Francisco Miguel Bento Borralho. Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em. Engenharia Civil. Júri

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1 Avaliação do Desempenho Ambiental de Sistemas de Drenagem Urbanos com ênfase na Contaminação Microbiológica: Desenvolvimento do Modelo Simplificado ASI-Mic. Francisco Miguel Bento Borralho Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil Júri Presidente: Doutor António Alexandre Trigo Teixeira Orientador: Doutora Filipa Maria Santos Ferreira Vogal: Doutora Maria Adriana Canas Mendes de Almeida Cardoso Outubro de 2013

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3 Resumo A avaliação do desempenho ambiental de infraestruturas de drenagem urbana constitui um domínio do conhecimento que tem ganho uma importância crescente, sendo que muitas das vezes não existe um consenso sobre a forma como este deve ser medido ou comparado. A Abordagem Simplificada Integrada Microbiológica (ASI-Mic.) apresenta-se como uma metodologia sistemática da avaliação do desempenho ambiental de sistemas de drenagem, produzindo gráficos e tabelas de desempenho, fáceis de interpretar e comparar, constituindo uma ferramenta de grande utilidade e importância em termos de gestão operacional, para entidades gestoras de sistemas de drenagem urbanos. Esta ferramenta permite a avaliação do desempenho ambiental dos sistemas mesmo em situações em que se verifica uma escassez de dados ou informações relativas ao seu funcionamento. O desenvolvimento do presente trabalho tem como objetivo: Desenvolvimento de um modelo de gestão integrada de sistemas de águas residuais baseado na contaminação microbiológica (ASI Microbiológica), para sistemas de drenagem constituídos tanto por bacias dispostas em série como em paralelo; Desenvolvimento de um programa automático de aplicação do Modelo ASI Microbiológica Aplicação da metodologia ASI-Mic. à frente de drenagem de Algés-Alcântara; Comparação dos resultados obtidos através da aplicação da Abordagem Simplificada Integrada (ASI-Mic.) baseada na contaminação microbiológica, com os resultados obtidos através da modelação ASI baseada no parâmetro Carência Química de Oxigénio (CQO), como forma de avaliação da coerência dos resultados obtidos. Palavras - chave: Sistemas de drenagem urbana, avaliação do desempenho ambiental, indicadores de desempenho, gestão de sistemas, apoio à decisão, reabilitação. iii

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5 Abstract The evaluation of the environmental performance of urban drainage infrastructures is a domain of knowledge that has gained increasing importance, and often there is no consensus on how it can be measured or compared. The Simplified Integrated Microbial Approach (ASI-Mic.) presents itself as a systematic methodology of assessing the environmental performance of drainage systems, producing graphs and tables of performance, that are easy to interpret and compare, constituting a tool of great utility and importance in terms operational management for entities who manage sanitation systems. This tool allows the evaluation of the environmental performance of systems even in situations where there is lack of data or information concerning to its operation. The development of this paper aims to: Development of an integrated wastewater model, based on microbiological contamination (Microbiological ASI), Development of an automatic program for the implementation of ASI-Mic. Model Application of the methodology ASI-Mic. to the drainage basin of Algés-Alcântara; Comparison of the results obtained by applying the Simplified Approach (ASI-Mic.) based on microbiological contamination, with the results obtained by modeling ASI based on the parameter Chemical Oxygen Demand (COD), to assess the applicability of the developed model. Key-words: Urban drainage systems, environmental performance evaluation, performance indicators, management systems, decision support, rehabilitation. v

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7 Agradecimentos A realização do trabalho desenvolvido só foi possível graças ao apoio, disponibilidade, incentivo e preocupação por parte de todos os que me acompanharam durante todo este processo. Por esta razão, quero expressar o meu agradecimento a todos eles. À Professora Doutora Filipa Ferreira, orientadora científica desta Dissertação, pelo apoio técnico e científico, valiosas sugestões que contribuíram para o enriquecimento do trabalho, disponibilidade, incentivo e principalmente pela contribuição para a minha formação profissional. Ao Eng.º. José Pedro Matos, pelo grande contributo técnico, disponibilidade, apoio e incentivo, que contribuíram de forma significativa para o desenvolvimento da ferramenta ASI-Mic. Ao Pai, à Mãe, ao Vasco e à Mafalda pelo apoio incondicional e motivação, especialmente nos momentos em que esta faltou. A todos os meus amigos e colegas, que me acompanharam durante esta fase tão importante da minha vida. À equipa do SMAS Oeiras-Amadora, em especial a Engª. Julieta Marques, Engª. Ana Paula Saramago e a todos os colegas da Divisão de Controlo de Perdas e Cadastro Informatizado, por me receberem de braços abertos e pelo apoio que sempre demonstraram. vii

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9 Índice do texto 1. Introdução Enquadramento e justificação do tema Objetivos e metodologia Estrutura da dissertação Indicadores de desempenho de sistemas de drenagem urbanos: estado da arte e regulamentação existente Aspetos introdutórios Sistemas de distribuição de água Indicadores de desempenho para sistemas de distribuição de água Caracterização geral e avaliação do desempenho ambiental de sistemas de distribuição de água, no panorama nacional Sistemas de drenagem de águas residuais urbanos Indicadores de desempenho para sistemas de drenagem de águas residuais urbanos Caracterização geral e avaliação do desempenho ambiental de sistemas de drenagem de águas residuais urbanos, no panorama nacional Estações de tratamento de águas residuais Indicadores de desempenho para estações de tratamento de águas residuais Caracterização geral e avaliação do desempenho ambiental das ETAR no panorama nacional Resíduos sólidos Modelo de regulação para o sector e legislação aplicável Modelação de sistemas de drenagem urbanos Desenvolvimento de um modelo simplificado de avaliação do desempenho de sistemas de drenagem, com ênfase na contaminação microbiológica Descrição do modelo Expressões de cálculo Expressões de cálculo para bacias em série Expressões de cálculo para bacias em paralelo Programa automático de aplicação do modelo ASI-Mic Necessidade e vantagens da utilização da aplicação do modelo através de um programa automático Desenvolvimento do programa Manual de utilização Aspetos gerais Caracterização do sistema de drenagem ix

10 Introdução de dados Sistema de Drenagem Introdução de dados Parâmetros variáveis Introdução de dados Cargas Poluentes Introdução de dados Eventos Pluviométricos Introdução de dados Classificação do desempenho ambiental Folha de resultados Aplicação do modelo ASI-Mic. à frente de drenagem Algés-Alcântara Notas introdutórias Caracterização do sistema de drenagem Algés-Alcântara Aplicação do modelo ASI-Mic Apresentação e análise dos resultados Aplicação da metodologia ASI-Mic., baseada em Coliformes Fecais Aplicação da metodologia ASI-Mic., baseada em Esherichia Coli Principais conclusões Síntese, conclusões e trabalhos futuros Referências bibliográficas Anexo Anexo x

11 Índice de figuras do texto Figura 1 - Entidades gestoras em alta com serviço de abastecimento público de água Figura 2 - Distribuição da avaliação Abastecimento de água em alta (adaptado de RASARP 2012) Figura 3 - Distribuição da avaliação Abastecimento de água em baixa (adaptado de RASARP 2012) Figura 4 - Entidades gestoras em alta com serviço de drenagem de águas residuais Figura 5 - Distribuição da avaliação de sistemas de drenagem de águas residuais em alta (adaptado de RASARP 2012) Figura 6 - Distribuição da avaliação de sistemas de drenagem de águas residuais em baixa (adaptado de RASARP 2012) Figura 7 - Comparação da qualidade do serviço prestado pelas entidades gestoras em alta e em baixa, para o indicador de capacidade de tratamento adequada ETAR (adaptado de RASARP 2012) Figura 8 - Comparação da qualidade do serviço prestado pelas entidades gestoras em alta e em baixa, para o indicador de descarga de águas residuais recolhidas e não tratadas para o meio recetor (adaptado de RASARP 2012) Figura 9 - Comparação da qualidade do serviço prestado pelas entidades gestoras em alta e em baixa, para o indicador do controlo de descargas de águas residuais não tratadas para o meio recetor (adaptado de RASARP 2012) Figura 10 - Caracterização do meio recetor das descargas das ETAR inspecionadas, nos termos do Decreto- Lei nº 152/97, de 19 de Junho (adaptado de MAOTDR, 2004) Figura 11 - Níveis de tratamento assegurados nas ETAR inspecionadas (adaptado de MAOTDR, 2004) Figura 12 - Destino final do efluente tratado nas ETAR inspecionadas (adaptado de MAOTDR, 2004) Figura 13 - Percentagem relativa dos parâmetros não conformes das descargas das ETAR inspecionadas, com as normas de qualidade, em controlo analítico efetuado pela IGA (adaptado de MAOTDR, 2004) Figura 14 - Comparação da qualidade do serviço prestado pelas entidades gestoras em alta e em baixa, para o indicador de avaliação do cumprimento dos parâmetros legais de descarga de águas residuais (adaptado de RASARP 2012) Figura 15 - Destino final das lamas geradas nas ETAR inspecionadas (adaptado de MAOTDR, 2004) Figura 16 - Conformidade da gestão das lamas geradas nas ETAR inspecionadas com o regime legal aplicável (adaptado de MAOTDR, 2004) Figura 17 - Representação esquemática de um sistema constituído por "n" bacias de drenagem dispostas em série Figura 18 - Representação esquemática de um sistema constituído por "n" bacias de drenagem dispostas em paralelo Figura 19 Fluxograma de funcionamento do ASI-Mic Figura 20 - Nome de utilizador e Password Figura 21 - Representação esquemática de um sistema constituído por "n" bacias de drenagem dispostas em série xi

12 Figura 22 - Parâmetros definidores do sistema de drenagem Figura 23 - Parâmetros variáveis necessários à aplicação da metodologia ASI-Mic Figura 24 Caraterização das cargas poluentes Figura 25 Caraterização dos eventos pluviométricos Figura 26 - Classificação do índice de desempenho, em função da sensibilidade do meio recetor Figura 27 - Introdução da origem poluente a considerar Figura 28 - Representação dos indicadores e índices de desempenho obtidos por aplicação da metodologia ASI baseada em Coliformes Fecais ou E. Coli Figura 29 - Classificação do desempenho ambiental do cenário em estudo, com base no índice de desempenho Figura 30 - Representação gráfica da percentagem de poluição por origem poluente, face ao volume total 62 Figura 31 - Valores das concentrações médias anuais em Coliformes Fecais ou E. Coli, por origem poluente Figura 32 - Botões de comando Figura 33 - Frente de drenagem Algés-Alcântara: modelo altimétrico do terreno e densidades populacionais médias (adaptado de Ferreira, 2006) Figura 34 - Modelo tipológico simplificado da frente de drenagem Algés-Alcântara (adaptado de Ferreira, 2006) Figura 35 - Representação dos indicadores e índices de desempenho obtidos por aplicação da metodologia ASI baseada em Coliformes Fecais Figura 36 - Classificação do desempenho ambiental do cenário em estudo, com base no índice de desempenho Figura 37 - Representação gráfica da percentagem de poluição por origem poluente, face ao volume total 73 Figura 38 - Valores das concentrações médias anuais em Coliformes Fecais por origem poluente Figura 39 - Análise custo benefício, para determinação da ordem de prioridades das medidas de reabilitação Figura 40 - Representação dos indicadores e índices de desempenho obtidos por aplicação da metodologia ASI-Mic Figura 41 - Classificação do desempenho ambiental do cenário em estudo, com base no índice de desempenho Figura 42 - Representação gráfica da percentagem de poluição por origem poluente, face ao volume total Figura 43 - Valores das concentrações médias anuais em Esherichia Coli por origem poluente Figura 44 - Análise custo benefício, para determinação da ordem de prioridades das medidas de reabilitação xii

13 Índice de quadros do texto Quadro 1 - Indicadores de desempenho de recursos hídricos (adaptado de Alegre et al., 2006) Quadro 2 - Indicadores de desempenho infraestruturais (adaptado de Alegre et al., 2006) Quadro 3 - Indicadores de desempenho operacionais (adaptado de Alegre et al., 2006) Quadro 4 - Indicadores de desempenho qualidade de serviço (adaptado de Alegre et al., 2006) Quadro 5 - Evolução do cumprimento do valor paramétrico nos pontos de entrega das 15 entidades gestoras em alta Quadro 6 - Evolução do cumprimento dos valores paramétricos, por parâmetro, na torneira do consumidor Quadro 7 - Indicadores de desempenho ambientais (adaptado de Matos et al., 2003) Quadro 8 - Indicadores de desempenho operacionais (adaptado de Matos et al., 2003) Quadro 9 - Indicadores de desempenho infraestruturais (adaptado de Matos et al., 2003) Quadro 10 - Indicadores de desempenho de qualidade de serviço (adaptado de Matos et al., 2003) Quadro 11 - Proposta de classificação do índice de desempenho, em função da sensibilidade do meio recetor, para a metodologia baseada no parâmetro Coliformes Fecais Quadro 12 - Proposta de classificação do índice de desempenho, em função da sensibilidade do meio recetor, para a metodologia baseada no parâmetro Esherichia Coli Quadro 13 - Valores das concentrações adotados para a aplicação da metodologia à frente de drenagem de Algés-Alcântara Quadro 14 - Precipitações consideradas na aplicação da metodologia ASI, determinadas para um T=10 anos Quadro 15 - Proposta de classificação do índice de desempenho, em função da sensibilidade do meio recetor, para a metodologia baseada no parâmetro Coliformes Fecais Quadro 16 - Proposta de classificação do índice de desempenho, em função da sensibilidade do meio recetor, para a metodologia baseada no parâmetro Esherichia Coli Quadro 17 - Síntese dos resultados obtidos pela aplicação da metodologia ASI baseado em Coliformes Fecais ou E. Coli Quadro 18 - Volumes médios anuais descarregados no meio recetor, por origem poluente Quadro 19 Caracterização das bacias para aplicação da ASI-Mic. (adaptado de Ferreira, 2006) Quadro 20 - Precipitações consideradas na aplicação da metodologia ASI, determinadas para um T=10 anos (adaptado de Ferreira, 2006) Quadro 21 - Descrição dos cenários de reabilitação considerados na aplicação da ASI (adaptado de Ferreira, 2006) Quadro 22 - Custos estimados das operações de reabilitação a implementar no sistema (adaptado de Ferreira, 2006) Quadro 23 - Valores das concentrações em CF e E. Coli em águas pluviais urbanas e águas residuais brutas70 xiii

14 Quadro 24 - Valores das concentrações em CF e E.Coli para efluentes provenientes da ETAR (Legislação em vigor) Quadro 25 - Valores das concentrações adotados para a aplicação da metodologia à frente de drenagem de Algés-Alcântara Quadro 26 - Síntese dos resultados obtidos pela aplicação da metodologia ASI baseado em Coliformes Fecais Quadro 27 - Volumes médios anuais descarregados no meio recetor, por origem poluente Quadro 28 - Análise custo benefício, para determinação da ordem de prioridades das medidas de reabilitação Quadro 29 - Síntese dos resultados obtidos pela aplicação da metodologia ASI baseado em Esherichia Coli 75 Quadro 30 - Volumes médios anuais descarregados no meio recetor, por origem poluente Quadro 31 - Análise custo benefício, para determinação da ordem de prioridades das medidas de reabilitação xiv

15 Índice de figuras dos anexos FiguraA 1 - Indicadores de desempenho ambientais para sistemas de drenagem de águas residuais urbanas (adaptado de Matos et al., 2003) FiguraA 2 - Indicadores de desempenho de recursos humanos para sistemas de drenagem de águas residuais urbanas (adaptado de Matos et al., 2003) FiguraA 3 - Indicadores de desempenho infra-estruturais para sistemas de drenagem de águas residuais urbanas (adaptado de Matos et al., 2003) FiguraA 4 - Indicadores de desempenho operacionais, para sistemas de drenagem de águas residuais urbanas (adaptado de Matos et al., 2003) FiguraA 5 - Indicadores de desempenho de qualidade de serviço para sistemas de drenagem de águas residuais urbanas (adaptado de Matos et al., 2003) FiguraA 6 - Indicadores de desempenho económico-financeiros para sistemas de drenagem de águas residuais urbanas (adaptado de Matos et al., 2003) FiguraA 7 - Procedimento que permite fazer a verificação do nome de "Utilizador" e "Password" FiguraA 8 - Procedimento de saída da aplicação FiguraA 9 Procedimento que carrega o formulário Introdução FiguraA 10 Procedimento que procede à limpeza do campo Password, após a sua verificação FiguraA 11 Procedimento que procede à limpeza de todos os campos, associado ao botão Limpar FiguraA 12 Procedimento que copia os resultados obtidos pela ASI-Mic e os agrupa numa folha de resultados FiguraA 13 Procedimento associado ao botão Valores Propostos para a classificação do desempenho ambiental, para os dois tipos de poluentes FiguraA 14 Procedimento associado ao botão Valores Propostos para a definição das cargas poluentes, para os dois tipos de poluentes FiguraA 15 Procedimentos associados à introdução de dados, na aplicação FiguraA 16 Procedimento que carrega a folha de resultados FiguraA 17 Procedimento associado à escolha do tipo de poluente a estudar FiguraA 18 Procedimento que carrega o PDF de ajuda, no formulário Sistema de drenagem FiguraA 19 Procedimento que permite a passagem para o próximo formulário (associado ao botão Avançar ) FiguraA 20 Procedimento associado ao botão Valores Propostos para a caracterização dos eventos pluviométricos (Intensidade e duração da precipitação) FiguraA 21 Procedimento associado ao botão Sair FiguraA 22 - Procedimentos associados à introdução de dados, na aplicação FiguraA 23 Procedimento que permite a definição do número de bacias a estudar (entre 1 e 5) e carrega a figura no formulário Introdução xv

16 FiguraA 24 Procedimento que, consoante o número de bacias escolhidas pelo utilizador (entre 1 e 5), apresenta o formulário correspondente, apenas com o número de campos de preenchimento por ele escolhidos FiguraA 25 Procedimento que carrega o PDF de ajuda, no formulário Introdução) xvi

