Aula 4. Introdução à Engenharia Ambiental PHA Planejamento do uso e gestão dos recursos hídricos Conservação e reúso da água

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1 Introdução à Engenharia Ambiental PHA 2218 Aula 4 Planejamento do uso e gestão dos recursos hídricos Conservação e reúso da água Amarilis Lucia Casteli Figueiredo Gallardo

2 VETORES DA CRISE AMBIENTAL População Recursos naturais Impactos ambientais (Poluição)

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4 Planejamento do uso dos recursos hídricos Gestão dos recursos hídricos

5 Escassez de Água

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7 Disponibilidade da água ou hídrica 6 países (Brasil, Rússia, Canadá, Indonésia, China e Colômbia) possuem metade de toda reserva renovável de água doce do mundo (Canadá m 3 /ano.habitante). países mais áridos do mundo: Jordânia (179m 3 /ano.habitante) e Kwait (cerca de 0 m 3 /ano.habitante) 10/07/2013 G1: Jordânia vai bombear água de um aquífero localizado no sul do país, 325 km de distância, para atender a capital. O projeto tem custo de US$ 990 milhões e vai extrair 100 milhões de m 3 /ano estudo de 2008 de universidade americana mostrou que essa água continha quantidade de elementos radioativos 20 vezes superior ao valor considerado seguro, em especial de rádio -- elemento cancerígeno

8 Planejamento do uso dos recursos hídricos Gestão dos recursos hídricos

9 Disponibilidade da água Brasil/RMSP Brasil 53% da água doce da América do Sul e 12% da vazão mundial dos rios A disponibilidade de água na RMSP é menor do que a de qualquer estado do Nordeste; Na bacia do Alto Tietê, que quase coincide com a área da Grande São Paulo: 201 m 3 /habitante.ano. Em Pernambuco, o estado com a menor disponibilidade de água do Brasil: m 3 /habitante.ano.

10 Além de problemas com quantidade... o abastecimento de água na Grande São Paulo também enfrenta problemas de qualidade: poluição industrial ocupação irregular das áreas de proteção de mananciais Fonte: Instituto Socioambiental.

11 Prof. Mierzwa

12 CONCEITUAÇÃO Indicadores de escassez para auxílio no processo de tomada de decisão: Disponibilidade Hídrica Específica (m 3.ano -1.habitante -1 ) Malin Falkenmark, 1989 Condição de Estresse > 1700 Sem estresse 1000 a 1700 Estresse hídrico 500 a 1000 Escassez < 500 Escassez absoluta Prof. Mierzwa

13 CONCEITUAÇÃO (CONT.) Prof. Mierzwa Potencial de ocorrência de conflitos pelo uso da água

14 Disponibilidade Hídrica Específica (m 3.ano -1.habitante -1 ) Condição de Estresse Figura 1 Distribuição da População e Disponibilidade Hídrica por Região > 1700 Sem estresse 1000 a 1700 Estresse hídrico 500 a 1000 Escassez < 500 Escassez absoluta Prof. Mierzwa Figura 2 - Disponibilidade Específica de Água por Região

15 Disponibilidade x demanda na RMSP

16 Disponibilidade x demanda na RMSP RMSP: 10% da população brasileira (17,5 milhões de pessoas), apenas 0,06% dos recursos hídricos do país

17 DISPONIBILIDADE HÍDRICA X DEMANDAS Disponibilidade específica natural 133 m 3 /ano.hab (Água de superfície). Prof. Mierzwa Consumos específicos de água na RMSP (2012) Déficit específico de água 56 m 3 /ano.hab (42,1% da disponibilidade natural).

