação da ETE compacta e baixo custo para prefeituras, cooperativas, associações e entidades afins da região. 8

9 3. Análises e resultados Espera-se desenvolver um projeto de Estação de Tratamento de Esgoto Compacta, adequado às características da região e que possa se implantado não apenas no campus Rio Paraíba do Sul, do Instituto Federal Fluminense, mas também em outras comunidades locais. Este projeto deverá trazer melhorias ambientais, utilizando formas de tratamento de esgoto que minimizem os impactos gerados pelos resíduos oriundos da ocupação humana no meio ambiente. Pode servir de modelo para empresas de saneamento e prefeituras da região, além de melhorar a qualidade de vida a comunidades, através do saneamento básico. O projeto será realizado com o apoio do Instituto Federal Fluminense. Inaugurada em 22 de outubro de 2007, a Unidade de Pesquisa e Extensão Agroambiental (UPEA) do IF Fluminense foi criada com o objetivo de possibilitar o desenvolvimento de atividades de pesquisa e extensão associadas ao Sistema do IF Fluminense, especialmente ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental. A UPEA/IF Fluminense está implantada em área de mais de 7000 m² adquirida em 30 de maio de Situada à margem direita do Rio Paraíba do Sul, a UPEA se encontra instalada no município de Campos dos Goytacazes-RJ, localizada a partir das coordenadas geográficas de latitude de 21º Sul e longitude de 41º Oeste, na BR 356, Km 158, norte estado do Rio de Janeiro, em bioma de Mata Atlântica. Com a nova gestão iniciada em 2012, a unidade adquiriu autonomia administrativa para conduzir suas ações dentro do perfil no qual foi criada e passou a se denominar Campus Rio Paraíba do Sul - UPEA. Desde sua criação, a UPEA vem realizando atividades de pesquisa e extensão no atendimento de demandas regionais, com destaque as ações voltadas aos segmentos sociais vinculados à agricultura familiar, especialmente as comunidades pesqueiras da região. No âmbito da pesquisa foram desenvolvidos projetos vinculados ao Mestrado em Engenharia Ambiental do IFF e ao programa de bolsas PIBIC e PIBITI do IFF e CNPq. Destacam-se as pesquisas relacionadas a água consumida pelas comunidades rurais no Norte Fluminense (Campos dos Goytacazes, São João da Barra e São Francisco do Itabapoana) e a qualidade de água em ecossistemas da região (rio Paraíba do Sul, lagoas de Grussaí, Iquipari, Salgado, Açu, Campelo). 9

10 4. Conclusão Propõe-se ajudar a resolver um sério problema ambiental e principalmente de saúde pública que atinge comunidades das periferias e da área rural de todo o Brasil: a destinação e tratamento dos efluentes domésticos. Neste projeto a solução a ser desenvolvida será direcionada para região Norte do Estado do Rio de Janeiro (Norte Fluminense) onde, segundo Cordeiro (2010), Pezzarino (2011), Oliveira (2012), Silva (2013) a água consumida em comunidades rurais apresenta contaminação microbiológica e padrões de potabilidade, em sua maioria, fora da normas da Portaria 2914/2011 do Ministério da Saúde. Diante do quadro descrito anteriormente, propõe-se pesquisar, desenvolver e construir uma Estação de Tratamento de Esgoto eficiente, a baixo custo e compacta a fim de possibilitar maior capacidade de investimento público e privado para sanear as comunidades periféricas e rurais que não dispõe deste serviço. Pretende-se também desenvolver projeto de automação, o que agregará valor a proposta. A solução proposta poderá gerar uma série de benefícios para comunidade e para o ambiente como um todo: melhoria da qualidade de água consumida por essas comunidades; redução da ocorrência de doenças de veiculação hídrica e por consequência melhoria da qualidade de vida dessas comunidades; redução de investimentos públicos em serviços de saúde; melhoria da qualidade de água dos mananciais da região, entre outros. A proposta apresentada é de interesse não só dos governos municipais, mas também de empresas públicas e privadas que atuam na área de saneamento na região. Neste projeto a parceria ocorre com a empresa BERNARDI ENGENHARIA E SERVIÇOS LTDA, situada a rua Barão de Miracema, 305, sala 102 e 103, centro, Campos dos Goytacazes/RJ, CNPJ: / Este projeto foi submetido e aprovado no edital Chamada MEC/SETEC/CNPq N º 94/2013. Após o desenvolvimento da ETE haverá possibilidade de disseminação da metodologia adotada, possibilitando inclusive a realização de consultoria a clientes replicar o protótipo em outras comunidades. É importante destacar que a realidade brasileira é traduzida em um déficit de rede coletora de esgotos de 40,9% (PNAD, 2009) revela o atraso da agenda nacional em saneamento. O Brasil está em 70ª posição com relação ao Índice de Desenvolvimento Humano (IDH) mesmo 10