17 Lista de símbolos Símbolo Significado Ordem de grandeza máxima do intervalo definido para a concentração em C.F ou E. Coli das águas residuais brutas ( ) Área da bacia de drenagem i Ordem de grandeza da concentração em C.F ou E. Coli das águas efluentes da ETAR ( ) Bacia de drenagem i Ordem de grandeza mínima do intervalo definido para a concentração em C.F ou E.Coli das águas pluviais ( ) Coeficiente do escoamento do método racional Concentração em Coliformes Fecais ou Esherichia Coli do escoamento pluvial (NMP/100ml) Capacidade do coletor principal i Valor do caudal admissível na ETAR ( ) Capacidade da infraestrutura de controlo de caudal associada à bacia Capacidade da bacia de drenagem Concentração em Coliformes Fecais ou Esherichia Coli no afluente doméstico (NMP/100ml) Valor da concentração média em C.F ou E. Coli nas águas excedentes do sistema. Custos estimados de cada uma das medidas de reabilitação em estudo Valor da concentração média em C.F ou E. Coli nas águas que afluem à ETAR (mistura de águas residuais e pluviais). Concentração em C.F ou E. Coli da massa líquida na bacia i (águas residuais misturadas com águas pluviais) (NMP/100ml) Valor da concentração média em Coliformes Fecais ou Esherichia Coli na água do sistema real (NMP/100ml) Valor da concentração média em Coliformes Fecais ou Esherichia Coli na água para um sistema separativo hipotético (NMP/100ml); Coletor principal i Valor da concentração média em C.F ou E. Coli nas águas descarregadas no meio recetor pelo facto da capacidade do intercetor não ser suficiente para transportar todo o caudal afluente (mistura de águas residuais e pluviais). Valor da concentração média em C.F ou E. Coli nos efluentes da ETAR pode ser obtido através da consulta da legislação em vigor.. Duração média anual da precipitação i xvii

18 Símbolo Significado Probabilidade de ocorrência, num ano, da precipitação com intensidade i Duração média anual do período de tempo seco Número de horas existentes num ano Intensidade de precipitação Indicador de deficiência de desempenho do sistema de drenagem real Indicador de deficiência de desempenho obtido para uma precipitação i, com determinada intensidade ( ) Índice de deficiência de desempenho do sistema de drenagem real Indicador de deficiência de desempenho obtido para a situação de tempo de chuva ( ) Indicador de deficiência de desempenho obtido para a situação de tempo seco ( ) Infraestrutura que limita a afluência de caudal à bacia imediatamente a jusante, como uma instalação elevatória ou um descarregador de cheias Intercetor imediatamente a jusante da bacia de drenagem i Caudal descarregado em cada bacia de drenagem para o meio recetor Parcela do caudal afluente à ETAR, descarregada no meio recetor pelo facto desta não ter capacidade suficiente para proceder ao tratamento de todo o caudal Valor do caudal transportado no intercetor a jusante da bacia (num sistema constituído por n bacias em série ou paralelo) ( ) Caudal que passa para jusante da bacia em direção à bacia Caudal médio de águas residuais domésticas Parcela do caudal médio de água residual que aflui ao coletor e à ETAR determinado para a bacia i, num sistema constituído por n bacias em série. ( ) Parcela do caudal médio doméstico que aflui ao coletor e à ETAR Parcela do caudal médio doméstico que não é recolhida e mesmo em tempo seco descarrega para o meio recetor Parcela do caudal médio pluvial que aflui ao coletor e à ETAR determinado para a bacia i, num sistema constituído por n bacias em série. ( ) Parcela do caudal pluvial total que aflui ao coletor que transporta as águas residuais domésticas Subparcela do caudal médio doméstico que é recolhida e não é descarregada diretamente no meio recetor (parcela tratada na ETAR) Subparcela do caudal médio doméstico que drena para o sistema de drenagem mas acaba por ser descarregada como excedente xviii

19 Símbolo Significado Caudal pluvial total (escoamento direto, determinado com base na equação do método racional Valor do caudal sujeito a tratamento na ETAR Taxa de atendimento do sistema (percentagem da população servida na bacia de drenagem i ) ( ) Parcela do caudal pluvial total que aflui ao coletor que transporta as águas residuais domésticas. Volume médio diário de águas residuais que entra no sistema. Totalidade do escoamento que é descarregada no meio recetor. Parcela do escoamento que é descarregada no meio recetor pelo facto da ETAR não ter capacidade para tratar todo o escoamento afluente. Parcela do escoamento que é descarregada no meio recetor pelo facto da capacidade do intercetor não ser suficiente para transportar todo o caudal afluente. Volume de determinado tipo de poluente, calculado pela ASI para uma precipitação de intensidade i Parcela do caudal pluvial total que aflui ao coletor que transporta as águas residuais domésticas. Volume de determinado poluente, calculado pela ASI em tempo seco Coeficiente de entrada de águas pluviais na rede (assume o valor de 1 em sistemas unitários, entre 0 e 1 em sistemas pseudo-separativos e de 0 no caso de sistemas separativos) ( ) xix

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21 Lista de siglas Sigla Significado ASI Abordagem Simplificada Integrada ASI-Mic. Abordagem Simplificada Integrada Microbiológica BGRI Base Geográfica de Referenciação de Informação BSc Expressão inglesa Balanced Scorecard Carência Bioquímica em Oxigénio, medida aos 5 dias CF Coliformes Fecais COST Cooperação Europeia no domínio da Investigação Científica e Técnica CQO Carência Química em Oxigénio D Duração da precipitação DSM Decision Suport Method E. Coli Esherichia Coli ERSAR Entidade Reguladora dos Serviços de Águas e Resíduos ETA Estação de Tratamento de águas ETAR Estação de Tratamento de águas Residuais h.e. Habitantes-equivalentes ID Sistemas de Indicadores de Desempenho I&DT Sistema de Incentivos à Investigação e Desenvolvimento Tecnológico nas Empresas IGAOT Inspecção-geral do Ambiente do Ordenamento do Território IWA International Water Association LNEC Laboratório Nacional de Engenharia Civil MAOTDR Ministério do Ambiente, do Ordenamento do Território e do Desenvolvimento Regional PAS Expressão inglesa Performance assessment system RASARP Relatório anual dos serviços de águas e Resíduos em Portugal SI Expressão inglesa Sustainability indicator SST Sólidos suspensos totais UASB Expressão inglesa Up flow Anaerobic Sludge Bed Unid. Unidade S.I. VBA Visual Basic for Applications VLE Valores limites de emissão VMA Valor máximo admissível VMR Valor máximo recomendado WWTP Expressão inglesa Waste Water Treatment Plant xxi

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23 1. Introdução 1.1. Enquadramento e justificação do tema As iniciativas a realizar no domínio da drenagem urbana visam um desenvolvimento sustentável, procurando racionalizar e otimizar os recursos disponíveis, através da implementação de soluções integradas e economicamente mais eficazes, de forma a permitir um desempenho aceitável dos sistemas, ao longo do ciclo de vida, bem como dos serviços (Coelho, 1997). O setor de águas e resíduos em Portugal, materializado através dos serviços de abastecimento público de água às populações, de saneamento das águas residuais urbanas e de gestão dos resíduos urbanos, tem naturalmente uma importância fundamental na sociedade portuguesa. Não é possível falar de um verdadeiro desenvolvimento do País sem ter em conta a necessidade de dispor destes serviços, de forma generalizada, em todo o território com uma aceitável qualidade do serviço e a um preço eficiente (Baptista et al., 2013). A regulação dos serviços de abastecimento público de água às populações, de saneamento de águas residuais e de gestão de resíduos urbanos tem como principal preocupação a proteção dos interesses dos utilizadores, através da promoção da qualidade do serviço prestado pelas entidades gestoras e da garantia do equilíbrio dos tarifários praticados, materializada nos princípios de essencialidade, indispensabilidade, universalidade, equidade, fiabilidade e de custoeficácia. Deve igualmente ser garantida a salvaguarda do restante tecido empresarial do sector, não regulado, de apoio às entidades gestoras (Alegre et al., 2011). Neste contexto, para além do desenvolvimento de uma nova conceção dos sistemas e das práticas de construção associadas que satisfaçam as exigências de sustentabilidade, constituem prioridades a melhoria e a beneficiação das práticas de gestão e de reabilitação dos sistemas existentes. Para tal, reveste-se de particular importância a avaliação do desempenho, tanto dos sistemas existentes como dos resultados das medidas de beneficiação. Tradicionalmente o desempenho dos sistemas é traduzido em termos de impacto ambiental (e.g. ocorrência de descargas diretas dos sistemas para os meios recetores, de inundações ou fugas), comportamento hidráulico (e.g. ocorrência de cheias ou inundações, de entrada de carga dos coletores e obstruções) e condição estrutural (e.g. ocorrência de assentamentos, corrosão ou colapsos). Por outro lado, o desempenho é frequentemente expresso em função das práticas de projeto utilizadas em cada país, o que resulta numa variedade de formas de interpretação do que é considerado bom ou mau desempenho (Cardoso, 2007). A modelação de sistemas de abastecimento de água permaneceu, até muito recentemente, no domínio das técnicas empregues quase exclusivamente por académicos e investigadores para a exploração de problemas teóricos ou aplicações experimentais. A sua utilização efetiva na indústria da água tem sido reduzida, descontando o seu uso na verificação, muitas vezes apenas formal, de soluções de projeto (Coelho e Alegre, 1999).

24 As ferramentas disponíveis para análise, diagnóstico e avaliação do desempenho dos sistemas incluem os métodos baseados em observações por inspeção, os modelos matemáticos e a monitorização. Os modelos matemáticos constituem um instrumento de grande importância, no entanto produzem resultados geralmente complexos e de difícil interpretação. Os resultados de monitorização, quando disponíveis, fornecem um grande volume de dados, os quais podem ser de complexa interpretação. Para atingir com eficácia os objectivos de melhoria do desempenho ambiental dos sistemas de drenagem é necessário desenvolver novas ferramentas para apoiar quer o diagnóstico do desempenho dos sistemas quer a tomada de decisão de intervenções para reabilitação a introduzir. Neste contexto, e numa perspetiva empresarial moderna, a utilização de indicadores de desempenho que traduzam a qualidade do serviço praticado torna-se num instrumento indispensável no apoio à gestão dos sistemas de drenagem urbanos, uma vez que complementa e potencia o conhecimento obtido através de modelos de cálculo mais complexos. Os principais problemas encontrados em sistemas de drenagem urbana resultam principalmente de fatores como deficiências hidráulicas e estruturais nestes sistemas, deficiências ou ausência de tratamento dos caudais escoados e descargas diretas para o meio recetor, tanto em sistemas unitários (durante tempo chuvoso) como em sistemas separativos domésticos ou de descargas pluviais poluídas. Estas situações acarretam graves consequências para o meio recetor, tais como a contaminação do solo e das águas subterrâneas e superficiais e a degradação estética e da qualidade da água (Cardoso, 2007). A atuação dos serviços responsáveis pelos sistemas de águas residuais é condicionada, por um lado, pela obrigação do cumprimento das diretivas estabelecidas pela legislação europeia e, por outro, pela necessidade de proceder a trabalhos de reabilitação dos sistemas existentes (devido a degradação, expansão ou envelhecimento dos mesmos), num quadro de limitação de recursos financeiros disponíveis. Como tal torna-se necessário o estabelecimento de estratégias de planeamento e reabilitação baseadas numa abordagem integrada, ou seja, desenvolvendo ferramentas eficazes para o apoio à conceção, exploração, diagnóstico e reabilitação dos sistemas de drenagem urbana. Com efeito a utilização racional dos recursos financeiros implica o estabelecimento correto de prioridades de intervenção nos sistemas, aplicando os fundos disponíveis onde, quando e como for mais adequado, tendo em vista a melhoria do desempenho global dos sistemas. A utilização dos indicadores de desempenho como ferramenta de apoio aos processos de tomada de decisão é ainda relativamente recente neste setor e, apesar do potencial demonstrado em outros domínios do conhecimento, ainda não se utiliza uma metodologia objetiva, sistemática, eficaz e normalizada no campo dos sistemas de drenagem urbana. Em Portugal, os avanços já concretizados neste domínio devem-se a instituições como o Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC), o Instituto Superior Técnico (IST) ou a Faculdade de Ciências e Tecnologias da Universidade Nova de Lisboa (FCT/UNL). 2

25 Este tipo de abordagens reveste-se de particular importância face à realidade nacional, devido a fatores como: Necessidade de dispor de metodologias expeditas para análise do desempenho hidráulico e ambiental dos sistemas de drenagem urbanos existentes, bem como para avaliação de soluções alternativas destinadas à respetiva beneficiação/reabilitação. Crescente desenvolvimento de áreas urbanas constituídas na sua maioria por redes unitárias nos núcleos centrais, às quais afluem redes separativas periféricas mais recentes. Existência de um grande número de sistemas de drenagem de águas residuais cada vez mais complexos na sua conceção e operação. Escassez de informação detalhada, nomeadamente de cadastro, que caraterize os sistemas existentes. Vasta área urbana costeira com crescente densidade populacional, de grande relevância em termos turísticos, apresentando uso balnear intenso de forma sazonal. Diferentes regimes de precipitação relativamente aos países em que se desenvolveram as metodologias e critérios usuais de resolução dos problemas associados à drenagem em meio urbano, designadamente do centro da Europa, Canadá, Estados Unidos da América e Japão. Face ao exposto afigura-se como inovador e fundamental o desenvolvimento de uma abordagem de avaliação do desempenho dos sistemas de drenagem urbana, baseada em medidas objetivas e quantitativas. Este tipo de abordagem permitirá avaliar o desempenho de sistemas, novos ou existentes, assim como de alternativas de projeto e beneficiação, de acordo com normas e legislação em vigor, apoiando a tomada de decisão na seleção dessas alternativas e no estabelecimento das prioridades de reabilitação. O desenvolvimento deste tipo de abordagem é motivado pelo facto de, em Portugal e na maioria das situações, a informação disponível referente à caracterização dos sistemas ser de reduzida qualidade ou insuficiente, frequentemente inviabilizando o recurso em tempo útil de modelos mais complexos. Por outro lado, a necessidade de dispor de metodologias expeditas para análise do desempenho ambiental dos sistemas de drenagem urbanos existentes ou para avaliação de soluções alternativas destinadas à respetiva beneficiação/reabilitação também constitui um incentivo ao desenvolvimento deste tipo de abordagens integradas Objetivos e metodologia O presente trabalho tem como principal objetivo o desenvolvimento de um modelo de gestão integrada de sistemas de águas residuais baseado na contaminação microbiológica, que permita fazer uma avaliação expedita, objetiva, quantificada e sistematizada do desempenho de sistemas de drenagem urbana. Este tipo de metodologias apresentam-se como ferramentas de grande utilidade para entidades gestoras de sistemas de drenagem urbanos uma vez que complementam e potenciam o conhecimento dos sistemas, obtido com recurso a modelos mais complexos. Esta 3

26 Dissertação surge no seguimento do trabalho realizado por Ferreira, 2006, no qual a autora desenvolveu uma metodologia destinada à avaliação global integrada do desempenho de sistemas de drenagem urbanos, designada como Abordagem Simplificada Integrada (ASI). A ferramenta ASI assenta no conceito de indicadores de desempenho ou índices de desempenho do sistema (ver subcapítulo 2.1.), os quais integram a contribuição das diversas componentes do sistema (redes, ETAR e meio recetor) e a sua aplicação destina-se, especialmente, a situações de estudos de conceção e reabilitação ou a trabalhos de beneficiação em sistemas existentes, nos quais se verifica uma escassez de dados e informação relativas ao sistema em estudo. Permite a rápida análise e avaliação das intervenções propostas mais adequadas, representando uma ferramenta de grande utilidade e importância em termos de gestão operacional, especialmente útil para uma entidade gestora de sistemas de drenagem urbanos. A metodologia original (Ferreira, 2006) baseia-se no parâmetro Carência Química em Oxigénio (CQO), sendo a análise de desempenho ambiental dos sistemas determinada com base neste parâmetro. Pretende-se agora, desenvolver uma metodologia, baseada nos princípios e fundamentos do modelo ASI, assente na contaminação microbiológica, sendo os parâmetros escolhidos para o estudo as concentrações nas águas residuais e pluviais em Coliformes Fecais e Esherichia Coli. A metodologia seguida para a realização do trabalho foi a seguinte: Desenvolvimento de um modelo de gestão integrada de sistemas de águas residuais baseado na contaminação microbiológica (ASI Microbiológica) para sistemas de drenagem constituídos tanto por bacias dispostas em série como em paralelo. Desenvolvimento de um programa automático de aplicação do Modelo ASI-Mic. Aplicação da metodologia ASI-Mic. à frente de drenagem de Algés-Alcântara. Comparação dos resultados obtidos através da aplicação da Abordagem Simplificada Integrada (ASI-Mic.) baseada na contaminação microbiológica, com os resultados obtidos através da modelação ASI baseada no parâmetro Carência Química de Oxigénio (CQO) Estrutura da dissertação O presente trabalho encontra-se organizado em seis capítulos. O capítulo 1 tem como objetivo descrever de forma sumária o trabalho realizado, são apresentados temas como os objetivos e metodologia seguida para a realização do trabalho, a sua estrutura bem como o enquadramento e justificação do tema. No capítulo 2 apresenta-se o estado da arte no que se refere ao domínio da avaliação do desempenho ambiental de sistemas de drenagem de águas residuais e à legislação aplicável ao setor. Discutem-se os aspetos ligados ao processo e às metodologias de avaliação de desempenho, de entre os quais se destacam os sistemas de indicadores de desempenho, como ferramenta de gestão para entidades gestoras que operam neste sector de atividade. Pretende-se 4