18 Disponibilidade x demanda na RMSP RMSP: RMSP importa água da bacia do rio Piracicaba (50% do consumo), rio Jaguari, cerca de 100 km de SP. Problema: Campinas é muito populosa e tem baixa disponibilidade hídrica (408 m3/habitante.ano) Importação de outras bacias (Baixada Santista e Ribeira do Iguape): custo muito alto, impactos ambientais Investimento de R$ 3 bilhões no sistema de importação da bacia do Piracicaba

19 MODELO TRADICIONAL DE GESTÃO Recursos subterrâneos 6,8 m 3.ano -1.hab -1 ; Importação de água 49,2 m 3.ano -1.hab -1 ; Novo projeto para importação de água do São Lourenço; Vazão 6,0 m 3 /s (9,5 m 3.ano -1.hab -1 ); Desnível em relação à RMSP 331 m; Distância da captação até a primeira ETA 48,22 km. Consequências maior volume de esgoto; Capacidade limitada das estações de tratamento; Maior contaminação dos mananciais próximos. Prof. Mierzwa

20 Traçado das aduturas e perfil planialtimétrico da captação São Lourenço Prof. Mierzwa Fonte: EIA/RIMA Sistema Produtor São Lourenço

21 Em termos de planejamento e gestão de recursos hídricos até aqui?

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23 O Estadão: Cidades do interior cadastrarão poços para emergência 06 de fevereiro de h 09 Representantes de empresas de água de cidades do interior paulista cortadas pela Bacia dos Rios Piracicaba, Capivari e Jundiaí - de onde sai a maior parte da água do Sistema Cantareira, que abastece 47% da Grande São Paulo - decidiram iniciar o cadastramento dos poços profundos, particulares e de indústrias, e dos caminhões-pipas existentes para que possam recorrer a eles, caso a seca atípica de verão comprometa ainda mais os níveis dos reservatórios.

24 Abastecimento público Fonte: Decifrando a Terra, 2000

25 Da aula passada... Quantidade e qualidade de recursos hídricos subterrâneos. Fonte: Decifrando a Terra, 2000

26 Águas subterrâneas e contaminação Califórnia indústria química: Pluma de contaminante: 130 litros de solvente - pluma de litros

27 Gestão dos recursos hídricos

28 Lei 9433/1997 Política Nacional de Recursos Hídricos ESTABELECE A POLÍTICA NACIONAL DE RECURSOS HÍDRICOS DEFINE OS INSTRUMENTOS DE GESTÃO: Plano nacional de recursos hídricos Enquadramento dos corpos de água Outorga de direito de uso de recursos hídricos Cobrança pelo uso da água Sistema de informações Fiscalização

29 Legislação acerca de Recursos Hídricos Lei 9.433/97 - SNGRH - Política Nacional Lei 9.984/00 - ANA - Agência Nacional das Águas Lei estadual 7.663/91 contempla as normas de orientação da Política Estadual de Recursos Hídricos e do Sistema Integrado de Gerenciamento de Recursos Hídricos SIGRH SP Lei estadual 9.034/94 estabelece o Plano Estadual de Recursos Hídricos PERH e suas normas de orientação: O Estado de São Paulo é dividido em 22 Unidades de Gerenciamento de Recursos Hídricos UGRHI que deve ser feito por meio dos Planos de Bacias e Relatórios de Situação.

30 Sistema Estadual de Gerenciamento de Recursos Hídricos DEMAIS UGRHI'S MANTIQUEIRA 4 - PARDO 5 - PIRACICABA/CAPIVARI/JUNDIAÍ SAPUCAÍ MIRIM/GRANDE 9 - MOGI-GUAÇU TIETÊ/SOROCABA 11 - RIBEIRA DE IGUAPE/LITORAL 12 - BAIXO PARDO/GRANDE 13 - TIETÊ/JACARÉ 14 - ALTO PARANAPANEMA UGRHI - 3 (LITORAL NORTE) UGRHI'S LIMÍTROFES 15 - TURVO/GRANDE 16 - TIETÊ/BATALHA 17 - MÉDIO PARANAPANEMA 18 - SÃO JOSÉ DOS DOURADOS 3 - LITORAL NORTE 2 - PARAÍBA DO SUL 6 - ALTO TIETÊ 7 - BAIXADA SANTISTA 19 - BAIXO TIETÊ 20 - AGUAPEÍ 21 - PEIXE 22 - PONTAL DO PARANAPANEMA

