TÍTULO: VIABILIDADE TÉCNICA E ECONÔMICA PARA A IMPLANTAÇÃO DE SISTEMA DE REUSO DE ÁGUAS CINZAS COM TRATAMENTO DE WETLANDS

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1 TÍTULO: VIABILIDADE TÉCNICA E ECONÔMICA PARA A IMPLANTAÇÃO DE SISTEMA DE REUSO DE ÁGUAS CINZAS COM TRATAMENTO DE WETLANDS CATEGORIA: CONCLUÍDO ÁREA: ENGENHARIAS E ARQUITETURA SUBÁREA: ENGENHARIAS INSTITUIÇÃO: CENTRO UNIVERSITÁRIO DE ITAJUBÁ AUTOR(ES): RAYNE GOULART BRAGA ORIENTADOR(ES): LEOPOLDO UBERTO RIBEIRO JUNIOR

2 14 1. RESUMO Estudou-se a reutilização das águas cinzas provenientes do lavatório, chuveiro e máquina de lavar roupas para uso não potável nos vasos sanitários e lavagem de pisos. Objetivou-se analisar a viabilidade técnica e econômica para a implantação de um sistema de reuso com tratamento de wetlands que vise atender famílias de baixa renda. Para tal fez-se o levantamento do consumo em uma residência unifamiliar padrão e estimou-se o consumo para cada aparelho sanitário analisado. Visando atender as legislações vigentes sobre a qualidade da água, aplicou-se o tratamento de wetlands, objetivando-se obter uma solução que atenda os fatores técnicos, econômicos e ambientais. Realizou-se a análise econômica, levantando os custos com a implantação do sistema de reuso e determinando o período de retorno do investimento. O sistema de Wetland apresentou resultado satisfatório, quando analisados as características obtidas, havendo uma redução significativa dos parâmetros analisados. O sistema é viável economicamente apresentando um período de retorno do investimento acessível. Analisando-se o lado ambiental, conclui-se que a prática do reuso de água traz grandes benefícios, uma vez que reduz a demanda de água superficial e subterrânea, protege os recursos hídricos e diminui o lançamento de esgotos sobre os mananciais. Palavras-chave: Redução do consumo. Métodos alternativos. Tratamento baixo custo. 2. INTRODUÇÃO A água é um recuso natural, vital e essencial à vida. Porém o volume disponível de água potável se torna cada vez mais escasso devido ao aumento populacional e as mudanças climáticas, que vem contribuindo para o aumento na demanda pelos recursos hídricos (BRAGA, 2016). Sendo assim se torna necessário a criação de meios capazes de atenuar o uso demasiado e descontrolado dos recursos hídricos, evitando ou minimizando sua poluição e desperdício. Visando viabilizar o reuso das águas cinzas para uma residência unifamiliar de baixa renda, fez-se o reuso das águas captadas no ponto de consumo e aplicou-se nas descargas sanitárias dos banheiros.

3 15 De acordo com Hespanhol (2002), a água proveniente de pias, lavatórios e chuveiros, podem ser utilizadas para a descarga de bacias sanitárias e lavagem de pisos. Já a água originaria de efluentes com resíduos de bacias sanitárias (águas negras) só pode ser utilizada novamente para os mesmos fins após tratamento. Para a implantação do sistema de reuso foi necessário analisar a qualidade do efluente e os aspectos técnicos associados ao sistema, verificando os parâmetros e a viabilidade do projeto. A fim de atingir os parâmetros estabelecidos pela SINDUSCON (2005) e NBR (ABNT, 1997), aplicou-se tratamentos de baixo custo para viabilizar o reuso. Analisou-se a aplicação de wetlands como tratamento, compostos por plantas aquáticas da região. Os sistemas Wetlands ou áreas alagadas são complexos e exercem um papel vital para o meio ambiente, a fim de garantir boa qualidade de vida. Os Wetlands visam a melhoria da qualidade da água utilizando predominantemente a energia solar (MONTEIRO, 2009). Os Wetlands construídos vêm crescendo a cada dia e apresentam uma grande vantagem aos naturais por poderem ser controlados (DUARTE, 2002). Eles apresentam diversas configurações relacionadas ao fluxo da água, direção, regime de aplicação do efluente e o tipo de macrófita utilizada. Este sistema de tratamento utiliza plantas aquáticas em substrato (areia, solo ou cascalho) onde pode ocorrer a formação de biofilmes, que agregam uma população variada de microorganismos (DUARTE, 2002). Quanto ao aspecto quantitativo das águas cinzas, as quantidades demandadas e produzidas estão relacionadas com o consumo de água na edificação e podem variar de acordo com a região, costumes e clima do local (SANTOS, 2002). O período de retorno, também conhecido como payback, é um dos métodos de avaliação de investimentos mais utilizados entre os administradores de empresas. Ele consiste na determinação do tempo necessário para quitar o valor do investimento, ou seja, para que o somatório dos benefícios econômicos de caixa se iguale ao somatório dos dispêndios de caixa (HIRSCHFELD, 2009). O objetivo deste trabalho foi avaliar os aspectos técnicos e financeiros associados ao reuso de águas cinzas (não potáveis), enfatizando o uso racional de