11 possuindo atualmente o 10º maior Produto Interno Bruto do mundo. Em um terceiro ranking, o de pessoas sem acesso a banheiro, divulgado pela UNICEF e OMS, o país, que sediará a Copa do Mundo de 2014 e as Olimpíadas de 2016, aparece em 9º lugar, com uma fatia de 13 milhões de brasileiros que se quer tem banheiro em casa. O Instituto Trata Brasil divulgou um estudo em maio de 2013 sobre a prestação de serviços de água e esgoto nas 81 maiores cidades brasileiras, com mais de 300 mil habitantes, releva que todos os dias são despejados no ambiente 5,9 bilhões de litros de esgoto sem tratamento algum, gerados nessas cidades, contaminando solos, rios, mananciais e praias, com impactos diretos na saúde da população. Se traduzirmos em números, as 81 cidades representam 72 milhões de habitantes, que consomem, em média, 129 litros de água por dia, sendo que 80% da água consumida se transforma em esgoto, e apenas 36% desse esgoto recebe tratamento adequado. O modelo de ETE compacto, eficiente e de baixo custo a ser desenvolvido visa o aproveitamento não só de materiais construtivos de baixo custo disponíveis na região, como também um estudo aprofundado das metodologias e processos disponíveis para uma avaliação de qual(is) os mais eficientes a serem utilizados, sem perder de vista a relação custo-benefício. Além da construção do protótipo no campus Rio Paraíba do Sul UPEA/IFF que servirá de projeto piloto demonstrativo para a comunidade, será também elaborado um projeto de automação do sistema, o que pode ser objeto de inovação tecnológica. A equipe que conduzirá este projeto PD&I é formada por profissionais e pesquisadores com experiência acadêmica e profissional. Ainda é prematuro para fazer uma estimativa do retorno econômico a ser proporcionado pela proposta, mas importante destacar que o maior retorno a ser alcançado será do ponto vista social e ambiental, melhorando a qualidade de vida das populações da periferia e da área rural. 5. Referências BOTELHO, M. H. C. Águas de chuva: engenharia das águas pluviais nas cidades. 2. ed. São Paulo: Edgard Blucher, p. 11

12 CARVALHO, C. S.; MACEDO, E. S.; OGURA, A. T. (Org.). Mapeamento de riscos em encostas e margem de rios. Brasília: Ministério das Cidades; Instituto de Pesquisas Tecnológicas IPT, p. CORDEIRO, W.S. Alternativas de tratamento de água para comunidades rurais Dissertação (Mestrado em Engenharia Ambiental)- CEFET. 95p. CUNHA, S. B.; GUERRA, A. J. T. (Org.). Geomorfologia e meio ambiente. Rio de Janeiro: Bertrand Brasil, MANÇANO, M. R. Planejamento Urbano e Saneamento: contribuições para a elaboração de planos municipais f. Dissertação Escola Nacional de Saúde Pública Sérgio Arouca, Rio de Janeiro, 2008 OLIVEIRA, K. C. Contaminação da Água Consumida pelas Comunidades Rurais de São João da Barra RJ (BRASIL) (Dissertação) Mestrado em Engenharia Ambiental Instituto Federal Fluminense. PEZZARINO, R, da S. Avaliação da Qualidade da Água Utilidade nos Distritos de Campos dos Goytacazes, RJ (Dissertação) Mestrado em Engenharia Ambiental Instituto Federal Fluminense. SILVA, R. A. Mapeamento da Qualidade da Água Subterrânea em São Francisco de Itabapoana - RJ (Dissertação) Mestrado em Engenharia Ambiental Instituto Federal Fluminense. TSUTIYA, M. T.; SOBRINHO, P. A. Coleta e transporte de esgoto sanitário. 1. ed. São Paulo: Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, p. VON SPERLING, M. Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de esgotos. 3. ed. Belo Horizonte: Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental; Universidade Federal de Minas Gerais, p. WEBER, W. (Coord.). Ambiente das Águas no Estado do Rio de Janeiro. Rio de Janeiro: SEMADS, p. WHO, World Health Organization. Disponível em Acessado em 09 de Setembro de