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32 Gerenciamento dos Recursos Hídricos Plano de Bacia deve conter as diretrizes gerais em relação ao crescimento urbano, localização industrial, proteção dos mananciais, exploração mineral, irrigação e saneamento, segundo as necessidades de recuperação, proteção e conservação dos recursos hídricos das bacias ou regiões hidrográficas correspondentes. Relatórios de Situação devem ser anuais e contemplar os dados de: hidrologia, demandas, ocorrências de eventos críticos, qualidade, vazões, doenças,erosão, balanço disponibilidade X demanda, avaliação e situação dos projetos FEHIDRO e propostas de alteração.

33 Oferta e Demanda (Exemplo da bacia do litoral norte) Cenário de Oferta e Demanda Otimistas de Verão Oferta Demanda 35 Vazão (m/s) Cenário de Oferta e Demanda Pessimista de Inverno ano Vazão (m 3 /s) Oferta Demanda ano Fonte: IPT, 2002

34 NORMA FEDERAL PARA CLASSIFICAÇÃO DOS CORPOS D ÁGUA Norma Nacional para Classificação dos corpos d água Resolução CONAMA n 357, de 17/03/2005; As águas do território nacional são divididas em 13 classes distintas: Classe especial, classes 1, 2, 3 e 4, para águas doces, cuja concentração de sais dissolvidos é de até 0,5 g/l; Classe especial, classes 1, 2 e 3 para águas salinas, cuja concentração de sais é superior a 30 g/l; e Classe especial, 1, 2 e 3 para águas salobras, cuja concentração de sais está entre 0,5 e 30 g/l. Prof. Mierzwa

35 Parâmetros de interesse ao controle de poluição das águas (Fonte: Piveli, 2001). Características físicas das águas Características químicas das águas Ânions, elementos químicos e substâncias cor ph sulfatos turbidez acidez cloretos sólidos em água alcalinidade cianetos temperatura dureza ferro sabor e odor manganês metais pesados cloro fluoreto oxigênio dissolvido matéria orgânica compostos de nitrogênio fósforo óleos e graxas detergentes fenóis pesticidas Nota: para conhecer critérios de qualidade de águas quanto a condições e padrões de lançamento de efluentes, dentre outros aspectos relevantes, ver Conama 430/2011 (reviu a Conama 357/2005 ) Para padrões de potabilidade, dentre outros aspectos relevantes, ver Portaria 518/2004 do Ministério da Saúde.

36 Classe Especial 1 2 Usos Preponderantes (Águas doces) - Consumo humano com desinfecção; - Preservação do equilíbrio natural das comunidades aquáticas; - Preservação de ambientes aquáticos em unidades de conservação de proteção integral. - Consumo humano após tratamento simplificado; - Proteção de comunidades aquáticas; - Recreação de contato primário; - Irrigação de hortaliças e de frutas que se desenvolvem rentes ao solo, ingeridas cruas e sem remoção de película; - Proteção de comunidades aquática em Terras Indígenas. - Consumo humano após tratamento convencional; - Proteção de comunidades aquáticas; - Recreação de contato primário; - Irrigação de hortaliças e plantas frutíferas e de parques e jardins, campos de esporte e lazer, com os quais o público possa vir a ter contato direto: - Aqüicultura e atividade de pesca. Prof. Mierzwa

37 Classe 3 4 Usos Preponderantes (Águas doces) - Consumo humano após tratamento convencional ou avançado; - Irrigação de culturas arbóreas, cerealíferas e forrageiras; - Dessedentação de animais. - Navegação; - Harmonia paisagística; Prof. Mierzwa