27 dar a conhecer e caracterizar a situação nacional, no que se refere à avaliação do desempenho ambiental de sistemas de abastecimento de água, sistemas de saneamento de águas residuais, estações de tratamento de águas residuais e de resíduos sólidos, através da apresentação dos resultados publicados pela Entidade Reguladora dos Serviços de Água e Resíduos, no seu relatório anual (RASARP), para o ano de 2011 (Sistemas de Abastecimento de Águas e Sistemas de Saneamento de Águas Residuais) e pela Inspeção-geral do Ambiente e do Ordenamento do Território (MAOTDR, 2004), que caracteriza a situação das ETAR nacionais, no ano de 2000 e Dada a sua grande relevância e contributo para o avanço do conhecimento neste sector, dáse especial atenção a dois programas de Investigação e Desenvolvimento Tecnológico, nomeadamente o PASt21 (Iniciativa Nacional de Avaliação de Desempenho de ETA e ETAR Urbanas) e a COST (Cooperação Europeia no domínio da Investigação Científica e Técnica) e aos resultados que deles advêm. Neste capítulo refere-se ainda a importância da avaliação do desempenho ambiental de sistemas de drenagem de águas residuais, com base na modelação hidráulica. De facto, a disponibilização de instrumentos que permitam a avaliação dos níveis de serviço ou de desempenho dos sistemas assume uma relevância crescente dado o seu contributo para o conhecimento do impacto efetivo que as intervenções e os investimentos efetuados exercem sobre o controlo e beneficiação do comportamento das infraestruturas, minimizando fatores como a incerteza e o risco no processo de tomada de decisão decorrente da escassez de dados definidores dos sistemas. Referem-se também as vantagens em termos de gestão operacional decorrentes da utilização de modelos simplificados como a metodologia ASI-Mic. No capítulo 3 descreve-se uma metodologia de avaliação do desempenho ambiental de sistemas de drenagem urbana, com ênfase na contaminação microbiológica (ASI-Mic.). O modelo simplificado proposto permite avaliar o grau de poluição potencial do sistema e baseia-se nos parâmetros microbiológicos Coliformes Fecais e Esherichia Coli. É feita uma descrição do modelo, das suas potencialidades e vantagens em termos de gestão operacional relativamente a modelos de cálculo mais sofisticados ou complexos, sendo apresentadas as expressões de cálculo deduzidas respetivamente para sistemas de drenagem de águas residuais constituídos por bacias em série e em paralelo. Com o objetivo de facilitar a utilização desta metodologia por parte de potenciais interessados surgiu a ideia de criar uma ferramenta automática que permite a aplicação do modelo ASI-Mic. a vários sistemas de drenagem de águas residuais, cada um com as suas características específicas. A ferramenta desenvolvida, apresentada no capítulo 4, permite avaliar o desempenho ambiental de sistemas de drenagem urbanos constituídos por várias bacias de drenagem dispostas em série (no máximo de 5 bacias de drenagem), de uma forma simples e expedita. Permite ainda a definição de cenários hipotéticos, representativos de alterações a introduzir no sistema de drenagem, como sejam obras de reabilitação (no máximo de 5 cenários de estudo) e a sua comparação com a situação atual. É também apresentado um manual de utilização, que serve de guia e apoio ao utilizador aquando da utilização do programa ASI-Mic. 5

28 A aplicação da metodologia ASI-Mic. à frente de drenagem Algés-Alcântara é apresentada no capítulo 5 da Dissertação, com o intuito de avaliar o desempenho ambiental de sistemas, bem como simular os efeitos individuais ou combinados das medidas de reabilitação propostas para o subsistema Algés-Alcântara. Por último, no capítulo 6, faz-se uma breve síntese do trabalho realizado, são apresentadas as conclusões que dele resultam e ainda algumas sugestões relativas a futuros desenvolvimentos neste domínio do conhecimento. 6

29 2. Indicadores de desempenho e modelação de sistemas de drenagem de águas residuais urbanos 2.1. Aspetos introdutórios As atividades de abastecimento público de água às populações, de saneamento de águas residuais urbanas e de gestão de resíduos urbanos constituem serviços públicos de caráter estrutural, essenciais ao bem-estar geral, à saúde pública e segurança coletiva das populações, às atividades económicas e à proteção do ambiente. Estes serviços devem pautar-se por princípios de universalidade no acesso, de continuidade e qualidade do serviço, e de eficiência e equidade dos tarifários aplicados (Alegre et al., 2011). A forma de concretização desses objetivos pelas entidades gestoras de sistemas de saneamento tem evoluído ao longo do tempo. Atualmente, a melhoria da qualidade do serviço prestado pelas entidades gestoras dos sistemas às comunidades tornou-se uma questão prioritária. A disponibilização de medidas que permitam avaliar os níveis de serviço, nos seus diversos componentes, é indispensável para que as entidades gestoras conheçam o impacto efetivo dos investimentos efetuados ou das ações praticadas. Neste contexto, e numa perspetiva empresarial moderna, a utilização de indicadores de desempenho que traduzam a qualidade do serviço praticado torna-se indispensável, como instrumento de apoio à gestão dessas entidades (Coelho e Alegre, 1999). A avaliação do desempenho, com base em indicadores de desempenho, permite a definição integrada dos aspetos que devem ser avaliados, por forma a que se obtenha um melhor controlo, compreensão e melhoria dessas atividades, assim como apoiar as decisões a tomar. A avaliação do desempenho pode ser aplicável em qualquer sector da organização, desde os níveis mais elevados de administração e de gestão, até a áreas específicas de atividade (PBM SIG, 1995). Os responsáveis e gestores de uma organização devem saber onde, como e quando introduzir determinadas alterações. Para a tomada de decisão sobre quais alterações considerar é indispensável conhecer a informação apropriada em que as decisões se baseiam. Não existe ainda uma abordagem normalizada e universal de avaliação do desempenho, embora a sua existência permitisse, numa dada organização, ou mesmo num âmbito mais alargado, fazer uma análise numa perspetiva integrada e de possível comparação. No caso de entidades gestoras de sistemas abastecimento de água e/ou saneamento, a avaliação do desempenho pode ser vista sob três perspetivas: a implementação de sistemas de gestão da qualidade; a utilização de instrumentos de apoio à gestão; a melhor utilização da tecnologia existente, particularmente utilizando instrumentos de apoio à engenharia. Neste contexto a International Water Association (IWA) promoveu o desenvolvimento de sistemas de Indicadores de Desempenho (ID) para os serviços de abastecimento de águas e de águas 7

30 residuais. Os sistemas de ID da IWA destinam-se a fornecer às entidades gestoras instrumentos de gestão objetivos e integrados, bem como a outros agentes interessados em quaisquer aspetos relacionados com a prestação de serviços de águas e águas residuais (Alegre et al., 2000). Um sinal claro da relevância mundial de uma estrutura integradora de indicadores de desempenho no âmbito da prestação de serviços de abastecimento de água e de águas residuais vem dos desenvolvimentos recentes no domínio da normalização internacional como parte do trabalho desenvolvido pela comissão Técnica ISO/TC 224, que tem como objetivo a normalização de um quadro de referência que tem em vista a avaliação e caracterização das atividades relacionadas com serviços de abastecimento de água e águas residuais urbanas (Alegre. et al., 2011). Neste contexto, foi publicado em 2000 o manual de ID para serviços de abastecimento de água e desde então tanto o manual como o sistema de indicadores nele descrito têm sido sujeitos a uma avaliação detalhada através de testes de campo realizados por cerca de setenta utilizadores, a qual conduziu à introdução de várias alterações e melhorias ao sistema inicialmente proposto. A definição de um sistema de indicadores de desempenho deve ser feita de forma a garantir os seguintes requisitos (Alegre et al., 2000): abrangência, concebido para cobrir todas as principais atividades de uma entidade gestora de serviços de abastecimento de água; ausência de sobreposição em significado ou em objetivos entre indicadores; referência ao mesmo período de tempo (um ano é o período de avaliação adotado pelo ERSAR); aplicabilidade a entidades gestoras com características e graus de desenvolvimento diversos. Na edição original do manual para serviços de abastecimento de água, foram recomendados seis grupos de indicadores: indicadores de recursos hídricos, de recursos humanos, infraestruturais, operacionais, de qualidade de serviço e económico-financeiros, podendo a atribuição dos níveis de importância de cada indicador ser feita pelos utilizadores do sistema. O manual de ID para serviços de águas residuais, publicado no seguimento do manual de ID para sistemas de abastecimento de água, manteve os princípios genéricos e a abordagem estabelecida na edição original, significando que a definição dos ID e o enquadramento do seu uso foram feitos de forma similar. Esta situação deve-se ao facto da abordagem geral e o formato utilizados na edição original terem sido largamente aceites e produzido resultados apropriados. Desta forma, os ID de abastecimento de água e os de águas residuais partilham uma estrutura comum e muitos dos indicadores e das variáveis. No entanto, as diferenças mais significativas entre as principais características e os requisitos de serviço dos dois tipos de sistemas requerem alguma diferenciação. As principais diferenças entre as perspetivas e os requisitos dos ID para serviços de abastecimento de água e de águas residuais são (Duarte et al., 2003 citado em Alegre et al., 2011): 8

31 Os serviços de abastecimento de água são direcionados, principalmente, para os consumidores localizados no fim do sistema, enquanto que os serviços de águas residuais se destinam, essencialmente, a contribuir para manter a saúde e o bem-estar da população através da remoção de agentes patogénicos e da prevenção de inundações. Os impactes ambientais dos sistemas de abastecimento de água tendem a ser menos significativos do que os dos sistemas de águas residuais. Nos primeiros, as medidas de desempenho mais importantes podem estar relacionadas com as captações, além disso, a eficiência global da utilização dos recursos hídricos será significativa. Para as águas residuais, é importante mitigar caudais de inundação e a poluição ambiental, quando não são utilizadas soluções de tratamento apropriadas. Os sistemas de águas residuais têm um impacte ambiental potencialmente maior do que os serviços de abastecimento de água devido ao risco de inundação e a poluição ambiental. As águas residuais também apresentam uma maior variabilidade em termos de qualidade devido à diversidade de contaminantes que podem aparecer através do sistema de águas residuais. Os serviços de abastecimento de água têm como principal objetivo servir os consumidores, pelo que os principais efeitos de uma gestão deficiente terão impactes, sobretudo, nestes consumidores. De uma forma geral, uma gestão deficiente dos serviços de águas residuais afetará, não apenas os utilizadores, mas uma maior gama de entidades, em resultado de inundações e de poluição. Os sistemas de abastecimento de água são, em geral, mais fáceis de caracterizar do que os sistemas de águas residuais. Excetuando a origem de água, são operados com sistemas de gestão bem controlados. Assim sendo, uma vez a água captada, o desempenho de um sistema de abastecimento de água é razoavelmente previsível. Contudo, os sistemas de águas residuais estão associados a processos essencialmente aleatórios, tendo a precipitação como principal fator limitante, verificando-se que mesmo em sistemas separativos que drenam caudais em tempo seco, as infiltrações e as ligações indevidas resultam, com frequência, num comportamento altamente variável. Assim, é mais difícil prever, medir e controlar o comportamento dos sistemas de águas residuais relativamente aos sistemas de abastecimento de água, o que resulta na necessidade de recolha de um número muito superior de dados (ou da sua previsão através de modelos). Segundo Alegre et al., 2006, um indicador de desempenho é o valor resultante da combinação de várias variáveis, geralmente uma razão entre estas, expresso em unidades específicas, e o grau de confiança que indica a qualidade dos dados representados por esse indicador. Os mesmos autores consideram os indicadores de desempenho como medidas da eficiência e da eficácia de um serviço, prestado por uma entidade, sendo a informação por eles fornecida o resultado da comparação com um valor objetivo, com valores do mesmo indicador ao longo do tempo ou com valores de outras entidades. A eficiência mede até que ponto os recursos disponíveis são utilizados de modo otimizado para a produção do serviço. A eficácia mede até que ponto os objetivos da gestão, tais como níveis de serviço, foram cumpridos. 9

32 Há também quem diferencie medidas e indicadores de desempenho, tanto no que respeita aos seus objetivos como aos alvos ou finalidades, considerando os indicadores como um subconjunto das medidas ou, ainda, como uma relação entre medidas. Segundo o US Department of Energy (Alegre et al., 2006): uma medida de desempenho é uma caracterização quantitativa ou qualitativa do desempenho, podendo dizer-se que traduz um determinado efeito de funcionamento dum sistema ou organização, e que corresponde a um certo aspeto do desempenho que pode ser medido; um indicador de desempenho é um valor ou uma característica particular usada para medir esse efeito ou resultado, um parâmetro útil na determinação do grau em que uma organização ou sistema atinge a sua finalidade, uma expressão quantificada que permite observar e registar o estado de um processo, ou informação operacional que fornece indicações sobre o desempenho ou a condição de uma organização ou sistema; os objetivos de desempenho são declarações dos resultados desejáveis de uma organização ou atividade, ou níveis de desempenho desejáveis, expressos através de objetivos tangíveis e mensuráveis, em relação aos quais o desempenho real pode ser comparado, incluindo normas, valores ou taxas quantitativas. Apesar de se tratar de uma abordagem relativamente recente no domínio da drenagem urbana, a utilização de sistemas de indicadores de desempenho, como forma de avaliação dos níveis de desempenho da organização, é largamente utilizada noutros domínios do conhecimento, tendo demonstrado grandes potencialidades de gestão e apoio ao processo de tomada de decisão por parte das organizações. De seguida referem-se alguns exemplos de aplicação de sistemas de indicadores aplicados a outros setores da indústria: Upadhyaya e Kumari Moore, 2012 desenvolveram um sistema de indicadores de sustentabilidade (traduzido do inglês Sustainability indicators (SIs)) para reutilização de águas residuais, aplicado a dois sistemas de drenagem urbana em Victoria, Austrália. A metodologia foi desenvolvida em consonância com as diretrizes e políticas australianas em vigor no domínio da reutilização de águas residuais. Desta forma os autores definiram vinte e sete indicadores (SIs) agrupados em cinco categorias: ambiental, técnica, social, económica e institucional. Passeggi et al., 2011 apresentam um novo sistema de avaliação do desempenho ambiental, baseado em indicadores de desempenho e aplicado ao setor do tratamento de efluentes resultantes da indústria de laticínios. Neste trabalho é feita a comparação do novo sistema de tratamento de efluentes de lacticínios, composto por um reator UASB ( Up flow Anaerobic Sludge Bed ), com uma abordagem de tratamento de águas residuais mais tradicional, que inclui uma unidade de flutuação do ar dissolvido (DAF), um condicionador de ph, um reator anaeróbico de contacto e um clarificador. Concluíram que, para níveis de recuperação de metano semelhantes, o novo sistema é mais simples, com menos unidades de processamento e um volume 40% menor por kg de CQO (Carência Química de Oxigénio) para ser tratado em comparação com a abordagem tradicional. 10

33 Ingaramo et al., 2008 conduziram um estudo que apresenta três novos índices de desempenho para utilização em estações de tratamento de águas residuais ligadas à indústria de processamento da cana-de-açúcar. Segundo os autores o consumo de grandes volumes de água e a produção de compostos orgânicos, como efluentes líquidos são os maiores problemas ambientais neste tipo de indústria. O volume de água doce exigido por esta indústria pode ser significativamente reduzido através da recuperação da água intrínseca presente na cana-de-açúcar. Esta quantidade de água doce vai depender da tecnologia utilizada. Os três novos índices apresentados neste trabalho são: WIN, que indica a eficiência do uso da água, e EIN1 e EIN2, que quantificam o parâmetro CQO presente nas águas residuais. Dado o seu contributo e importância para o desenvolvimento do setor, referem-se nos próximos parágrafos dois programas de Investigação desenvolvidos por entidades nacionais e internacionais. A Iniciativa Nacional de Avaliação de Desempenho de ETA e ETAR Urbanas PASt21 é um projeto de I&DT (Sistema de Incentivos à Investigação e Desenvolvimento Tecnológico nas Empresas) proposto pelo LNEC, I.P. e coordenado pelo Núcleo de Engenharia Sanitária do Departamento de Hidráulica e Ambiente. Esta iniciativa visa testar, a nível nacional, os sistemas de avaliação de desempenho (PAS) de estações de tratamento de água e de águas residuais urbanas, recentemente desenvolvidos pelo LNEC em colaboração com a empresa Águas do Algarve, S.A. no caso das ETA e com a Universidade dos Açores na vertente ETAR. O projeto testa, a nível nacional, 10 estações de tratamento de água (ETA) e 17 estações de tratamento de águas residuais (ETAR), os sistemas de avaliação de desempenho recentemente desenvolvidos sob coordenação do LNEC para ETA e ETAR urbanas. Visa promover a avaliação de desempenho de uma forma sistemática, com base em dados coerentes e fiáveis. Estes sistemas são orientados por objetivos, normalizados e quantitativos, direcionados para os aspetos operacionais e destinados a apoiar as tomadas de decisão no âmbito da operação e da reabilitação das instalações. São objetivos do projeto: estabelecer valores de referência para as medidas de avaliação de desempenho; identificar subconjuntos de indicadores de desempenho com objetivos específicos (gestão estratégica, gestão operacional, e.g., minimização de consumo de energia e/ou reagentes); reforçar a robustez e aplicabilidade do atual sistema de avaliação de desempenho e da respetiva ferramenta de cálculo automático a ETA/ETAR de diferentes tipologias. O projeto Past21 tem como principal resultado um portfólio de indicadores e de índices de avaliação de desempenho das estações como um todo e das várias operações e processos de tratamento que as constituem, de modo a identificar melhorias de desempenho. Tem também como resultado uma ferramenta de cálculo automático e de visualização dos valores dos indicadores e índices, bem como publicações científicas, técnicas e de divulgação. (adaptado de Past21 Iniciativa Nacional de Avaliação de Desempenho de ETA e ETAR Urbanas). 11