4 16 água e a redução do consumo em uma residência unifamiliar. O intuito é avaliar tratamento de wetland para atingir a qualidade necessária da água para o reuso. 3. Objetivos O objetivo deste trabalho foi avaliar os aspectos técnicos e financeiros associados ao reuso de águas cinzas (não potáveis), enfatizando o uso racional de água e a redução do consumo em uma residência unifamiliar. O intuito é avaliar tratamentos inovadores e de baixo custo para atingir a qualidade necessária da água para o reuso. Objetiva-se avaliar o reuso de águas cinzas, provindas do lavatório, chuveiro e máquina de lavar da edificação para o uso em descargas sanitárias, analisando os fatores associados a qualidade e à sistemas de tratamento de baixo custo e manutenção, através de wetlands. O intuito é avaliar a viabilidade econômica para a implantação do reuso planejado da água cinza na edificação em estudo e seus condicionantes. 4. METODOLOGIA A fim de garantir água com qualidade para atender as populações de baixa renda e viabilizar a implantação do reuso em residências empregou-se um sistema de tratamento com filtro biológico e wetlands. Para tal embasou-se em pesquisas bibliográficas, pesquisa de campo e análise experimental, estruturada conforme Figura 1. Figura 1 Etapas de estudo Fonte: Elaborado pelo autor

5 17 Para a reutilização das águas cinzas, foram realizados estudos de balanços hídricos, identificando os principais pontos de consumo, as peças sanitárias e estimativa de consumo para o local analisado, a fim de se obter o ponto de maior consumo na residência. Após a identificação dos principais pontos de consumo, tornou-se necessário realizar uma análise da qualidade da água a ser reutilizada. Para isso coletou-se uma amostra do efluente a fim de avaliar os principais parâmetros de qualidade exigidos de acordo (SINDUSCON, 2005) e (NBR ,1997). Os métodos de tratamentos aplicados consistem em um pré-filtro e filtro de carvão ativado para ambos dos métodos. O Wetland possui plantas aquáticas e substratos de brita e areia. 5. DESENVOLVIMENTO A fim de identificar os pontos de consumo de uma residência padrão, se fez necessário o levantamento do número de aparelhos sanitários e usuários residentes na edificação. Através de levantamento de campo, coletou-se as informações pertinentes ao projeto. O consumo da residência foi baseado no referencial bibliográfico, tomando-se uma média de consumo para cada atividade analisada. O reuso se deu na coleta do efluente do chuveiro, lavatório e máquina de lavar para o aproveitamento nas descargas sanitárias, limpeza da casa. O consumo se deu com porcentagem de uso da água potável para a bacia sanitária como sendo 34%, chuveiro com 31% e máquina de lavar roupa com percentual de 5%, já para o consumo do lavatório este representa 6% do consumo da residência, baseados em PURA (1999) e OLIVEIRA (2004). Para o tratamento das águas coletadas analisou-se o tratamento do wetland a fim de verificar a eficiência do sistema. O efluente passou por um pré tratamento composto por um decantador, a fim de remover as partículas maiores em suspenção e um filtro de areia. Posterior o efluente passa pelo tratamento principal. Como tratamento posterior foi empregado um filtro composto de carvão ativado e brita. O decantador adotado para o pré-tratamento do efluente é o sistema retangular convencional com força vertical (ação da gravidade).