38 Monitoramento da Qualidade das águas

39 Rede de Monitoramento da Qualidade de água da Cetesb CETESB iniciou em 1974 a operação da Rede de Monitoramento de Qualidade das Águas Interiores do Estado de São Paulo. Agropecuária Conservação Em industrialização Industrial

40 Rede de Monitoramento da Qualidade de água da Cetesb Em 2006 os programas de monitoramento de qualidade dos rios e reservatórios totalizaram 356 pontos de amostragem: Rede Básica pontos de amostragem de água; Monitoramento Regional pontos de amostragem de água; Monitoramento Automático 13 pontos de amostragem de água; Balneabilidade de Reservatórios e Rios 33 praias e Rede de Sedimento 23 pontos de amostragem.

41 Gestão ambiental de recursos hídricos e desenvolvimento sustentável Necessária mudança no padrão de consumo de água, privilegiando: Uso racional e reutilização da água Novas práticas nos setores que demandam água (indústria, agricultura...) Agricultura (setor que mais consome água, cresceu 60% nos últimos 50 anos) Quebra de paradigmas

42 Opções para a Gestão dos Recursos Hídricos e do Saneamento Políticas de gerenciamento integrado dos recursos hídricos: Uso Racional da Água: Equipamentos economizadores; Melhoria dos processos produtivos; Redução da perdas em sistemas de produção e distribuição. Aprimoramento dos processos de tratamento de água e efluentes; Reciclagem e reúso da água.

43 Abastecimento de Água Visa garantir requisitos de qualidade exigidos para cada uso; Por quê é necessário fazer o tratamento da água? Portaria do Ministério da Saúde 2.914, de 12/12/2011. Prof. Mierzwa Adoção de um conjunto de medidas que possibilitem disponibilizar a água na quantidade e qualidade exigidas para uso.

44 Sistemas de Tratamento O arranjo a ser utilizado irá depender do tipo de manancial selecionado; Água subterrânea: baixa concentração de sólidos em suspensão; presença de gases (H 2 S e CO 2 ) e metais dissolvidos (ferro). Água superficial (rios e lagos) maior concentração de sólidos em suspensão; baixa concentração de gases dissolvidos. Água Salobra ou Salina elevada concentração de sais dissolvidos Prof. Mierzwa

45 Tratamento Convencional Envolve a combinação de operações e processos unitários (Final Século XIX): Aeração (no caso de água subterrânea) Coagulação e floculação; Sedimentação ou decantação; Prof. Mierzwa Filtração; Desinfecção; Adição de flúor; outras Filme Sabesp

46 Prof. Mierzwa

47 Sistema Produtor de Água para a Região Metropolitana de São Paulo Sistema Disponibilidade no Manancial (m 3 /s) Capacidade da Estação (m 3 /s) Produção Out/02 a Set/03 População (milhões) Cantareira 31,1 33,0 31,7 8,8 Guarapiranga/Billings 14,0 14,0 13,2 3,7 Alto Tietê 9,8 10,0 9,7 2,7 Prof. Mierzwa Rio Grande 4,8 4,2 4,7 1,2 Rio Claro 4,0 4,0 3,8 0,9 Alto Cotia 1,2 1,3 1,1 0,4 Baixo Cotia 0,9 1,1 0,9 0,3 Ribeirão da Estiva 0,1 0,1 0,1 0,02 Total 66,1 67,7 65,0 18,0

48 Tratamento Avançado Técnicas de tratamento utilizadas para remoção de contaminantes que não são afetados pelo sistema convencional: Carvão ativado remoção de compostos orgânicos, metais e alguns gases; Prof. Mierzwa Separação por membranas remoção de substâncias que se encontram na forma coloidal ou dissolvidas na água; Troca iônica remoção de íons específicos, que se encontram dissolvidos na água.