34 O programa Multilateral e Redes Científicas COST (Cooperação Europeia no domínio da Investigação Científica e Técnica) é o mais antigo quadro europeu de coordenação de atividades de investigação financiadas a nível nacional. Baseia-se num quadro intergovernamental de cooperação acordado numa Conferência Ministerial que teve lugar em Novembro de 1971, em Bruxelas, e que envolveu 19 países europeus. Atualmente são membros da COST 35 países europeus, mais um cooperante (Israel). A COST tem como missão reforçar a investigação científica e técnica conjunta na Europa, através do apoio à cooperação e interação entre investigadores europeus, sendo considerada, a par com o Programa-Quadro de IDT e o EUREKA, um elemento chave do Espaço Europeu de Investigação (ERA). O seu objetivo é maximizar sinergias europeias e o valor acrescentado em investigação fundamental, não competitiva e pré-normativa. A COST desenvolve as suas atividades em 9 domínios científicos, de entre os quais a gestão de recursos hídricos.muitas das ações COST foram dedicadas a vários aspetos ambientais da gestão dos recursos hídricos, de entre as quais se destaca a Ação 624 pela sua importância e excecional interesse demonstrado pelos cientistas participantes. O tratamento de águas residuais é uma questão de grande importância e das mais exigentes em termos de gestão dos recursos hídricos na maioria dos países europeus. Como tal, a coordenação a nível internacional é muito importante. A Ação COST 624 tem como tema principal a otimização da gestão de águas residuais, através do aumento do conhecimento dos processos microbianos associados e pela implementação de ações de controlo integradas, nas infraestruturas de tratamento de águas residuais. Esta Ação contou com a colaboração de 300 cientistas, vindos de 23 países. Os resultados decorrentes dos trabalhos foram publicados em diversas revistas internacionais, num total de 29 trabalhos com autoria internacional. A ERSAR, entidade reguladora do sector, implementou um sistema de avaliação do desempenho das entidades gestoras com recurso a um conjunto de indicadores de águas, águas residuais e resíduos, o qual permite a regulação da qualidade de serviço e que tem por objectivo a melhoria da eficácia e eficiência com que são prestados os serviços de águas e resíduos, sendo realizada, com recurso à avaliação do desempenho das entidades gestoras. Os sistemas de indicadores de desempenho implementados foram desenvolvidos pela International Water association (IWA) e contemplam os aspetos mais relevantes para a gestão de topo de uma entidade gestora de abastecimento de água, águas residuais e resíduos sólidos. Nos próximos parágrafos discutem-se os aspetos ligados ao processo e às metodologias de avaliação de desempenho, de entre os quais se destacam os sistemas de indicadores de desempenho, como ferramenta de gestão para entidades gestoras que operam neste sector de atividade. Dada a atualidade e relevância crescentes destas temáticas, pretende-se dar a conhecer e caracterizar a situação nacional, no que se refere à avaliação do desempenho ambiental de sistemas de abastecimento de água, sistemas de drenagem de águas residuais, estações de tratamento de águas residuais e de resíduos sólidos, através da apresentação dos resultados publicados pela Entidade Reguladora dos Serviços de Água e Resíduos, no seu 12

35 relatório anual (RASARP), para o ano de 2011 (Sistemas de Abastecimento de Águas e Sistemas de Saneamento de Águas Residuais) e pela Inspeção-geral do Ambiente e do Ordenamento do Território (MAOTDR, 2004), que caracteriza a situação das ETAR nacionais, no ano de 2000 e Sistemas de distribuição de água Indicadores de desempenho para sistemas de distribuição de água O sistema de indicadores apresentado pela IWA contempla os aspetos mais relevantes para a gestão de topo de uma entidade gestora de abastecimento de água. A implementação do sistema de indicadores de desempenho da IWA não implica a adoção da globalidade dos indicadores, pelo contrário, a IWA recomenda que as entidades selecionem apenas os mais relevantes para o seu caso concreto. Como orientação da definição das prioridades, recomenda-se a adoção de uma classificação dos indicadores de desempenho em três níveis, de acordo com a sua importância: Nível 1 ( N1 ): inclui um primeiro conjunto de indicadores de desempenho que fornece uma síntese da eficiência e da eficácia da entidade gestora. Nível 2 ( N2 ): constitui um conjunto adicional de indicadores de desempenho que permite um conhecimento mais pormenorizado do que os indicadores do Nível 1, para utilizadores que necessitem de uma análise mais profunda. Nível 3 ( N3 ): constitui mais um conjunto adicional de indicadores de desempenho, de maior detalhe específico, mas ainda relevantes para a gestão de topo da entidade gestora. A entidade gestora deverá classificar os indicadores escolhidos num destes níveis, de acordo com as suas próprias prioridades (Alegre et al., 2006). Desta forma, um indicador de desempenho é o valor resultante da combinação de várias variáveis, geralmente uma razão entre estas, expresso em unidades específicas, e o grau de confiança que indica a qualidade dos dados representados por esse indicador. Nos quadros seguintes apresentam-se as listas dos indicadores de desempenho que melhor se enquadram na temática abordada nesta Dissertação, contendo a designação de cada indicador e a sua unidade de expressão (adaptado de Alegre et al., 2006). Quadro 1 - Indicadores de desempenho de recursos hídricos (adaptado de Alegre et al., 2006). Código Indicadores de recursos hídricos (WR) Unid. WR1 Ineficiência na utilização dos recursos hídricos % WR2 Disponibilidade de recursos hídricos % WR3 - disponibilidade de recursos hídricos próprios % WR4 Água reutilizada no abastecimento % 13

36 Quadro 2 - Indicadores de desempenho infraestruturais (adaptado de Alegre et al., 2006). Código Indicadores infraestruturais (Ph) Unid. Ph1 Utilização das estações de tratamento % Ph2 Capacidade de reserva de água bruta dias Ph3 Capacidade de reserva de água tratada dias Ph4 Utilização da capacidade de bombeamento % Ph8 Densidade de válvulas nº/km Ph9 Densidade de hidrantes nº/km Ph10 Densidade de medidores e z.m.c nº/1000 ramais Ph11 Densidade de contadores de clientes nº/ramal Ph12 - clientes com contador nº/cliente Ph13 - clientes domésticos com contador nº/cliente Ph14 grau de automação % Ph15 Grau de controlo remoto % Quadro 3 - Indicadores de desempenho operacionais (adaptado de Alegre et al., 2006). Código Indicadores operacionais (Op) Unid. Op1 Inspeção de grupos eletrobomba nº/ano Op2 Limpeza de reservatórios nº/ano Op3 Inspeção das redes %/ano Op4 Controlo de fugas %/ano Op5 Reparações por controlo ativo de fugas nº/100 km/ano Op6 Inspeção de hidrantes nº/ano Op16 Reabilitação de condutas %/ano Op17 - renovação de condutas %/ano Op18 - substituição de condutas %/ano Op19 - substituição de válvulas %/ano Op20 Reabilitação de ramais %/ano Op21 Recuperação de grupos eletrobomba %/ano Op22 Substituição de grupos eletrobomba %/ano Op23 Perdas de água por ramal m3/ramal/ano Op24 Perdas de águas comprimento de conduta m3/ramal/dia Op25 - perdas aparentes % Op26 - perdas aparentes por volume de água entrada no sistema % Op27 - perdas reais por ramal l/km/dia Op28 - perdas reais por comprimento de conduta l/km/dia 14

37 Quadro 4 - Indicadores de desempenho qualidade de serviço (adaptado de Alegre et al., 2006). Código Indicadores de qualidade do serviço (QS) Unid. QS1 Alojamentos servidos % QS2 Edifícios servidos % QS3 População servida % QS4 - população servida por ramal % QS5 - população servida por fontanários ou outros pontos de consumo público % QS10 Adequação da pressão de serviço % QS11 Adequação do abastecimento na adução % QS12 Continuidade do abastecimento % QS13 Interrupções do fornecimento % QS14 Interrupções por ramal nº/1000 ramais/ano QS18 Qualidade da água fornecida % QS19 - qualidade organolética % QS20 - qualidade microbiológica % QS21 - qualidade físico-química % QS22 - qualidade relativa à radioatividade % QS23 Eficiência no estabelecimento de ligações dias QS24 Tempo de instalação de novos contadores dias QS25 Eficiência na reparação de ligações dias Caracterização geral e avaliação do desempenho ambiental de sistemas de distribuição de água, no panorama nacional No presente subcapítulo pretende-se sintetizar a informação mais relevante no que respeita à qualidade do serviço prestado aos utilizadores por todo o universo de entidades gestoras de abastecimento de águas no ano de 2011, referenciada a 31 de Dezembro, abordando a avaliação dessa qualidade por indicador de qualidade do serviço e por entidade gestora. Este processo constitui uma peça fundamental do modelo de regulação implementado pela ERSAR (RASARP, 2012) e constitui um dos maiores exercícios à escala internacional de avaliação da qualidade dos serviços de águas e resíduos e de comparação das entidades gestoras (Baptista et al., 2013). O sistema de avaliação da qualidade do serviço no ano 2011 foi aplicado a todas as entidades gestora de Portugal Continental, que foram avaliadas individualmente em cada uma das atividades principais da entidade gestora de abastecimento público de água. Para o serviço de abastecimento de água, foram avaliadas 15 entidades gestoras, sendo a sua distribuição geográfica apresentada na Figura 1. 15

38 Figura 1 - Entidades gestoras em alta com serviço de abastecimento público de água Os valores de referência para os sistemas em alta e em baixa expressos, que resultam da sua avaliação com base no sistema de Indicadores de Desempenho definido pela IWA, são: qualidade do serviço boa [98,50; 100,00], qualidade do serviço mediana [94,50; 98,50[ e qualidade do serviço insatisfatória [0,00; 94,50[, o valor da eficiência atingida (%) pela entidade gestora. Mesmo tendo em conta os elevados níveis de exigência definidos pela ERSAR para as entidades gestoras de sistemas de abastecimento público de água, os resultados demonstraram uma qualidade do serviço global positiva (Figura 2 e Figura 3). Figura 2 - Distribuição da avaliação Abastecimento de água em alta (adaptado de RASARP 2012) 16

39 Figura 3 - Distribuição da avaliação Abastecimento de água em baixa (adaptado de RASARP 2012) No Quadro 5 apresenta-se, por parâmetro, a evolução do cumprimento do valor paramétrico na torneira do consumidor no abastecimento em alta (pontos de entrega) entre 2008 e 2011 e a variação em relação ao ano anterior e Quadro 5 - Evolução do cumprimento do valor paramétrico nos pontos de entrega das 15 entidades gestoras em alta No Quadro 6 apresenta-se, por parâmetro, a evolução cumprimento do valor paramétrico na torneira do consumidor, em Portugal Continental, entre 2008 e 2011, e a variação em relação ao ano anterior e Quadro 6 - Evolução do cumprimento dos valores paramétricos, por parâmetro, na torneira do consumidor 2.3. Sistemas de drenagem de águas residuais urbanos Indicadores de desempenho para sistemas de drenagem de águas residuais urbanos Neste subcapítulo faz-se referência aos indicadores de desempenho definidos pela IWA, para os serviços de águas residuais. Pretende-se que os 182 ID apresentados constituam um conjunto alargado que deverá cobrir todos os tipos de entidades gestoras e de objetivos para o seu uso. Desta forma, cada entidade gestora deve selecionar o subconjunto relevante de ID em função dos objetivos da avaliação pretendidos (Matos et al., 2003). A utilização normal do sistema de ID de águas residuais pressupõe que os indicadores sejam reportados com base em variáveis registadas com uma frequência anual. Recomenda-se que o ano seja utilizado como período de 17

40 avaliação de referência por assegurar tempo suficiente para que a maior parte dos dados para cálculo dos ID seja estatisticamente consistente. O Sistema de ID agrupa os mesmos em seis grupos: ambientais, de recursos humanos, infraestruturais, operacionais, de qualidade de serviço e económico-financeiros. Os ID podem ser classificados atribuindo um de três níveis de importância, de acordo com a sua relevância relativamente ao objetivo da avaliação e ao contexto de aplicação. Desta forma a entidade gestora deverá classificar os ID definidos no manual em um de três níveis de importância: elevado, médio e baixo, tal como recomendado pela IWA (consultar subcapítulo 5.3 Matos et al., 2003). O valor resultante da combinação de várias variáveis, geralmente uma razão entre estas, expresso em unidades específicas, e o grau de confiança que indica a qualidade dos dados, permitem definir o valor de um indicador de desempenho. Nos quadros seguintes apresentam-se as listas dos indicadores de desempenho que melhor se enquadram na temática abordada nesta Dissertação, contendo a designação de cada indicador e a sua unidade de expressão (adaptado de Matos et al., 2003). As listas de indicadores de desempenho completas são apresentadas no Anexo 1. Quadro 7 - Indicadores de desempenho ambientais (adaptado de Matos et al., 2003). Código Indicadores ambientais (wen) Unid. wen1 Cumprimento de legislação sobre descargas de ETAR %/ano wen2 Reutilização de águas residuais tratadas % wen3 Frequência de descargas de excedentes nº/ descarregador de tempestade/ano wen4 Volume de descargas de excedentes m3/ descarregador de tempestade/ano wen5 Volume de descargas de excedentes originadas por precipitação % wen6 Produção de lamas em ETAR kg MS/e.p./ano wen7 Valorização de lamas em ETAR % wen8 Destino final de lamas em ETAR % wen9 - deposição em aterro % wen10 - incineração % wen11 - outras formas de destino final % wen12 Remoção de sedimentos de coletores ton/e.p./ano wen13 Remoção de sedimentos de órgãos complementares da rede ton/km de coletor/ano wen14 Remoção de gradados da rede ton/km de coletor/ano wen15 Remoção de sedimentos de sistemas de tratamento local ton/km de coletor/ano 18

41 Quadro 8 - Indicadores de desempenho operacionais (adaptado de Matos et al., 2003). Código Indicadores operacionais (wop) Unid. wop1 Inspeção de coletores %/ano wop2 Limpeza de coletores %/ano wop3 Inspeção de câmaras de visita (-/ano) wop4 Inspeção de recolha (-/ano) wop5 Limpeza de dispositivos de entrada (-/ano) wop6 Frequência de inspeção de estruturas de armazenamento e de nº/estrutura de descarregadores de tempestade armazenamento/ano wop7 Inspeção de estruturas de armazenamento e de descarregadores de tempestade (-/ano) wop30 Infiltração/exfiltração e ligações indevidas % wop31 ligações indevidas m3/km/ano wop32 Infiltração m3/km/ano wop33 exfiltração m3/km/ano wop34 Obstruções em coletores nº/100 km/ano wop35 Locais de obstruções em coletores nº/100 km/ano wop36 Obstruções em instalações elevatórias nº/instalação elevatoria/ano wop37 Inundações provenientes de redes de águas residuais domésticas nº/100 km coletor/ano wop38 Inundações provenientes de redes unitárias de águas residuais nº/100 km coletor/ano wop39 Inundações de escorrências superficiais nº/100 km coletor/ano wop40 Colapsos estruturais nº/100 km coletor/ano wop44 Análises realizadas (-/ano) wop45 - análise de CBO (-/ano) wop46 - análise de CQO (-/ano) wop47 - análise de SST (-/ano) wop48 - análise de fósforo total (-/ano) wop49 - análise de azoto total (-/ano) wop50 - análise de Esherichia Coli (-/ano) wop51 - outras análises (-/ano) wop52 Análises de lamas (-/ano) wop53 Análises de descargas industriais (-/ano) 19

42 Quadro 9 - Indicadores de desempenho infraestruturais (adaptado de Matos et al., 2003). Código Indicadores infraestruturais (wph) Unid. wph1 Utilização da capacidade de tratamento preliminar % wph2 Utilização da capacidade de tratamento primário % wph3 Utilização da capacidade de tratamento secundário % wph4 Utilização da capacidade de tratamento terciário % wph5 Entrada em carga de coletores de tempo seco % wph6 Entrada em carga de coletores de tempo chuva % wph7 Entrada em carga significativa de coletores % wph8 Potência de bombagem utilizada no sistema de drenagem % wph9 Potência de bombagem utilizada no sistema em ETAR % wph10 Utilização da capacidade de bombagem do sistema de drenagem % wph11 Grau de automação do sistema % wph12 Grau de controlo remoto do sistema % Quadro 10 - Indicadores de desempenho de qualidade de serviço (adaptado de Matos et al., 2003). Código Indicadores qualidade de serviço (wqs) Unid. wqs1 População residente com ligação ao sistema de drenagem % wqs2 População residente servida com ETAR % wqs3 População residente servida com sistemas de tratamento local % wqs4 População residente não servida % wqs5 Volume de águas residuais tratadas em ETAR % wqs6 - volume de águas residuais tratadas com tratamento preliminar % wqs7 - volume de águas residuais tratadas com tratamento primário % wqs8 - volume de águas residuais tratadas com tratamento secundário % wqs9 - volume de águas residuais tratadas com tratamento terciário % wqs15 Interrupções do serviço de drenagem % wqs16 Eficiência de instalação de ramais de ligação existentes dias/novo ramal wqs17 Eficiência de instalação de reparação ramais de ligação existentes dias/ ramal reparado wqs18 Tempo médio de resposta de limpeza de fossas séticas ou latrinas dias/pedido 20

43 Caracterização geral e avaliação do desempenho ambiental de sistemas de drenagem de águas residuais urbanos, no panorama nacional No presente subcapítulo pretende-se sintetizar a informação mais relevante no que respeita à qualidade do serviço prestado aos utilizadores por todo o universo de entidades gestoras de sistemas de drenagem urbanos no ano de 2011, abordando a avaliação dessa qualidade por indicador de qualidade do serviço e por entidade gestora. Este processo constitui uma peça fundamental do modelo de regulação implementado pela ERSAR (RASARP, 2012) e constitui um dos maiores exercícios à escala internacional de avaliação da qualidade dos serviços de águas e resíduos e de comparação das entidades gestoras (Baptista et al., 2013). Para o serviço de drenagem de águas residuais foram avaliadas 19 entidades gestoras, sendo a sua distribuição geográfica apresentada na Figura 4. Figura 4 - Entidades gestoras em alta com serviço de drenagem de águas residuais Os valores de referência para os sistemas em alta e em baixa expressos, que resultam da sua avaliação com base no sistema de Indicadores de Desempenho definido pela ERSAR, são: qualidade do serviço boa [98,50; 100,00], qualidade do serviço mediana [94,50; 98,50 [ e qualidade do serviço insatisfatória [0,00; 94,50[, o valor eficiência da atingida (%) pela entidade gestora. Mesmo tendo também em conta os elevados níveis de exigência definidos à partida pela ERSAR para as entidades gestoras de sistemas de drenagem de águas residuais, os resultados demonstraram uma qualidade do serviço global positiva (Figura 5 e Figura 6). 21

44 Figura 5 - Distribuição da avaliação de sistemas de drenagem de águas residuais em alta (adaptado de RASARP 2012) Figura 6 - Distribuição da avaliação de sistemas de drenagem de águas residuais em baixa (adaptado de RASARP 2012) A avaliação da existência de capacidade de tratamento adequada define-se como a percentagem da capacidade de tratamento existente que foi utilizada, face ao respetivo dimensionamento (conceito a aplicar a entidades gestoras de sistemas em alta e em baixa). A comparação da qualidade do serviço prestado pelas entidades gestoras em alta e em baixa é sintetizada na Figura 7. Figura 7 - Comparação da qualidade do serviço prestado pelas entidades gestoras em alta e em baixa, para o indicador de capacidade de tratamento adequada ETAR (adaptado de RASARP 2012) Conclui-se que tanto nos sistemas em alta como em baixa uma parte significativa das entidades apresenta uma adequação da capacidade de tratamento insatisfatória das estações de tratamento, com elevada dispersão entre entidades. Os autores referem ainda alguma dificuldade de recolha de informação para ERSAR, fator que indicia um potencial de progressão uma vez concretizada a implementação de sistemas de medição diária de caudal nas estações de tratamento. 22