6 18 O pré-filtro é de fluxo vertical descendente composto por camadas de areia e brita. O filtro possui uma lâmina d água com espessura de 0,50 metros. A primeira camada do filtro foi constituída de areia média, cujo diâmetro adotado foi de 0,35 mm, areia eficiente, com uma camada de 0,60 metros. A camada suporte foi constituída de brita 2 (16 mm), cuja profundidade é de 0,40 metros (TOMAZ, 2009). A filtração com carvão ativado é de fluxo descendente, constituido de duas camadas de carvão ativado e areia assentados sobre uma camada suporte de pedra brita. A primeira camada consiste no carvão, preenchendo uma espessura de 0,60 metros, seguida de uma camada de areia com espessura de 0,30 metros. O meio suporte de brita possui uma espessura de 0,50 metros (TOMAZ, 2009). No tratamento com wetlands utilizou-se o tanque de fluxo vertical descendente, com uma altura total de 1,20 metros, conforme NBR (ABNT, 1997). Como macrófitas optou-se pelo uso de plantas da região, que se adapta melhor ao clima e a ambientes úmidos. Empregou-se Zantedeschia aethiopica, conhecido como copos de leite. O módulo de zona de raízes contém plantas sobre um filtro físico estruturado por uma camada de brita n 2, cuja espessura de 0,50 metros, recoberto com brita com espessura de 0,10 metros. Esta camada de brita encontra-se sobre outra camada do filtro composta de areia de granulometria de média para grossa, com espessura de 0,40 metros. Ao fundo deste filtro, ficam acomodadas nova camada de brita grossa de 0,20 metros, juntamente com as tubulações que captam o efluente tratado, conduzindo-o para fora da estação, baseado em KAICK (2002). O tratamento passa por todo o processo exemplificado, conforme Figura 2. Figura 2 Sistema de tratamento com Wetland Fonte: Elaborado pelo Autor

7 19 Em virtude da potabilidade que as águas cinzas devem apresentar, o efluente passou por uma análise de qualidade, a fim de garantir o mínimo necessário para o uso em determinado fim. A água cinza foi coletada nos lavatórios, chuveiro e máquina de lavar roupa da residência e foram analisadas em laboratório especializado. Para a estudo de viabilidade econômica, determinou-se os custos relativos à implantação do sistema de tratamento (tubulações e os filtros de tratamento), além da economia de água gerada com a implantação deste sistema. 6. RESULTADOS Tem-se um consumo mensal na bacia sanitária de 34% e a rega de jardim mais limpeza de casa totalizam 6 %, o que representam 6,4 m³ de consumo de água na residência. Já o consumo provindo do chuveiro, lavatório e máquina de lavar representam 42%, totalizando um consumo de 6,72 m³ o que indica que a oferta de água cinza para o abastecimento da bacia sanitária é superior e atenderá o consumo exigido. Coletou-se amostras do efluente proveniente de lavatório, chuveiro e máquina de lavar roupa em 3 amostras bem como em todo o sistema de tratamento de wetlands, a fim de realizar um comparativo entre os sistemas e verificar a eficiência de cada sistema filtrante (Figura 3). A Amostra 3 representa o efluente sem nenhum tratamento, a Amostra B-1 representa o efluente passado pelo decantador, a Amostra B-1,2 o efluente passado pelo decantador e pré-filtro de areia, a Amostra B- 1,2,3 o efluente passado pelo decantador, pré-filtro e wetlands. Por fim tem-se a Amostra B-1,2,3,4 que representa o efluente completamente tratado pelo sistema. Figura 3 Amostras após o tratamento com wetlands Fonte: Elaborado pelo autor