49 Tratamento Avançado Técnicas de tratamento utilizadas para remoção de contaminantes que não são afetados pelo sistema convencional: Carvão ativado remoção de compostos orgânicos, metais e alguns gases; Separação por membranas remoção de substâncias que se encontram na forma coloidal ou dissolvidas na água; Prof. Mierzwa Troca iônica remoção de íons específicos, que se encontram dissolvidos na água.

50 Tratamento de Esgotos O termo esgoto é utilizado para designar os despejos resultantes do uso da água; Esgotos domésticos: provenientes de residências e edificações públicas e comerciais; constituído pelas águas de banho, excretas humanos, restos de alimentos, detergentes, etc. Efluentes Industriais: esgoto proveniente dos processos industriais; a sua composição depende do tipo de processo desenvolvido. Filme Sabesp Prof. Mierzwa

51 Partes Constituintes dos Sistemas de Esgotamento Sanitários Coletores: Coletor residencial ou predial Coletor secundário; Coletor tronco. Interceptores; Emissário; Estações elevatórias; Estação de tratamento. Prof. Mierzwa

52 Representação do Processo de Tratamento de Esgotos Prof. Mierzwa

53 Sistema de Tratamento de Esgotos Projeto Tietê Sistema Capacidade de Projeto (m 3 /s) Vazão Atual (m 3 /s) ABC 3,0 1,9 Barueri 9,5 9,7 Parque Novo Mundo 2,5 2,5 São Miguel 1.5 0,8 Suzano 1,5 0,8 Total 18,0 15,7 Fonte:

54 O que podemos fazer com o lodo de ETE e ETA?

55 Estratégias para a Minimização dos Conflitos pelo Uso da Água

56 Consumo de Água para Algumas Atividades Doméstico Comércio e Indústria Bebida 2,5 L/hab.dia Escritórios 30 a 50 L / pes.dia Preparo de Alimentos 7,5 L/hab.dia Restaurantes 20 a 30 L/refeição Lavagem de utensílios 40 L/hab.dia Hotéis 250 a 500 L/hosp.dia Prof. Mierzwa Higiene Pessoal 60 L/hab.dia Hospitais 300 a 600 L/leito.dia Lavagem de Roupas 30 L/hab.dia Laticínios 15 a 20 L/Kg.prod Bacias Sanitárias 40 L/hab.dia Fábrica de Papel 400 a 600 L/Kg.papel Diversos 20 L/hab.dia Lavanderia 30 L/Kg.dia Fonte: Plínio Tomas, Previsão de Consumo de Água. Navegar Editora, 2000.

57 Estratégias para a Minimização dos Conflitos pelo Uso da Água Quais os instrumentos de que dispomos? Uso racional da água; Reúso. Prof. Mierzwa Como estes instrumentos estão relacionados? A busca pelo uso racional da água resulta em benefícios que vão desde a produção até o tratamento dos efluentes; A prática de Reúso também pode resultar em benefícios, porém pode ser limitada.

58 ALTERNATIVAS DE GESTÃO DE RECURSOS HÍDRICOS Uso Racional da Água: Equipamentos economizadores; Melhoria dos processos produtivos; Redução da perdas em sistemas de produção e distribuição. Aprimoramento dos processos de tratamento de água e efluentes: Tecnologias de separação por membranas. Reúso da água.

59 Reúso de Água A menos que exista excesso, nenhuma água de boa qualidade deve ser utilizada em aplicações que tolerem água com padrão de qualidade inferior Prof. Mierzwa Conselho Econômico e Social das Nações Unidas, 1958

60 Reúso da Água Atividades que toleram um grau de qualidade inferior ao da água potável; Lavagem de pisos e ruas; Descarga de sanitários; Irrigação de áreas verdes; Prof. Mierzwa Processos industriais diversos; Combate a incêndio; Paisagismo.