45 A avaliação da descarga de águas residuais recolhidas e não tratadas para o meio recetor, definese como a percentagem do número de alojamentos localizados na área de intervenção da entidade gestora com serviço de drenagem para os quais as redes públicas se encontram disponíveis e que se encontram ligados a destino adequado em termos de tratamento. A comparação da qualidade do serviço prestado pelas entidades gestoras em alta e em baixa apresenta-se na Figura 8. Figura 8 - Comparação da qualidade do serviço prestado pelas entidades gestoras em alta e em baixa, para o indicador de descarga de águas residuais recolhidas e não tratadas para o meio recetor (adaptado de RASARP 2012) A nível nacional, os resultados para o indicador apresentam uma avaliação boa, tanto nos serviços em alta como nos serviços em baixa, indiciando algum potencial de melhoria com a ligação efetiva das redes de drenagem a sistemas de tratamento de águas residuais. A avaliação do controlo de descargas de águas residuais não tratadas para o meio recetor, tal como exigido pelas Diretivas do Conselho aplicáveis, define-se como a percentagem de descarregadores com descarga direta para o meio recetor monitorizados e com funcionamento satisfatório (Figura 9). Figura 9 - Comparação da qualidade do serviço prestado pelas entidades gestoras em alta e em baixa, para o indicador do controlo de descargas de águas residuais não tratadas para o meio recetor (adaptado de RASARP 2012) Verifica-se um resultado insatisfatório para o controlo de descargas de emergência no serviço em alta e no serviço em baixa, indiciando potencial de melhoria com a adoção de metodologias que permitam o registo sistemático e o controlo de ocorrências de descarga de emergência para o meio recetor Estações de tratamento de águas residuais Indicadores de desempenho para estações de tratamento de águas residuais Um sistema de avaliação de desempenho (abreviatura da expressão inglesa PAS, ou seja Performance assessment system) é um instrumento importante na garantia de uma gestão eficaz e sustentável de estações de tratamento de águas residuais (ETAR). Apesar do facto de muitos PAS terem sido desenvolvidos nos últimos anos, estes ainda não têm em conta os aspetos mais importantes da avaliação das ETAR. Neste contexto Quadros et al., 2010 propõem um sistema de 23

46 avaliação do desempenho ambiental para ETAR, baseado em índices e indicadores de desempenho ( PAS_WWTP ). O sistema de Indicadores de desempenho proposto em Quadros et al., 2010 é composto por dois componentes principais: (a avaliação geral de desempenho e avaliação de desempenho operacional) e agrupa os ID definidos em oito grupos distintos: qualidade do efluente tratado (8 ID), eficiência e eficácia da ETAR (50 ID), uso de recursos naturais e matérias-primas (6 ID), gestão (18 ID), segurança (3 ID), recursos humanos (8 ID), económico-financeiros (9 ID), planeamento e projeto (4 ID). Como forma de avaliar a robustez e aplicabilidade do sistema proposto foi lançado em Abril de 2009 um teste de campo (projeto PASt 21 ) e os resultados obtidos em 17 ETAR demonstraram a robustez e flexibilidade do sistema. Segundo as autoras os resultados são encorajadores e apresentam o PAS como um instrumento de gestão de grande relevância para a melhoria contínua do desempenho do setor. Balmer e Hellstrom, 2012 referem que, embora o Manual de Boas Práticas da IWA (Matos et al., 2003) contenha uma enorme quantidade de indicadores, não é detalhado o suficiente ao nível do operador. Na Áustria, um sistema de benchmarking atua há alguns já anos (Lindtner et al., 2004 citado em Balmer e Hellstrom, 2012) sendo este sistema bem adaptado a ETAR em operação, estando limitado na quantificação dos custos e uso de energia. Kamami et al., 2011 investigaram os dados de desempenho para várias tecnologias de tratamento de águas residuais e desenvolveram um método de apoio à decisão (DSM, expressão inglesa Decision Suport Method ) para avaliar o seu desempenho. O método foi desenvolvido por meio de avaliação de desempenho de tecnologias de tratamento de águas residuais, com base em indicadores ambientais e económicos, com o objetivo de avaliar a eficácia de tecnologias de tratamento de águas residuais. O DSM foi validado por meio de uma ferramenta designada ED-WAVE (ferramenta educativa composta por módulos que suportam a tomada de decisão), um modelo desenvolvido por um consórcio de países europeus e asiáticos. O desenvolvimento do DSM é uma melhoria sobre as ferramentas de apoio à decisão existentes, tais como ED-WAVE, que contavam com a recuperação de dados de desempenho passados. O DSM permite integrar na avaliação das tecnologias de tratamento de águas residuais os fatores ambientais e económicos e, dessa forma, selecionar um processo não só era ambientalmente sustentável, mas também economicamente viável. Para fins de classificação de desempenho da tecnologia de tratamento, com base em indicadores ambientais, foram adotados seis categorias de classificação, variando de excelente desempenho para um desempenho muito fraco, avaliados com base no grau de redução das concentrações entre as águas afluentes e efluentes das ETAR. Para a avaliação com base em indicadores económicos foram consideradas as seguintes variáveis: necessidades de terreno e energia, custos de operação e manutenção, tempo de retenção hidráulica, potencial de reutilização do efluente para a agricultura e geração de lamas. Os dados de desempenho obtidos 24

47 expressaram como cada uma das tecnologias de tratamento realizado quando avaliada em relação aos indicadores económicos Caracterização geral e avaliação do desempenho ambiental das ETAR no panorama nacional O tratamento das águas residuais urbanas constitui um desígnio nacional, no contexto da gestão sustentável dos recursos hídricos, cuja prioridade se viu reforçada através da aprovação da Diretiva do Conselho nº 91/271, de 21 de Maio de 1991 e da sua transposição para o direito interno. A informação constante nesta secção do trabalho foi recolhida e adaptada do documento original da Inspeção-geral do Ambiente e do Ordenamento do Território (MAOTDR, 2004). Neste domínio, procura-se avaliar em que medida o conjunto de ETAR sujeitas a inspeção ambiental no decurso dos anos 2000 e 2001, se encontram em condições de dar cumprimento aos requisitos estabelecidos na legislação, avaliando-se o desempenho ambiental destas infraestruturas a partir de um conjunto de indicadores nas vertentes da eficiência atingida no tratamento, da avaliação do cumprimento dos limites de descarga no meio hídrico e do tratamento e destino final dado aos resíduos produzidos. A situação retratada nos parágrafos seguintes pretende fazer uma caracterização do panorama nacional, no diz respeito às ETAR existentes e a sua avaliação de acordo com critérios do desempenho ambiental. Os critérios de seleção das ETAR incluídas nos Planos de Atividades da IGAOT de 2000 e 2001 foram essencialmente os seguintes: dimensão e importância relativa, avaliação do cumprimento da legislação em vigor, inserção em zonas sensíveis e balneares e ETAR objeto de reclamação. A maior parte da ETAR analisadas servem aglomerações com mais de habitantesequivalentes (h.e)., dado que estas deveriam possuir tratamento secundário dos seus efluentes. As aglomerações com mais de h.e. com descarga em zonas sensíveis deveriam possuir tratamento mais rigoroso que o secundário. Após a identificação das metodologias de inspeção utilizadas e dos critérios de seleção das ETAR, procede-se à análise da distribuição geográfica das ETAR e da população servida, seguindo-se uma caracterização geral das ETAR, dos seus níveis e tipos de tratamento, da existência de soluções para remoção de odores e dos modelos de gestão. Com base nos resultados analíticos obtidos na sequência das inspeções, identifica-se os níveis qualitativos de tratamento atingidos e confrontam-se os resultados com as disposições normativas e de verificação da conformidade, concluindo-se acerca dos níveis de qualidade exigidos. No âmbito dos trabalhos descritos, foram conduzidas 152 inspeções ambientais a um total de 118 ETAR em todo o território nacional, tendo 34 destas instalações sido sujeitas a inspeção em anos consecutivos. Constatou-se que 95% das ETAR inspecionadas se encontravam em funcionamento, 3% em construção, 1% fora de serviço e 1% sujeitas a obras de remodelação e/ou beneficiação. A população servida na amostra inspecionada é de habitantes-equivalentes, com uma distribuição que predomina na região de Lisboa e vale do Tejo (58% do total), seguida pela região Norte (22% do total). Nesta população encontra-se incluído um contributo significativo de poluição 25

48 de natureza industrial, resultante de unidades industriais inseridas na malha urbana, cujos efluentes se encontram ligados à rede de drenagem municipal, no entanto será de admitir que na maioria dos casos estudados a contribuição industrial é desprezável em relação à contribuição doméstica. Quanto à caracterização do meio recetor, 63% das inspeções incidiu sobre ETAR com descargas em zonas classificadas como normais, 18% em zonas classificadas como sensíveis e 18% sobre ETAR com descarga em zonas classificadas como menos sensíveis (Figura 10). Figura 10 - Caracterização do meio recetor das descargas das ETAR inspecionadas, nos termos do Decreto-Lei nº 152/97, de 19 de Junho (adaptado de MAOTDR, 2004) No que respeita ao nível de tratamento assegurado pelas ETAR, verifica-se que estas asseguram na sua maioria um tratamento do tipo secundário (66% das inspecionadas), havendo já um número significativo de ETAR que asseguram um tratamento de nível terciário (28% das inspecionadas) (Figura 11). Figura 11 - Níveis de tratamento assegurados nas ETAR inspecionadas (adaptado de MAOTDR, 2004) O destino final do efluente é predominantemente a descarga no domínio hídrico (81% dos casos), registando-se algumas descargas no mar através de emissários submarinos (8% dos casos) e descargas diretas no mar (8% dos casos). A reutilização do efluente tratado, enquanto componente de uma estratégia de gestão integrada dos recursos hídricos é ainda pouco valorizada no nosso país, tal com se apresenta na Figura

49 Figura 12 - Destino final do efluente tratado nas ETAR inspecionadas (adaptado de MAOTDR, 2004) A grande maioria das ETAR inspecionadas (cerca de 84% do total) apresentam resultados de autocontrolo analítico do efluente bruto ou tratado, no entanto não o conseguem fazer com a regularidade desejada, ou em muitos casos a análises não são efetuadas em laboratórios acreditados para os parâmetros em análise. O controlo analítico efetuado pela IGAOT, demonstrou que em 53% dos casos as ETAR apresentavam conformidade com os valores limites de emissão (VLE) existentes na licença de descarga, ou quando inexistente, com os VLE estipulados na legislação em vigor (ver subcapítulo 2.6). A, a CQO e os SST são os parâmetros que registam maior número de inconformidades (Figura 13). Os baixos valores de inconformidades registados, para os parâmetros N e P, estão relacionados com o facto de muitas ETAR não estarem obrigadas ao cumprimento dos VLE estipulados na legislação. Figura 13 - Percentagem relativa dos parâmetros não conformes das descargas das ETAR inspecionadas, com as normas de qualidade, em controlo analítico efetuado pela IGA (adaptado de MAOTDR, 2004) Com base nos resultados descritos em RASARP, 2012, o cumprimento dos parâmetros de descarga tanto nos serviços em alta como nos serviços em baixa é globalmente insatisfatório, devendo ser adotadas medidas por parte das entidades gestoras, nomeadamente em termos de operação e, quando necessário, de reforço dos investimentos em estações de tratamento de forma a proporcionar o adequado tratamento das águas residuais. Este indicador define-se como a 27

50 percentagem equivalente de população que é servido com estações de tratamento que asseguram o cumprimento da licença de descarga (Figura 14). Figura 14 - Comparação da qualidade do serviço prestado pelas entidades gestoras em alta e em baixa, para o indicador de avaliação do cumprimento dos parâmetros legais de descarga de águas residuais (adaptado de RASARP 2012) 2.5. Resíduos sólidos No domínio respeitante aos resíduos gerados nas ETAR procura-se avaliar o grau de adequabilidade da sua gestão, no que se refere ao tratamento e destino final, à luz do quadro regulamentar em vigor (ver subcapítulo 2.6). Tal como no subcapítulo anterior, a informação constante nesta secção do trabalho foi recolhida e adaptada do documento original da Inspecçãogeral do Ambiente e do Ordenamento do Território (MAOTDR, 2004). A situação retratada nos parágrafos seguintes pretende fazer uma caracterização do panorama nacional, no que diz respeito à Gestão de Resíduos sólidos e gestão de lamas produzidos nas ETAR e a sua avaliação de acordo com critérios do desempenho ambiental. No que respeita às soluções disponíveis para tratamento de lamas, registou-se uma grande diversidade de soluções, envolvendo diversas operações, sendo a utilização de órgãos de digestão anaeróbia (23% do total) e a desidratação mecânica (23% do total) as operações mais comuns. Quanto ao destino final para as lamas, estas são geralmente encaminhadas para valorização agrícola (39% dos casos) ou para deposição em aterro (33% dos casos) (Figura 15), sendo a situação razoável, uma vez que em 72% dos casos os resíduos têm um destino final adequado. Figura 15 - Destino final das lamas geradas nas ETAR inspecionadas (adaptado de MAOTDR, 2004) 28

51 As lamas aplicadas na agricultura nem sempre são sujeitas a controlo analítico e em 24% dos casos, os parâmetros contaminantes analisados estão em conformidade com os respetivos valores limite (Figura 16). Figura 16 - Conformidade da gestão das lamas geradas nas ETAR inspecionadas com o regime legal aplicável (adaptado de MAOTDR, 2004) Verificou-se que em 58% dos casos inspecionados se procedia ao registo dos quantitativos de resíduos produzidos, ainda que, no que respeita aos destinos finais dados aos mesmos, se possa considerar que a sua gestão é adequada em 72% das situações. No que respeita às operações de transporte de resíduos, apenas em 29 inspeções se deu cumprimento à obrigação de preenchimento de guias de acompanhamento de resíduos, tal como é exigido de acordo com o regime legal aplicável (ver subcapítulo 2.6). Segundo Guimarães, Simões e Marques 2010 o sector dos resíduos urbanos evoluiu significativamente nas últimas décadas, o que, entre outras mudanças, levou à criação de novos serviços públicos e de novos modelos de negócios. No entanto, poucas coisas mudaram para os utilizadores. Este sector continua a ser da responsabilidade das autoridades locais e as taxas pagas pelos utilizadores, na maioria dos países, são muito baixas em comparação com os custos de provisão. O seu estudo pretende analisar o potencial para a aplicação de modelos do tipo Balanced Scorecard (BSc) (metodologia de medição e gestão de desempenho desenvolvida pelos professores da Harvard Business School, Robert Kaplan e David Norton, em 1992) para as instalações de tratamento de resíduos urbanos. Esta metodologia concentra-se na aplicação e propõe um conjunto de indicadores de desempenho que pode ser utilizado nos diferentes modelos de gestão de serviços públicos de resíduos: nos municípios, utilitários semiautónomos, empresas municipais e sociedades de economia mista. O sistema de indicadores descrito refere os seguintes grupos de indicadores: financeiros, do ponto de vista do cliente, relativos a processos internos, perspetivas de crescimento e aprendizagem dentro instituição. Os indicadores descritos são geralmente muito simples de calcular a partir de um conjunto reduzido de variáveis, estes devem contar com um conjunto de dados muito precisos, a fim de fornecer informações precisas e concisas. 29

52 2.6. Modelo de regulação para o sector e legislação aplicável Pretende-se neste subcapítulo apresentar o modelo de regulação adotado para o sector dos serviços de abastecimento público de água, de saneamento de águas residuais e de gestão de resíduos urbanos e o regime legal aplicável. Neste contexto e após uma revisão do estado da arte no sector, apresenta-se a informação recolhida dos documentos da Inspeção-geral do Ambiente e do Ordenamento do Território (MAOTDR, 2004) e do Guia de avaliação da qualidade dos serviços de águas e resíduos prestados aos utilizadores - 2.ª geração do sistema de avaliação, publicado pela ERSAR (Alegre et al., 2011) e adaptada para a presente Dissertação. Neste contexto, o modelo de regulação adotado pela ERSAR, tem como principal objetivo clarificar o papel do sistema de avaliação na regulação da qualidade do serviço. A especificação do sistema corresponde à 2.ª geração de avaliação da qualidade dos serviços de abastecimento de água, de saneamento de águas residuais urbanas e de gestão de resíduos urbanos prestados pelas entidades gestoras sujeitas a regulação. A 2.ª geração do sistema de avaliação da qualidade do serviço resultou da análise crítica do sistema de indicadores adotado na 1.ª geração e da respetiva aplicação desde 2004 ao universo das entidades concessionárias e teve em conta o estado atual de conhecimentos e a experiência internacional adquirida. Com efeito, as atribuições reguladoras da Entidade Reguladora dos Serviços de Águas e Resíduos (ERSAR) estavam circunscritas apenas aos sistemas multimunicipais, municipais e intermunicipais concessionados, situação que se alterou com a entrada em vigor do Decreto-Lei nº 194/2009, de 20 de Agosto. Com a entrada em vigor deste Decreto-Lei todas as entidades gestoras de serviços municipais e intermunicipais, independentemente do modelo de governação adotado, passam a estar sujeitas a um regime mais uniforme no que respeita à capacidade de intervenção da ERSAR. O modelo de regulação aplicado tem como principal objetivo contribuir para a melhoria da organização e clarificação das regras do setor. Este tipo de regulamentação é uma forma de controlo direto sobre o contexto envolvente e indireto sobre as entidades gestoras, reduzindo ou eliminando a possibilidade de comportamentos indesejáveis. Complementarmente, atua ao nível da regulação comportamental das entidades gestoras em atuação, nas vertentes da monitorização legal e contratual, da regulação económica, da qualidade de serviço para consumo humano e da interface com os utilizadores. Finalmente pretende criar mecanismos de avaliação da qualidade do serviço prestado aos utilizadores pelas entidades gestoras, e sua comparação com os resultados das outras entidades gestoras similares atuando em zonas geográficas distintas. Os resultados desta validação são objeto de exposição pública, na medida em que isso incentiva as entidades gestoras a progredir no sentido da eficiência. A competência da ERSAR em matéria de qualidade da água para consumo humano, que abrange apenas as entidades que asseguram o serviço de abastecimento de água, constitui um caso particular da qualidade de serviço, na medida em que foi atribuído à ERSAR, o estatuto de Autoridade Competente, como resulta do Decreto-Lei n.º 243/2001, de 5 de Setembro, entretanto 30