8 20 Como resultado obteve-se os parâmetros representados na Tabela 1. As amostras 1, 2 e 3 são os efluentes bruto coletados. As amostras I, II, e III representam as amostras que foram coletadas em cada etapa de tratamento do Wetland. Tabela 1 Resultado das análises sistema de tratamento com Wetland Parâmetros de qualidade da água (tratamento) Amostra 1 Amostra B-1 Amostras I Amostra B-1,2 Amostra B-1,2,3 Amostra B- 1,2,3,4 Cor Turbidez (UNT) Ph 7,2 7,2 7 7,2 7,2 Parâmetros de qualidade da água (tratamento) Amostra 2 Amostra B-1 Amostras II Amostra B-1,2 Amostra B-1,2,3 Amostra B- 1,2,3,4 Cor ,5 Turbidez (UNT) Ph 7,1 7,1 7,1 7,0 7,1 Parâmetros de qualidade da água (tratamento) Amostra 3 Amostra B-1 Amostras III Amostra B-1,2 Amostra B-1,2,3 Amostra B- 1,2,3,4 Cor Turbidez (UNT) Ph 7,1 7,0 6,9 7,0 7,0 Fonte: Copasa (2017) Pode-se observar que não houve uma grande variação entre as amostragens coletadas I, II e III. De acordo com a Figura 4 houve uma redução significativa dos parâmetros analisados. Os parâmetros de cor e turbidez apresentaram reduções em todas as amostras e o ph se manteve constante. Na amostragem I pode-se dizer que houve uma redução significativa de todos os parâmetros analisados. A cor deve uma diminuição de 200 UH para 5 UH após passar por todas as etapas de tratamento e turbidez de 82 UNT para 4 UNT. Quando analisados os sistemas individualmente pode-se dizer que todas as etapas apresentaram valores reduzidos de turbidez e cor. O ph manteve-se com poucas variações nas etapas de tratamento. A amostragem II apresentou resultados menos

9 21 eficazes se comparado com a I, porém ainda houve reduções. A cor houve uma redução de 180 UH para 7,5 UH no final do tratamento e turbidez de 70 para 6 UNT Figura 4 Comparativo entre as amostragens I, II e III (Wetland) Amostragem I, II e III Amostra 1 Amostras I Amostra B-1 Amostras I Amostra B-1,2 Amostras I Amostra B-1,2,3 Amostras I Amostra B-1,2,3,4 Fonte: Elaborado pelo autor (baseado COPASA, 2017) A amostragem III apresentou os melhores resultados. A cor houve uma redução de 180 UH para 5 UH na etapa final do tratamento e turbidez de 70 UNT para 4 UNT (Figura 42). Não houve redução entre as etapas B 1 e B 1,2 no parâmetro de cor e turbidez caiu de 65 para 64 UNT. Nas etapas B-1,2 e B-1,2,3 também houve uma pequena eficiência. A cor permaneceu a mesma com 40 UH e a turbidez caiu de 11 UNT para 9 UNT. A última etapa do tratamento foi a que apresentou melhor eficiência com redução de cor de 40 para 5 UHT. Ao realizar um comparativo entre os resultados obtidos e os estabelecidos pela NBR (ABNT, 1997) tem-se que o mínimo para a turbidez é de 10 UNT e o mínimo atingido no tratamento de Wetland foi de 4 UNT. Portanto o sistema de tratamento atendeu aos padrões mínimos exigidos pela NBR (ABNT, 1997). Enquanto para Sinduscon (2005) a turbidez deve ser menor que 2 UNT, porém o atingido foi de 4 UNT. Portanto não foi atingido esse parâmetro. A cor mínima a ser atingido é de 10 UH e o atingido foi de 5 UH. O ph deve estar entre 6 e 9 e este foi atingido. Portanto para esses parâmetros o tratamento foi eficiente. Fez-se o levantamento de custo com a implantação do sistema de tratamento de Wetland e resultou em um investimento de R$ 3.594,27. Observa-se que o sistema demanda um investimento considerável, uma vez que a quantidade de areia a ser emprega na confecção do sistema é mais elevada.