61 USO RACIONAL E REÚSO DE ÁGUA José Carlos Mierzwa mierzwa@usp.br A aula apresentada a seguir foi totalmente desenvolvida pelo Professor Mierzwa EPUSP

62 Conservação do uso de água em edificações Mundo Apto

63 CARACTERÍSTICAS DO EMPREENDIMENTO Prédio de apartamento com 145 unidades habitacionais; Área dos apartamentos: 60 m 2 96 unidades; 50 m 2 48 unidades; Apartamento para o zelador. Número de habitantes 582.

64 Perspectiva do consumo de água sem a utilização de dispositivos economizadores Atividade Consumo (L/dia) Consumo Específico (L/d.usuário) Lavatórios ,80 18,9 Chuveiros ,00 60,0 Torneiras de cozinha ,00 66,1 Vasos sanitários 9.036,00 15,5 Outros usos ,00 26,1 Total ,8 186,3

65 Perspectiva do consumo de água com a utilização de dispositivos economizadores Atividade Consumo (L/dia) Consumo Específico (L/d.usuário) Lavatórios 7.333,8 12,6 Chuveiros ,00 60,2 Torneiras de cozinha ,00 37,95 Vasos sanitários 9.036,00 15,5 Outros usos (potáveis) 3.776,00 6,5 Outros usos (não potáveis) ,00 19,5 Total ,80 a 151,9 Uma avaliação mais detalhada resultou no potencial de redução de L/dia; Considerando-se o tarifa da companhia de abastecimento, isto resulta em uma economia de aproximadamente R$ 5.946,53/mês (água e esgoto)

66 Perspectiva do consumo de água com a utilização de dispositivos economizadores Atividade Consumo (L/dia) Consumo Específico (L/d.usuário) Lavatórios 7.333,8 12,6 Chuveiros ,00 60,2 Torneiras de cozinha ,00 37,95 Vasos sanitários 9.036,00 15,5 Outros usos (potáveis) 3.776,00 6,5 Outros usos (não potáveis) ,00 19,5 Total ,80 a 151,9 Consumo Específico (L/d.usuário) 18,9 60,0 66,1 15,5 26,1 186,3 Uma avaliação mais detalhada resultou no potencial de redução de L/dia; Considerando-se o tarifa da companhia de abastecimento, isto resulta em uma economia de aproximadamente R$ 5.946,53/mês (água e esgoto)

67 ONDE A ÁGUA DE REÚSO PODE SER UTILIZADA Qualquer aplicação: Existem exemplos até de reúso para fins potáveis (Planejado). Usos industriais: Reciclagem ou reúso em operações de troca térmica ou processos auxiliares; Nem sempre é necessário conduzir todo o efluente para um sistema centralizado de tratamento; Usos urbanos; Usos agrícolas.

68 DESAFIOS PARA GRANDES REGIÕES METROPOLITANAS É possível implantar um programa de reúso abrangente? Que setores econômicos devem ser priorizados? O que é necessário para viabilizar a prática de reúso? Potencial para reúso de água (usuários)? Demandas concentradas ou distribuídas. Tratamento adicional necessário? Sistema de distribuição? Custos?

69 POTENCIAL PARA REÚSO URBANO DE ÁGUA Atividade Demanda de Volume annual Água (L.s -1 ) (m 3 ) Lavagem de ônibus 407, ,2 Lavagem de caminhões 154, ,4 Lavagem de ruas 56, ,0 Preparação de concreto 50, ,0 Lavagem de trens 7, Total 675, ,6

70 PROJETO AQUAPOLO Maior esquema de reúso no hemisfério sul; Capacidade 1 m 3 /s; Fonte da água de reúso ETE ABC; Usuário Pólo Petroquímico de Capuava; Tomada de decisão Limitação de expandir a capacidade de produção; Ideais iniciais Ano de 2000; Início de operação Produção: 1000 l/s (equivalente consumo 300 mil habitantes)

71 Pólo Petroquímico de Capuava Bioreator com membranas submersas Projeto AQUAPOLO Unidade de Osmose Reversa