53 revogado pelo Decreto-Lei n.º 306/2007, de 27 de Agosto, que transpõe a Diretiva 98/83 do Conselho, de 3 de Novembro. A nível de perspetivas futuras, de notar que o Decreto-Lei n.º 194/2009, de 20 de Agosto, atribuiu à ERSAR competência para, através de regulamento, definir níveis mínimos de qualidade para os aspetos relacionados com a qualidade do serviço prestado aos utilizadores, bem como as compensações devidas em caso de incumprimento, o que corresponderá a um nível mais intenso de intervenção reguladora em termos de qualidade do serviço. A Iniciativa Nacional para a Gestão Patrimonial de Infraestruturas (igpi) promovida pelo LNEC e IST, iniciada em Abril de 2012 e que se estende até final de 2013, tem como principal objetivo a capacitação para o desenvolvimento de sistemas de Gestão Patrimonial de Infraestruturas (GPI), com ênfase no desenvolvimento e implementação de planos de GPI e a utilização das melhores e mais recentes metodologias e ferramentas de boa prática no domínio da GPI, garantindo o cumprimento dos requisitos de sustentabilidade e desempenho dos sistemas urbanos de água, considerando ainda a necessidade acrescida de racionalizar e justificar investimentos.a implementação da GPI torna-se particularmente relevante com a entrada em vigor do Decreto-Lei N.º194/2009, relativo ao regime jurídico dos serviços municipais de abastecimento público de água, de saneamento de águas residuais urbanas e de gestão de resíduos urbanos, que requer que as entidades gestoras que servem mais do que 30 mil habitantes, promovam e mantenham um sistema de GPI, que visa assegurar a sustentabilidade do serviço e dos sistemas sob a forma de estratégias de longo prazo. Especificamente em relação à avaliação do desempenho ambiental das Estações de Tratamento de águas Residuais urbanas em Portugal continental, a Diretiva do Conselho nº 91/271, de 21 de Maio de 1991, relativa ao tratamento de águas residuais urbanas, veio estabelecer um conjunto de requisitos relativos às condições a respeitar na descarga destas águas residuais, de forma a garantir a qualidade do ambiente nos meios recetores, balizando o quadro legal e operacional do sector. Para a realização das inspeções referidas no subcapítulo 2.4 foram tidos em consideração os requisitos a verificar na descarga de águas residuais urbanas estipulados no Decreto-Lei nº 152/97, de 19 de Junho (nomeadamente no que diz respeito aos níveis de tratamento exigidos, aos critérios de eficiência previstos para o funcionamento das ETAR e às normas de qualidade exigidas ao efluente final) e do Decreto-Lei nº 46/94, de 22 de Fevereiro (no qual é estabelecido o regime de licenciamento da utilização do domínio hídrico). No que diz respeito aos resíduos gerados nas ETAR procura-se avaliar o grau de adequabilidade da sua gestão, no que se refere ao tratamento e destino final, à luz do Decreto-Lei nº 239/97, de 9 de Setembro e legislação conexa. No que respeita à aplicação das lamas de ETAR na agricultura foi tido em consideração o enquadramento legal resultante do Decreto-Lei nº 449/91, de 22 de Novembro. 31

54 2.7. Modelação de sistemas de drenagem urbanos A avaliação do desempenho de sistemas de drenagem urbanos deve ser feita, preferencialmente, com base em informação recolhida através da monitorização dos sistemas. Contudo, a modelação dos sistemas de drenagem urbanos pode ser outra forma de obter dados que permitam a avaliação do desempenho destes sistemas. Os principais problemas associados aos sistemas de águas residuais em meio urbano resultam de diversas circunstâncias, entre as quais se incluem as seguintes: Descarga direta de águas residuais não tratadas, domésticas ou industriais, para o meio recetor. Essas descargas resultam, usualmente, de redes de drenagem urbanas não ligadas a ETAR, de ligações erróneas e indevidas de coletores domésticos a coletores separativos pluviais, ou de descargas temporárias decorrentes da colocação fora de serviço de infraestruturas de saneamento, como estações elevatórias ou as próprias ETAR. Descarga direta de excedentes poluídos para o meio recetor ( overflows, em terminologia anglo-saxónica), em regra resultantes da mistura de águas residuais domésticas e pluviais. Essas descargas têm origem, frequentemente, em redes unitárias ou pseudoseparativas, ocorrendo quando os caudais afluentes excedem a capacidade hidráulica das infraestruturas de drenagem (e.g., coletores ou ETAR). Descarga de efluentes deficientemente tratados para o meio recetor. Descarga direta de escorrências pluviais contaminadas para o meio recetor em geral, essas descargas só assumem relevância em núcleos urbanos, especialmente em zonas de elevado tráfego, e quando a precipitação ocorre após períodos significativos de tempo seco. Os sistemas de drenagem urbanos podem ainda apresentar outros problemas, muito diversificados, com impacto direto ou indireto na qualidade da água dos meios recetores, e que podem ser de natureza hidráulica (como as infiltrações ou o assoreamento por falta de condições de autolimpeza), estrutural (assentamento de coletores ou órgãos das ETAR, fendilhações no material de construção das infraestruturas, corrosão e colapso total ou parcial de órgãos e equipamentos) ou ambiental (incluindo exfiltrações e ocorrência de septicidade). A atuação das entidades gestoras encontra-se condicionada, em grande parte, pelo necessário cumprimento da legislação nacional e europeia (em particular no que se refere aos limites de emissão), mas também pela necessidade de proceder a intervenções de reabilitação das infraestruturas, motivadas pela degradação, envelhecimento e expansão das redes de drenagem, num quadro de recursos financeiros limitados. Neste contexto, torna-se especialmente relevante o estabelecimento de estratégias de reabilitação e beneficiação do comportamento integrado dos sistemas, que tenham em conta as suas diversas componentes e se baseiem em abordagens globais. 32

55 Tal como referido anteriormente, o recurso à modelação matemática (são exemplos as ferramentas FLUPOL, HORUS, HydroWorks, InfoWorks, MOUSE e SWMM), pode ser bastante útil no processo de tomada de decisão, por parte das entidades gestoras destes sistemas. No entanto, para além de necessitarem de um elevado número de dados, a construção dos modelos e o processo de modelação dinâmico pode ser moroso, facto não desejável numa perspetiva empresarial moderna. A modelação matemática dos sistemas, mesmo quando calibrados e validados, fornece resultados complexos, por vezes de difícil interpretação, sobretudo quando se trata de comparar soluções face a diversos cenários potenciais. A disponibilização de uma metodologia integrada, que traduza, mesmo que de forma simplificada, o comportamento global dos sistemas de águas residuais e quantifique o seu desempenho (ou o nível de deficiência de desempenho) pode constituir, portanto, uma clara mais-valia, na medida em que possibilita a apresentação sintética e objetiva da informação, com o intuito de apoiar decisões estratégicas de beneficiação e de investimento. Em Portugal e na maioria das situações, a informação disponível que caracteriza o sistema é de reduzida qualidade e frequentemente insuficiente: o cadastro dos sistemas de drenagem não se encontra, em regra, completo nem atualizado, sendo, por vezes, também alvo de discrepâncias, lacunas e erros. É também raro dispor de informação de campo relativa aos caudais escoados, tanto ao nível da quantidade como da qualidade da água. Paralelamente, a análise das situações críticas e a avaliação das intervenções mais adequadas à beneficiação dos sistemas de drenagem existentes deve ser feita, na fase de conceção geral, de forma relativamente expedita. Assim, o desenvolvimento e aplicação de modelos detalhados do sistema são, usualmente, incompatíveis com o nível de profundidade exigida aos estudos, com os tempos de resposta pretendidos e com os dados de campo existentes. A Abordagem Simplificada Integrada Microbiológica (ASI-Mic.) que se apresenta no âmbito desta Dissertação foi desenvolvida para aplicação a sistemas em que a utilização dos referidos modelos complexos se revela difícil ou praticamente impossível, ou ainda de eficácia muito duvidosa face aos dados disponíveis. Esta abordagem constitui uma metodologia com carácter pioneiro, que se destina à avaliação global integrada, de forma simplificada, do desempenho de sistemas de drenagem urbanos (coletores e ETAR). A metodologia ASI-Mic. pode ser generalizada a sistemas com diversas bacias de drenagem, dispostas tanto em série como em paralelo, e afluindo a uma ou várias ETAR que descarregam para o mesmo meio recetor. Atendendo à simplicidade do modelo, a aplicação da ASI-Mic. é recomendada no caso de cenários de escassez de dados e resultados (lacunas de informação de cadastro e outras), que impossibilitam a aplicação de modelos mais complexos de simulação, e em fases preliminares ou iniciais de estudos de conceção e de reabilitação, ou de beneficiação de sistemas existentes. A metodologia proposta assenta no conceito de indicadores ou índices de desempenho, avaliados integrando a contribuição das diversos componentes do sistema, nomeadamente redes e ETAR. 33

56 34

57 3. Desenvolvimento de um modelo simplificado de avaliação do desempenho de sistemas de drenagem, com ênfase na contaminação microbiológica 3.1. Descrição do modelo A Abordagem Simplificada Integrada Microbiológica (ASI-Mic.) apresenta-se como uma metodologia que, devido à sua simplicidade de utilização, apresenta vantagens em relação a modelos de cálculo mais complexos ou sofisticados, na avaliação do desempenho de sistemas de drenagem urbanos. Esta permite fazer a caracterização dos sistemas de drenagem, mesmo em situações de escassez de dados relativos ao seu funcionamento e o seu funcionamento baseia-se num número reduzido de grandezas, necessárias para a definição dos sistemas em estudo. A ASI- Mic. assenta no conceito de indicadores e índice de desempenho do sistema real, grandezas que representam o grau de poluição que potencialmente é provocado no meio recetor, permitindo assim uma avaliação do desempenho ambiental da solução em estudo. Este método de cálculo pressupõe a determinação de indicadores de desempenho em tempo seco e para diversos eventos pluviométricos (tempo de chuva). Conhecendo o regime pluviométrico local torna-se possível determinar o índice de desempenho do sistema, que representa a ponderação dos indicadores tendo em conta a duração média anual dos períodos de tempo seco e de precipitação, em função da respetiva frequência e intensidade. A avaliação do grau de poluição potencial do sistema é feita através da comparação do valor da concentração média dos parâmetros em análise na água no sistema real, com um valor da concentração média da água num sistema separativo hipotético, ou seja, considerase que todo o efluente doméstico é tratado na ETAR e toda a água pluvial é descarregada no meio recetor sem tratamento (Ferreira, 2006). Desta forma, valores de e superiores a unidade indicam que a concentração média efluente do sistema é superior à concentração média teórica descarregada por um sistema separativo hipotético e quanto maiores forem os seus valores mais deficiente será o comportamento do sistema. Em função das características de autodepuração e sensibilidade do meio recetor apresentam-se duas propostas de classificação do índice de desempenho, cuja aplicação depende do parâmetro considerado para a aplicação da ASI-Mic. (Coliformes Fecais ou Esherichia Coli). A classificação do índice de desempenho traduz de forma qualitativa o tipo de desempenho ambiental da solução em estudo (de desempenho muito bom até desempenho muito deficiente ). No Quadro 11 apresenta-se a proposta de classificação qualitativa do índice de desempenho para a aplicação da metodologia baseada em Coliformes Fecais. Os intervalos propostos revelaram-se adequados à nova metodologia e resultam da multiplicação dos valores propostos por Ferreira, 2006 por um fator de. Verificam-se diferenças nos resultados obtidos pelas duas metodologias, no entanto pretende-se que os resultados sejam semelhantes, independentemente da metodologia ASI utilizada (baseada no parâmetro CQO ou Coliformes Fecais), facto que motivou o ajuste dos 35

58 intervalos originalmente definidos. Desta forma verifica-se que a informação obtida, independentemente da metodologia utilizada, é coerente e ambos os modelos produzem conclusões semelhantes. Quadro 11 - Proposta de classificação do índice de desempenho, em função da sensibilidade do meio recetor, para a metodologia baseada no parâmetro Coliformes Fecais. Idpond Qualificação < 3.6 Bom/Muito bom (reabilitação mínima) 3.6 a 4.5 Aceitável/Sofrível (reabilitação de média prioridade) 4.5 a 6 Deficiente (reabilitações pontuais de carácter urgente) > 6 Muito deficiente (reabilitações prioritárias de dimensão e impacte relevantes) No Quadro 12 apresenta-se a proposta de classificação qualitativa do índice de desempenho para a aplicação da metodologia baseada em Esherichia Coli. Os intervalos propostos revelaram-se adequados à nova metodologia e resultam da multiplicação dos valores propostos por Ferreira, 2006 por um fator de. Verificam-se diferenças nos resultados obtidos pelas duas metodologias, no entanto pretende-se que os resultados sejam semelhantes, independentemente da metodologia ASI utilizada (baseada no parâmetro CQO ou E. Coli), facto que motivou o ajuste dos intervalos originalmente definidos. Desta forma verifica-se que a informação obtida, independentemente da metodologia utilizada, é coerente e ambos os modelos produzem conclusões semelhantes. Quadro 12 - Proposta de classificação do índice de desempenho, em função da sensibilidade do meio recetor, para a metodologia baseada no parâmetro Esherichia Coli. Idpond Qualificação < 1.8 Bom/Muito bom (reabilitação mínima) 1.8 a 2.25 Aceitável/Sofrível (reabilitação de média prioridade) 2.25 a 3 Deficiente (reabilitações pontuais de carácter urgente) > 3 Muito deficiente (reabilitações prioritárias de dimensão e impacte relevantes) Através da aplicação da metodologia ASI é possível conhecer a percentagem de poluição anualmente descarregada para o meio recetor, em relação ao volume total, para cada origem poluente, nomeadamente: águas residuais brutas, águas pluviais, caudais descarregados como excedentes e efluentes da ETAR. A obtenção desta informação reveste-se de grande importância, pois dá a conhecer a contribuição de cada proveniência para a totalidade da poluição descarregada anualmente no meio recetor. Para além da determinação das cargas poluentes anualmente descarregadas no meio recetor, por proveniência, a ASI-Mic. permite também determinar uma ordem de prioridade das medidas de reabilitação a implementar no sistema de de drenagem em estudo. Esta é facilmente determinada com base numa análise de custo por unidade de benefício e permite a comparação, de uma forma simples e expedita, das várias hipóteses em estudo. 36

59 A informação fornecida pela ASI-Mic. torna-se especialmente relevante no processo de tomada de decisão, em situações em que se verifica uma escassez de dados relativos ao funcionamento dos sistemas, ou quando a utilização de modelos mais complexos não é compatível com os prazos definidos para a tomada de decisão por parte da entidade gestora Expressões de cálculo Expressões de cálculo para bacias em série No presente subcapítulo apresenta-se a formulação genérica da metodologia ASI, baseada nos parâmetros microbiológicos Coliformes Fecais e Esherichia Coli, para sistemas de drenagem constituídos por bacias dispostas em série. Os sistemas de drenagem constituídos por várias bacias de drenagem, dispostas em série afluentes a uma ETAR, representam a situação mais corrente em termos de disposição dos mesmos. Tal como representado na Figura 17 cada bacia dispõe de um coletor principal e de uma infra-estrutura, como uma instalação elevatória ou um descarregador, que limita a afluência de caudal à bacia imediatamente a jusante. Figura 17 - Representação esquemática de um sistema constituído por "n" bacias de drenagem dispostas em série A avaliação do grau relativo de poluição dos sistemas é feita através da determinação dos indicadores de desempenho, os quais podem ser determinados de acordo com a seguinte expressão: (1) onde: Valor da concentração média em Coliformes Fecais ou Esherichia Coli na água do sistema real (NMP/100ml). Valor da concentração média em Coliformes Fecais ou Esherichia Coli na água para um sistema separativo hipotético (NMP/100ml). A aplicação da metodologia ASI requer a determinação dos caudais afluentes ao sistema, em função da sua origem (águas residuais, águas pluviais), dos caudais descarregados no meio recetor (caudal de excedentes) e dos caudais efluentes da ETAR. O caudal médio de águas residuais domésticas, determinado com base nas características da bacia em estudo (população e capitação), pode ser dividido em duas parcelas, são elas: 37

60 1. Parcela do caudal médio que aflui ao coletor e à ETAR (2) onde: Taxa de atendimento do sistema (percentagem da população servida na bacia de drenagem i ) ( ). Caudal médio de água residuais. 2. Parcela do caudal médio que não é recolhida e mesmo em tempo seco descarrega para o meio recetor (3) O caudal pluvial total (escoamento direto, é determinado com base na equação do método racional : (4) onde: Coeficiente do escoamento do método racional. Intensidade de precipitação. Área da bacia de drenagem i. O caudal pluvial total pode ser divido em duas parcelas, determinadas de acordo com as seguintes expressões: onde: 1. Parcela do caudal pluvial total que aflui ao coletor que transporta as águas residuais domésticas. 2. Parcela do caudal pluvial total que origina exclusivamente escoamento superficial, ou drena para coletores separativos pluviais. A capacidade do sistema de drenagem Coeficiente de entrada de águas pluviais na rede (assume o valor de 1 em sistemas unitários, entre 0 e 1 em sistemas pseudo-separativos e de 0 no caso de sistemas separativos) ( ). corresponde ao valor mínimo entre a capacidade do sistema ou a capacidade da infraestrutura de controle de caudal associada à bacia, tal como se indica de seguida: (5) (6) 38

61 (7) Pode considerar-se que não ocorrem descargas diretas de excedentes (entenda-se caudais pluviais misturados com efluentes domésticos caso se verifique a seguinte condição: (8) Caso esta condição não seja verificada ocorrem descargas de efluentes poluídos para o meio recetor. Nestas condições a parcela do caudal que aflui ao coletor pode ser dividida em duas subparcelas, são elas: 1. Subparcela do caudal pluvial que entra no coletor e não é descarregada diretamente no meio recetor (parcela tratada na ETAR) (9) 2. Subparcela do caudal pluvial que drena para o sistema de drenagem mas acaba por ser descarregada como excedente (10) Conhecendo as concentrações em Coliformes Fecais ou Esherichia Coli, nas águas residuais, pluviais e da mistura que escoa em cada coletor (, bem como os respetivos caudais determina-se através de um balanço de massas o valor da concentração da composição da massa líquida tal como se apresenta: (11) onde: Concentração média em C.F ou E. Coli nas águas residuais pode ser obtido através da consulta de bibliografia da especialidade. Adiante são apresentados alguns valores recolhidos para a realização do trabalho Concentração média em C.F ou E. Coli nas águas pluviais pode ser obtido através da consulta de bibliografia da especialidade. Adiante são apresentados alguns valores recolhidos para a realização do trabalho. Concentração em C.F ou E. Coli da massa líquida na bacia i (águas residuais misturadas com águas pluviais) (NMP/100ml). 39