10 22 Analisando-se o período de retorno dos investimentos para o sistema de reuso observa-se que são necessários 7 anos para quitar o investimento. 6. CONSIDERAÇÕES FINAIS Os problemas associados a escassez de água têm levado muitos países a estudar outras fontes para suprir a alta demanda pelos recursos hídricos. O reuso de águas cinzas é uma das alternativas empregadas com o intuito de gerar água com qualidade para atendar a alta demanda. Sendo assim realizou-se a análise técnica e econômica com a implantação do sistema de reuso em uma residência popular. Para o sistema de tratamento com Wetland conclui-se que este apresentou eficiência técnica. O sistema atingiu o mínimo especificado na NBR (ABNT, 1997), para turbidez de 10 UNT, o atingido no tratamento de Wetland foi de 4 UNT. Porém se analisado de acordo com Sinduscon (2005) este não atingiu o mínimo na turbidez de 2 UNT. A análise econômica demostrou que o sistema de Wetland tem-se 7 anos para quitar o investimento de R$ 3.594,27. Isto se deve ao preço da areia empregada no sistema. É um tempo considerável, porém viável. Porém analisando-se o lado ambiental, conclui-se que a prática do reuso de água traz grandes benefícios, uma vez que reduz a demanda de água superficial e subterrânea, protege os recursos hídricos e diminui o lançamento de esgotos sobre os mananciais. 8. FONTES CONSULTADAS ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR Tanques sépticos - Unidades de tratamento complementar e disposição final dos efluentes líquidos - Projeto, construção e operação. Rio de Janeiro (1997). BRAGA, R. G. Avaliação técnica e econômica para o reuso de água cinza em uma instituição de ensino no município de Itajubá. XIII Congresso Nacional de Meio Ambiente de Poços de Caldas, Poços de Caldas, COMPANHIA DE SANEAMENTO DE MINAS GERAIS - COPASA. Conta de água referente a Jan/2017. Brasópolis, 2017.

11 23 DUARTE, L. A. Estudo das potencialidades das zonas húmidas artificiais no tratamento de efluente aquícola f. Trabalho de Conclusão de Curso- Instituto Superior técnico, HESPANHOL, I.; MIERZWA, J. C. Programa para o gerenciamento de água e efluentes nas indústrias visando o uso racional e o reuso. Engenharia Sanitária e Ambiental, v. 4, n. ½, p , HIRSCHFELD, H. Engenharia econômica e análise de custos: Aplicações práticas para economistas, engenheiros, analistas de investimentos e administradores 7. ed. 5. reimpr. São Paulo: Atlas, KAICK, T.S.VAN. Estação de tratamento de esgoto por zonas de raízes: Uma Proposta de Tecnologia Apropriada para Saneamento Básico no Litoral do Paraná. Dissertação de mestrado, programa de pós-graduação em Tecnologia. Centro Federal de Tecnologia do Paraná, Curitiba, MONTEIRO, R.C.M. Viabiidade técnica do emprego de sistemas tipo wetlands para tratamento de água cinza, visando o reuso não potável. Dissertação de mestrado Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária, São Paulo, OLIVEIRA, Y. V. Uso do Balanço Hídrico Seriado para o Dimensionamento de Estrutura de Armazenamento de Água das Chuvas: Estudos de Casos. Dissertação de Mestrado. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental. UFSC. Florianópolis, SANTOS, D.C. Os sistemas prediais e a promoção da sustentabilidade ambiental. Ambiente Construtivo, Porto Alegre, v.2, n. 4, p. 7-18, SINDUSCON Sindicato da Indústria da Construção Civil do Estado de São Paulo. Manual de Conservação e Reúso da água em edificações. São Paulo, TOMAZ, P. Aproveitamento de água de chuva em áreas urbanas para fins não potáveis. In: Livros digitais. Capítulo 15 - Aproveitamento de água de chuva em áreas urbanas para fins não potáveis., Disponível em: < Acesso em: 21 fev UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO USP. Programa de Uso da Água PURA, Disponível em: < Acessado em Dez