62 A determinação dos caudais descarregados em cada bacia de drenagem para o meio recetor e do caudal que passa para jusante em direção à bacia seguinte é feita com base nas equações e : (12) (13) Depois de conhecida a contribuição de cada bacia de drenagem para os caudais afluentes ao sistema resta apenas determinar o valor do caudal sujeito a tratamento na ETAR bem como a parcela excedente, descarregada no meio recetor pelo facto da ETAR não ter capacidade suficiente para proceder ao tratamento de todo o caudal afluente definidas da seguinte forma:. Variáveis (14) (15) onde: Valor do caudal admissível na ETAR ( ). Valor do caudal transportado a jusante da bacia constituído por n bacias em série ou paralelo) ( ): (num sistema Uma vez que os valores das concentrações dos indicadores microbiológicos considerados no modelo são expressos por um número mais provável de organismos para um determinado volume, a determinação das concentrações médias não pode ser feita tal como descrita na metodologia ASI original (metodologia baseada no parâmetro CQO, o qual é expresso na unidade. A razão desta diferença prende-se com o facto do parâmetro CQO poder ser determinado em termos de cargas anualmente descarregadas, e o mesmo não se aplicar aos parâmetros microbiológicos. A única forma de relacionar as grandezas microbiológicas presentes (águas residuais brutas, águas pluviais, águas descarregadas no meio recetor sem tratamento na ETAR (excedentes), efluentes provenientes da ETAR) será através da determinação de um valor da concentração média bem como um volume médio para cada um dos quatro tipos de caudais afluentes ao sistema. 40

63 Conhecidos os valores dos caudais afluentes ao sistema, a determinação dos respetivos volumes e concentrações médias é feita como se indica de seguida: 1. Águas residuais brutas (16) Concentração média em C.F ou E. Coli nas águas residuais domésticas onde: Volume médio diário de águas residuais que entra no sistema. Parcela do caudal médio de água residual que aflui ao coletor e à ETAR determinado para a bacia i, num sistema constituído por n bacias em série ( ). 2. Águas pluviais (17) onde: Concentração média em C.F ou E. Coli nas águas pluviais. Parcela do caudal pluvial total que aflui ao coletor que transporta as águas residuais domésticas. Parcela do caudal médio pluvial que aflui ao coletor e à ETAR determinado para a bacia i, num sistema constituído por n bacias em série ( ). 3. Excedentes descarregados no meio recetor sem tratamento na ETAR (18) (19) onde: Totalidade do escoamento que é descarregada no meio recetor. Concentração média em C.F ou E. Coli nas águas excedentes do sistema. Parcela do escoamento que é descarregada no meio recetor pelo facto da ETAR não ter capacidade para tratar todo o escoamento afluente. 41

64 Valor da concentração média em C.F ou E. Coli nas águas que afluem à ETAR (mistura de águas residuais e pluviais). Parcela do escoamento que é descarregada no meio recetor pelo facto da capacidade do intercetor não ser suficiente para transportar todo o caudal afluente. Concentração média em C.F ou E. Coli nas águas descarregadas no meio recetor pelo facto da capacidade do intercetor não ser suficiente para transportar todo o caudal afluente (mistura de águas residuais e pluviais) Parcela do escoamento que é descarregada no meio recetor pelo facto da ETAR não ter capacidade para tratar todo o escoamento afluente. (20) (21) 3.2. Parcela do escoamento que é descarregada no meio recetor pelo facto da capacidade do intercetor não ser suficiente para transportar todo o caudal afluente. (22) (23) 4. Efluentes provenientes da ETAR (24) onde: Valor da concentração média em C.F ou E. Coli nos efluentes da ETAR pode ser obtido através da consulta da legislação em vigor. Adiante são apresentados alguns valores recolhidos para a realização do trabalho. Parcela do caudal pluvial total que recebe tratamento na ETAR Os valores das concentrações médias para o sistema real são determinados através da seguinte expressão: 42

65 (25) De forma similar determina-se o valor das concentrações médias para um sistema separativo hipotético. Da relação entre as concentrações do sistema real e hipotético resulta o valor do índice de desempenho para determinado cenário. (26) Conhecidos os valores de e torna-se possível determinar o valor dos indicadores de desempenho, de acordo com a expressão. De referir que a metodologia seguida para a determinação dos indicadores de desempenho em tempo seco será similar, distinguindo-se apenas no facto das parcelas provenientes das águas pluviais ( e dos excedentes serem nulas. Verifica-se que no modelo ASI-Mic., baseado nos parâmetros microbiológicos (Coliformes fecais ou Esherichia Coli), os valores dos indicadores de desempenho, especialmente os indicadores determinados para tempo seco,são bastante superiores à unidade e variando de forma exponencial em função do valor das concentrações admitidas para as águas residuais e pluviais. De uma forma simples, embora correta do ponto de vista físico, a metodologia não permitia obter resultados comparáveis aos obtidos por Ferreira, De acordo com a metodologia baseada no parâmetro CQO este fenómeno significaria que o sistema teria um comportamento bastante deficiente. Esta variação abrupta dos deve-se à grande diferença nos expoentes dos valores extremos dos intervalos considerados para as águas residuais e pluviais em relação aos valores definidos na legislação para os efluentes da ETAR (valores apresentados no subcapítulo referente à apresentação de resultados do presente trabalho). Para eliminar esta variação dos valores de, em função da diferença de grandezas consideradas, deve afetar-se os valores dos indicadores de desempenho de uma expressão do tipo da que se segue: (27) onde: Indicador de desempenho obtido para uma precipitação i, com determinada intensidade ( ). Indicador de desempenho obtido para a situação de tempo seco ( ). Ordem de grandeza máxima do intervalo definido para a concentração em C.F ou E. Coli das águas residuais brutas ( ). Ordem de grandeza mínima do intervalo definido para a concentração em C.F ou E. Coli das águas residuais brutas ( ). 43

66 (Exemplo: Uma vez conhecidos os valores dos indicadores de desempenho, em tempo seco e para diversas condições de eventos pluviométricos, é possível determinar um índice de desempenho do sistema. O qual representa a ponderação dos vários tendo em conta a duração média anual dos períodos de tempo seco e dos períodos de precipitação, em função da respetiva frequência e intensidade. (28) onde: Indicador de desempenho obtido para uma precipitação i, com determinada intensidade ( ). Duração média anual da precipitação i. Indicador de desempenho obtido para a situação de tempo seco ( ). Duração média anual do período de tempo seco. Através da aplicação da metodologia ASI é possível conhecer a percentagem de poluição anualmente descarregada para o meio recetor, em relação ao volume total, para cada origem poluente, nomeadamente águas residuais brutas, águas pluviais, caudais descarregados como excedentes e efluentes da ETAR. A obtenção desta informação reveste-se de grande importância, pois dá a conhecer a contribuição de cada proveniência para a totalidade da poluição descarregada anualmente no meio recetor. Desta forma os volumes médios determinados, para cada proveniência, devem ser ponderados tendo em conta a probabilidade de ocorrência do evento pluviométrico a que estão associados. (29) onde: Volume de determinado poluente, calculado pela ASI em tempo seco. Volume de determinada origem poluente, calculado pela ASI para uma precipitação de intensidade i. Número de horas existentes num ano. Frequência de ocorrência, num ano, da precipitação com intensidade i. Para além da determinação das cargas poluentes anualmente descarregadas no meio recetor, por proveniência, a ASI-Mic. permite também determinar uma ordem de prioridade das medidas de reabilitação a implementar no sistema de drenagem. Esta é facilmente determinada, com base numa análise de custo por unidade de benefício. 44

67 Conhecidos os custos estimados de cada uma das medidas de reabilitação em estudo, bem como os índice de desempenho a elas associados determina-se o parâmetro associado a cada cenário em estudo. A para cada cenário resulta da diferença entre o valor de a ele associado, em relação ao valor de determinado para a situação atual. Os resultados dos parâmetros obtidos devem ser ordenados de forma crescente, obtendo-se assim a ordem de prioridade das operações de reabilitação a implantar. O conhecimento desta informação é de grande importância em termos de gestão operacional e de alocação de fundos, para projetos de reabilitação, de uma entidade gestora de sistemas de de drenagem urbanos Expressões de cálculo para bacias em paralelo No presente subcapítulo apresenta-se a formulação genérica da metodologia ASI, baseada nos parâmetros microbiológicos Coliformes Fecais e Esherichia Coli, para sistemas de drenagem constituídos por bacias dispostas em paralelo. Tal como representado na Figura 18 cada bacia dispõe de um coletor principal e de uma infra-estrutura, como uma instalação elevatória ou um descarregador, que limita a afluência de caudal ao troço de intercetor imediatamente a jusante. Figura 18 - Representação esquemática de um sistema constituído por "n" bacias de drenagem dispostas em paralelo Como apresentado no subcapítulo 3.2.1, o caudal médio de águas residuais domésticas pode ser dividido em duas parcelas (parcela do caudal médio que aflui ao coletor e à ETAR e parcela do caudal médio que não é recolhida e mesmo em tempo seco descarrega para o meio recetor avaliadas através das equações e. Da mesma forma, o caudal pluvial total, determinado com base na equação do método racional (equação ) pode também ser dividido em duas parcelas (parcela do caudal pluvial total que aflui ao coletor que transporta as águas residuais domésticas e parcela do caudal pluvial total que origina exclusivamente escoamento superficial, ou drena para coletores separativos pluviais, avaliadas através das equações e. A avaliação da capacidade do sistema, para cada uma das bacias em paralelo, pode ser feita através da expressão, uma vez que se admite que a capacidade dos diferentes troços do intercetor não é limitativa. 45

68 Pode considerar-se que não ocorrem descargas diretas de excedentes (entenda-se caudais pluviais misturados com efluentes domésticos caso se verifique a seguinte condição: (30) Caso a condição imposta pela equação não seja verificada ocorrem descargas de efluentes poluídos para o meio recetor. Nestas condições a parcela do caudal que aflui ao coletor pode ser dividida em duas subparcelas (subparcela que entra no coletor e não é descarregada diretamente no meio recetor e subparcela que drena para o sistema de drenagem mas acaba por ser descarregada como excedente,as quais são determinadas com base nas equações e respetivamente. Conhecendo as concentrações em Coliformes Fecais ou Esherichia Coli, nas águas residuais e pluviais, bem como os respetivos caudais determina-se através de um balanço de massas o valor da concentração da composição da massa líquida a montante de cada infra-estrutura e a concentração do efluente descarregado imediatamente a montante da ETAR transportado pelo intercetor (equações e respetivamente). (31) (32) A jusante da bacia de drenagem verifica-se a ocorrência de descargas de excedentes para o meio recetor caso a capacidade hidráulica da ETAR for excedida (equação. Desta forma é possível determinar os valores dos caudais tratados na ETAR, bem como os caudais descarregados imediatamente a montante da estação de tratamento, de acordo com as expressões e respetivamente). (33) (34) (35) 46

69 A aplicação da ASI-Mic. implica a determinação de um valor da concentração média bem como um volume médio para cada um dos quatro origens de caudais afluentes ao sistema (águas residuais brutas, águas pluviais, águas descarregadas no meio recetor sem tratamento na ETAR e efluentes provenientes da ETAR). 1. Águas residuais brutas O volume de águas residuais brutas afluentes ao sistema é determinado através da equação, o valor da concentração média em C.F ou E. Coli nas águas residuais pode ser obtido através da consulta de bibliografia da especialidade. Adiante são apresentados alguns valores recolhidos para a realização do trabalho. 2. Águas pluviais O volume de águas pluviais afluentes ao sistema é determinado através da equação, o valor da concentração média em C.F ou E. Coli nas águas pluviais pode ser obtido através da consulta de bibliografia da especialidade. Adiante são apresentados alguns valores recolhidos para a realização do trabalho. 3. Excedentes descarregados no meio recetor sem tratamento na ETAR O volume de excedentes descarregados no meio recetor, sem tratamento na ETAR, resulta do somatório (equação ( )) da parcela do escoamento que é descarregada no meio recetor pelo facto da ETAR não ter capacidade para tratar todo o escoamento afluente com a parcela do escoamento descarregada no meio recetor pelo facto da capacidade do intercetor não ser suficiente para transportar todo o caudal afluente, as quais podem ser determinadas pelas expressões e respetivamente. O valor da concentração média em C.F ou E. Coli nas águas excedentes do sistema é expresso pela equação, a qual depende das parcelas (valor da concentração média em C.F ou E. Coli nas águas que afluem à ETAR) e (valor da concentração média em C.F ou E.coli nas águas descarregadas no meio recetor pelo facto da capacidade do intercetor não ser suficiente para transportar todo o caudal afluente), definidas pelas expressões e respetivamente. 4. Efluentes provenientes da ETAR O volume das águas efluentes da ETAR é determinado através da equação, o valor da concentração média em C.F ou E. Coli nos efluentes pode ser obtido através da consulta de bibliografia da especialidade. Adiante são apresentados alguns valores recolhidos para a realização do trabalho. Os valores das concentrações médias para o sistema real são determinados através da equação e os valores das concentrações médias para o sistema hipotético de acordo com a expressão. 47

70 Conhecidos os valores de e torna-se possível determinar o valor dos indicadores de desempenho, de acordo com a expressão. De referir que a metodologia seguida para a determinação dos indicadores de desempenho em tempo seco será similar, distinguindo-se apenas no facto das parcelas provenientes das águas pluviais ( e dos excedentes serem nulas. Os valores dos indicadores de desempenho devem ser afetados de um parâmetro, equação, tal como explicado no subcapítulo do presente trabalho. Uma vez conhecidos os valores dos indicadores de desempenho, em tempo seco e para diversas condições de eventos pluviométricos, é possível determinar um índice de desempenho do sistema. O qual representa a ponderação dos vários tendo em conta a duração média anual dos períodos de tempo seco e dos períodos de precipitação, em função da respetiva frequência e intensidade, tal como expresso na equação. Através da aplicação da metodologia ASI Microbiológica é possível conhecer a percentagem de poluição anualmente descarregada para o meio recetor, em relação ao volume total, para cada origem poluente, nomeadamente águas residuais brutas, águas pluviais, caudais descarregados como excedentes e efluentes da ETAR. Os volumes médios determinados, para cada proveniência, devem ser ponderados tendo em conta a probabilidade de ocorrência do evento pluviométrico a que estão associados (equação. Para além da determinação das cargas poluentes anualmente descarregadas no meio recetor, por proveniência, a ASI baseada em parâmetros microbiológicos permite também determinar uma ordem de prioridade das medidas de reabilitação a implementar no sistema. Esta é facilmente determinada, com base numa análise de custo por unidade de benefício (ver subcapítulo 3.2.1). 48

71 4. Programa automático de aplicação do modelo ASI-Mic Necessidade e vantagens da utilização da aplicação do modelo através de um programa automático Tal como referido no capítulo 3 do presente trabalho, a ASI-Mic. apresenta-se como uma metodologia que apresenta vantagens em relação a modelos de cálculo mais complexos ou sofisticados, devido a sua simplicidade e forma de aplicação expedita na avaliação do desempenho de sistemas de drenagem urbanos. Esta assenta no conceito de indicadores e índice de desempenho de um sistema real, grandezas que representam o grau de poluição que potencialmente é provocado no meio recetor, permitindo assim uma avaliação do desempenho ambiental da solução em estudo. A 1ª fase de desenvolvimento da ferramenta, apenas permite a sua aplicação a sistemas de drenagem urbanos, com bacias dispostas em série, como forma de testar a aplicabilidade e capacidades da mesma. Apesar das várias vantagens atrás enunciadas, o utilizador da ASI-Mic. passará por um período mais ou menos extenso até conseguir retirar o maior partido das capacidades da mesma. Isto porque, numa primeira abordagem, o utilizador terá não só de compreender os conceitos subjacentes a esta nova abordagem, como terá também de programar as equações que definem o modelo, por exemplo numa ferramenta de cálculo automático como o MS Excel, experimentando assim todas as dificuldades e obstáculos que se apresentam aquando da utilização de uma nova metodologia. Facilmente se percebe que o período de adaptação à ASI-Mic. pode consumir demasiado tempo ao utilizador, mesmo antes deste poder obter os resultados que procura, facto não desejável numa perspetiva empresarial moderna. Desta forma surgiu a ideia de desenvolver uma nova ferramenta, que torna consideravelmente mais simples a aplicação da ASI Microbiológica, diminuindo assim o período de adaptação à mesma, ao mesmo tempo que se apresenta como um instrumento indispensável no apoio ao diagnóstico e gestão dos sistemas de drenagem urbanos. A aplicação desenvolvida resulta da automatização da metodologia descrita e permite avaliar o desempenho ambiental de sistemas de drenagem constituídos por várias bacias dispostas em série, no máximo de 5 bacias de drenagem, de uma forma simples e expedita. Permite também a definição de cenários hipotéticos, representativos de alterações a introduzir no sistema, como sejam obras de reabilitação (no máximo de 5 cenários de estudo) e a sua comparação com a situação atual. A ASI-Mic. pressupõe a determinação de indicadores de desempenho em tempo seco e para diversos eventos pluviométricos (tempo de chuva). Conhecendo o regime pluviométrico local torna-se possível determinar o índice de desempenho do sistema, que representa a ponderação dos indicadores tendo em conta a duração média anual dos períodos de tempo seco e de precipitação, em função da respetiva frequência e intensidade. Para tal o utilizador apenas tem que definir o sistema que pretende estudar, através da introdução nos campos apropriados, dos dados definidores do mesmo, os quais se apresentam de seguida: 49

72 Coeficiente do Método Racional (C, para a estimativa da precipitação útil. Percentagem de população na área de atendimento servida pelo sistema (. Percentagem de águas pluviais que afluem ao sistema de drenagem (φ). Concentrações em Coliformes Fecais ou Esherichia Coli nas águas pluviais urbanas. Concentrações em Coliformes Fecais ou Esherichia Coli nas águas residuais domésticas. Concentrações em Coliformes Fecais ou Esherichia Coli no efluente da ETAR População total. Capitação em águas residuais. Área da bacia em estudo. Caudal médio doméstico determinado com base nas características da bacia em estudo (população e capitação). Capacidade das estações elevatórias. Capacidade da ETAR. Capacidade do sistema corresponde ao valor mínimo entre a capacidade do sistema de drenagem ou a capacidade da infraestrutura de controlo de caudal associada à bacia. Intensidade e frequência da precipitação. Caso o utilizador da aplicação não tenha informação ou simplesmente não possua um prazo temporal coincidente com a realização de um estudo para determinar os valores pedidos para as concentrações em Coliformes Fecais ou Esherichia Coli nas águas pluviais urbanas, nas águas residuais domésticas e no efluente da ETAR é disponibilizada uma funcionalidade onde se apresenta uma proposta para os valores das cargas poluentes, a qual pode ser adotada pelo utilizador na realização do seu estudo. Os valores propostos são apresentados no Quadro 25, que figura no capítulo 5 da presente Dissertação. Da mesma forma, caso não exista informação relativa a o regime pluviométrico aplicável ao sistema de drenagem que se pretende estudar, a aplicação oferece também uma funcionalidade que permite utilizar como base para o estudo os valores das intensidades de precipitação (definidos em função da sua frequência) propostos (valores que resultam do estudo realizado por Ferreira, 2006, obtidos com vista à aplicação da metodologia ASI à frente de drenagem Algés- Alcântara). A ASI-Mic. é especialmente desenvolvida para situações de estudos de conceção e reabilitação, ou trabalhos de beneficiação em sistemas existentes, nos quais se verifica uma escassez de dados e informação relativas ao sistema em estudo. Com esta aplicação o utilizador obterá informações de grande relevância como a classificação do desempenho ambiental do sistema de drenagem em estudo, feita em função das características de autodepuração e sensibilidade do meio recetor, percentagem de poluição anualmente descarregada para o meio recetor, em relação ao volume total, para cada origem poluente (águas 50

73 residuais brutas, águas pluviais, caudais descarregados como excedentes e efluentes da ETAR) e valores das concentrações médias anuais por origem poluente. A informação fornecida ao utilizador, como resultado do seu estudo, é sintetizada e apresentada na forma de tabelas e gráficos, que permitem uma leitura e interpretação bastante simples dos dados obtidos. Desta forma o utilizador tem ainda a possibilidade de manipular a informação que recebe, quer seja alterar o tipo de gráfico, cor, ou simplesmente exportar a informação para outra plataforma. Pelos factos expostos o desenvolvimento de novas ferramentas, em especial a ASI-Mic., revestese de especial importância, sendo de realçar as vantagens que este tipo de metodologias oferece no apoio ao diagnóstico e tomada de decisões de intervenções para reabilitação de sistemas urbanos de saneamento Desenvolvimento do programa A aplicação desenvolvida resulta da automatização da metodologia ASI-Mic., anteriormente descrita e surge da necessidade de facilitar e tornar mais apelativa a sua utilização, por parte do utilizador, tornando consideravelmente mais simples a aplicação da metodologia proposta, diminuindo o período de adaptação à mesma e constituindo um contributo para o apoio ao diagnóstico e gestão dos sistemas de drenagem urbanos. A ASI-Mic foi desenvolvida em Visual Basic for Applications (VBA), aproveitando as potencialidades que esta linguagem de programação oferece no que diz respeito à criação de interfaces de introdução de dados, neste caso a criação de formulários (p.e. o formulário representado na Figura 22). Esta tem um modo de funcionamento bastante simples, apresentando uma série de formulários, que servem de interface entre o utilizador e a aplicação (conjunto de metodologias programadas em várias folhas de MS Excel, que atuam num plano posterior), tornando esta interação, bastante simples e intuitiva. Na Figura 19, apresenta-se um fluxograma da ASI-Mic., que de forma simplificada demonstra o seu modo de funcionamento. No Anexo 2, da presente dissertação são apresentados alguns procedimentos, ou macros, que tornam possível a automatização da ASI-Mic. 51

74 4.3. Manual de utilização Figura 19 Fluxograma de funcionamento do ASI-Mic Aspetos gerais O presente subcapítulo serve como guia ou auxílio ao utilizador, para que este possa de uma forma simples tomar conhecimento dos fundamentos que regem a aplicação e dessa forma possa retirar todo o partido das capacidades da mesma. Como referido atrás, a ASI-Mic. permite avaliar o desempenho ambiental de sistemas de drenagem constituídos por várias bacias dispostas em série, no máximo de 5 bacias de drenagem. Permite também a definição de cenários hipotéticos, representativos de alterações a introduzir no sistema, como sejam obras de reabilitação, no máximo de 5 cenários de estudo e a sua comparação com a situação atual. Ao iniciar a aplicação será apresentada uma página de rosto, na qual é feita uma pequena descrição das vantagens inerentes à sua utilização, do seu modo de funcionamento e capacidades. Para ter acesso à aplicação o utilizador terá agora de preencher os campos correspondentes ao nome do Utilizador e a respetiva Password (Figura 20). 52

75 Figura 20 - Nome de utilizador e Password Os botões de comando apresentados têm as seguintes funções: Ok Permite ao utilizador avançar na aplicação (só deverá ser utilizado depois de preenchidos todos os campos). Sair Permite ao utilizador fechar a aplicação. Caso os campos não sejam preenchidos devidamente aparecerá uma mensagem de erro, na qual se pode ler o seguinte texto: Erro, o nome de Utilizador ou Password estão incorretos. Esta funcionalidade tem apenas uma função de proteção da ferramenta. Caso os dados introduzidos estejam corretos, após carregar no botão de comando Ok aparecerá no ecrã o formulário seguinte Caracterização do sistema de drenagem Neste formulário surge uma representação esquemática, ilustrativa de um sistema de drenagem de águas residuais tipo, constituído por bacias de drenagem dispostas em série, tal como representado na Figura 21: Figura 21 - Representação esquemática de um sistema constituído por "n" bacias de drenagem dispostas em série A ASI-Mic. permite a avaliação do desempenho ambiental de sistemas de drenagem urbanos, constituídos por várias bacias dispostas em série, no máximo de 5 bacias de drenagem, como tal o utilizador deverá introduzir o número de bacias de drenagem que pretende considerar no seu estudo. Esta informação é introduzida na combo box apresentada na figura

76 Na parte inferior do formulário surgem vários botões de comando, os quais têm as seguintes funções: Limpar Deverá ser utilizado sempre que se pretendam introduzir novos dados na aplicação. Permite apagar os valores introduzidos na aplicação anteriormente e que caso não sejam apagados podem influenciar os resultados subsequentes. Avançar Permite ao utilizador avançar na aplicação (só deverá ser utilizado depois de preenchidos todos os campos). Sair Permite ao utilizador fechar a aplicação. Ajuda Permite ao utilizador ter acesso a uma explicação mais detalhada acerca do funcionamento da aplicação. De notar que, aquando da realização de um novo estudo, o utilizador deverá sempre utilizar a função Limpar, caso não o faça poderá influenciar os resultados obtidos adiante. Caso os dados introduzidos estejam corretos, após carregar no botão de comando Ok aparecerá no ecrã o formulário seguinte Introdução de dados Sistema de Drenagem Neste separador o utilizador deve caracterizar o sistema em estudo, através do preenchimento dos vários campos presentes nesta secção e os quais se apresentam na Figura 22. Figura 22 - Parâmetros definidores do sistema de drenagem Os parâmetros definidores do sistema são os que se apresentam de seguida: População total. Capitação em águas residuais. Área da bacia em estudo. Caudal médio doméstico determinado com base nas características da bacia em estudo (população e capitação). 54

77 Capacidade das estações elevatórias. Capacidade da ETAR. Capacidade do sistema corresponde ao valor mínimo entre a capacidade do sistema de drenagem ou a capacidade da infra-estrutura de controle de caudal associada à bacia A introdução destas grandezas é de grande importância para uma boa definição do sistema em estudo, razão pela qual estas deverão ser bem determinadas pelo utilizador. Na parte inferior do formulário surgem vários botões de comando, os quais têm as seguintes funções: Avançar Permite ao utilizador avançar na aplicação e só deverá ser utilizado depois de preenchidos todos os campos (avançar para Parâmetros Variáveis ). Sair Permite ao utilizador fechar a aplicação. Ajuda Permite ao utilizador ter acesso a uma explicação mais detalhada acerca do funcionamento da aplicação. Após introdução dos dados nos campos apropriados, a utilização do botão de comando Avançar> fará aparecer no ecrã o separador seguinte Introdução de dados Parâmetros variáveis Neste separador o utilizador deve caracterizar o sistema em estudo, através do preenchimento dos vários campos presentes nesta secção e os quais se apresentam na Figura 23. Figura 23 - Parâmetros variáveis necessários à aplicação da metodologia ASI-Mic. A aplicação da metodologia ASI depende de vários parâmetros: Coeficiente do Método Racional (C, para a estimativa da precipitação útil. 55

78 Percentagem de população na área de atendimento servida pelo sistema (. Percentagem de águas pluviais que afluem ao sistema de drenagem (φ). Na parte inferior do formulário surgem vários botões de comando, os quais têm as seguintes funções: Voltar Permite ao utilizador retroceder na aplicação (voltar a Sistema de Drenagem ). Avançar Permite ao utilizador avançar na aplicação e só deverá ser utilizado depois de preenchidos todos os campos (avançar para Cargas Poluentes ). Sair Permite ao utilizador fechar a aplicação. Ajuda Permite ao utilizador ter acesso a uma explicação mais detalhada acerca do funcionamento da aplicação. Após introdução dos dados nos campos apropriados, a utilização do botão de comando Avançar> fará aparecer no ecrã o separador seguinte, caso seja necessário terá também a possibilidade de volta ao separador anterior através do botão < Voltar Introdução de dados Cargas Poluentes Neste separador o utilizador deve proceder à caracterização das cargas poluentes afluentes ao sistema de drenagem. Para tal devem ser preenchidos os campos presentes nesta secção e os quais se apresentam na Figura 24. Figura 24 Caraterização das cargas poluentes A aplicação da metodologia ASI depende de vários parâmetros: Concentrações em Coliformes Fecais ou Esherichia Coli nas águas pluviais urbanas. Concentrações em Coliformes Fecais ou Esherichia Coli nas águas residuais domésticas. Concentrações em Coliformes Fecais ou Esherichia Coli no efluente da ETAR 56

79 O utilizador tem ainda a possibilidade de efetuar o seu estudo com base nos valores das concentrações propostos para a aplicação da metodologia à frente de drenagem de Algés- Alcântara. Os valores propostos resultam do estudo efetuado para este subsistema. Para tal deverá escolher na combo box o tipo de poluente a ter em conta e de seguida recorrer ao comando Valores Propostos. Os valores das concentrações serão preenchidos nos vários campos com os valores do Quadro 13, em função da origem poluente escolhido. Quadro 13 - Valores das concentrações adotados para a aplicação da metodologia à frente de drenagem de Algés- Alcântara. (unid.) Coliformes fecais Esherichia coli NMP/100 ml 6,70E+04 3,17E+04 NMP/100 ml 5,01E+07 5,50E+04 NMP/100 ml 2,00E+03 5,00E+02 Na parte inferior do formulário surgem vários botões de comando, os quais têm as seguintes funções: Voltar Permite ao utilizador retroceder na aplicação (voltar a Parâmetros Variáveis ). Avançar Permite ao utilizador avançar na aplicação e só deverá ser utilizado depois de preenchidos todos os campos (avançar para Eventos Pluviométricos ). Sair Permite ao utilizador fechar a aplicação. Ajuda Permite ao utilizador ter acesso a uma explicação mais detalhada acerca do funcionamento da aplicação. Após introdução dos dados nos campos apropriados, a utilização do botão de comando Avançar> fará aparecer no ecrã o separador seguinte, caso seja necessário terá também a possibilidade de volta ao separador anterior através do botão < Voltar Introdução de dados Eventos Pluviométricos Neste separador o utilizador deve proceder à caracterização dos eventos pluviométricos (valores da intensidade de precipitação), bem como a duração da precipitação considerada. Para tal devem ser preenchidos os campos presentes nesta secção e os quais se apresentam na Figura

80 Figura 25 Caraterização dos eventos pluviométricos O utilizador tem ainda a possibilidade de efetuar o seu estudo com base nos valores das séries pluviométricas propostos para a aplicação da metodologia à frente de drenagem de Algés- Alcântara, que resultam da análise das séries pluviométricas para uma precipitação com duração superior a 15 minutos. Como tal recorrer ao comando Valores Propostos. Os vários campos serão preenchidos com os valores do Quadro 14. Quadro 14 - Precipitações consideradas na aplicação da metodologia ASI, determinadas para um T=10 anos Frequência I (intensidade) 0,1 x/ano 25,8 71,7 1 x/ano 13,9 38,5 2 x/ano 11,1 30,9 5 x/ano 8,0 22,3 7 x/ano 7,2 20,0 10 x/ano 6,3 17,5 15 x/ano 5,2 14,3 45 x/ano 2,7 7,6 Na parte inferior do formulário surgem vários botões de comando, os quais têm as seguintes funções: Voltar Permite ao utilizador retroceder na aplicação (voltar a Cargas poluentes ). Avançar Permite ao utilizador avançar na aplicação e só deverá ser utilizado depois de preenchidos todos os campos (avançar para Classificação do desempenho ambiental ). Sair Permite ao utilizador fechar a aplicação. Ajuda Permite ao utilizador ter acesso a uma explicação mais detalhada acerca do funcionamento da aplicação. 58

81 Após introdução dos dados nos campos apropriados, a utilização do botão de comando Avançar> fará aparecer no ecrã o separador seguinte, caso seja necessário terá também a possibilidade de volta ao separador anterior através do botão < Voltar Introdução de dados Classificação do desempenho ambiental Neste separador o utilizador deve proceder à introdução dos dados que permitam a classificação do índice de desempenho, em função da sensibilidade do meio recetor. Para tal devem ser preenchidos os campos presentes nesta secção e os quais se apresentam na Figura 26. Figura 26 - Classificação do índice de desempenho, em função da sensibilidade do meio recetor O utilizador tem ainda a possibilidade de efetuar o seu estudo com base nos valores propostos para a aplicação da metodologia à frente de drenagem de Algés-Alcântara, apresentados no Quadro 15 e Quadro 16 (a explicação da definição dos intervalos é apresentada ao pormenor no capítulo 3 do presente trabalho). Como tal deverá recorrer ao comando Valores propostos. Os valores serão preenchidos nos vários campos, em função da origem poluente escolhido no separador Cargas Poluentes (Figura 27). Figura 27 - Introdução da origem poluente a considerar Quadro 15 - Proposta de classificação do índice de desempenho, em função da sensibilidade do meio recetor, para a metodologia baseada no parâmetro Coliformes Fecais. Idpond Qualificação < 3.6 Bom/Muito bom (reabilitação mínima) 3.6 a 4.5 Aceitável/Sofrível (reabilitação de média prioridade) 4.5 a 6 Deficiente (reabilitações pontuais de carácter urgente) > 6 Muito deficiente (reabilitações prioritárias de dimensão e impacte relevantes) 59

82 Quadro 16 - Proposta de classificação do índice de desempenho, em função da sensibilidade do meio recetor, para a metodologia baseada no parâmetro Esherichia Coli. Idpond Qualificação < 1.8 Bom/Muito bom (reabilitação mínima) 1.8 a 2.25 Aceitável/Sofrível (reabilitação de média prioridade) 2.25 a 3 Deficiente (reabilitações pontuais de carácter urgente) > 3 Muito deficiente (reabilitações prioritárias de dimensão e impacte relevantes) Na parte inferior do formulário surgem vários botões de comando, os quais têm as seguintes funções: Voltar Permite ao utilizador retroceder na aplicação (voltar a Eventos Pluviométricos ). Resultados Permite ao utilizador avançar na aplicação e só deverá ser utilizado depois de preenchidos todos os campos (avançar para Resultados ). Sair Permite ao utilizador fechar a aplicação. Ajuda Permite ao utilizador ter acesso a uma explicação mais detalhada acerca do funcionamento da aplicação. Após introdução dos dados nos campos apropriados, a utilização do botão de comando Avançar> fará aparecer no ecrã o separador seguinte, caso seja necessário terá também a possibilidade de volta ao separador anterior através do botão <Voltar Folha de resultados Após completar todo o processo de introdução dos dados será apresentada uma folha de cálculo com os resultados relativos ao desempenho ambiental do sistema de drenagem urbana estudada. A informação fornecida ao utilizador é apresentada na forma de tabelas e gráficos, que permitem uma leitura e interpretação bastante simples dos dados obtidos. Desta forma o utilizador tem ainda a possibilidade de ajustar a informação que recebe, quer seja alterar o tipo de gráfico, cor, ou simplesmente exportar a informação para outra plataforma. Nos parágrafos seguintes será feita uma breve descrição/apresentação do tipo de informação que o utilizador tem acesso, por utilização desta metodologia. Os resultados apresentados foram obtidos por aplicação da metodologia a um sistema de drenagem de águas residuais hipotético, constituído por cinco bacias de drenagem dispostas em série e definidos cinco cenários diferentes e devem ser considerados como exemplificativos das potencialidades do modelo. A avaliação do grau de poluição potencial do sistema é traduzida pelos valores de e. Quanto maiores forem os seus valores, mais deficiente será o comportamento do sistema uma vez que a concentração média efluente do sistema é superior à concentração média teórica descarregada por um sistema separativo hipotético. A situação ideal corresponde a valores de e iguais à unidade. 60

83 Índices de desempenho (-) No Quadro 17 apresenta-se uma síntese dos valores dos índices de desempenho (um para tempo seco e oito para tempo de chuva, número de precipitações consideradas no estudo) e, obtidos por aplicação da ferramenta. Quadro 17 - Síntese dos resultados obtidos pela aplicação da metodologia ASI baseado em Coliformes Fecais ou E. Coli Exemplo Id (T.Seco) 0,1 x/ano 1 x/ano 2 x/ano Id (Tempo de chuva) 5 x/ano 7 x/ano 10 x/ano 15 x/ano 45 x/ano Idpond calc. ( - ) Cenário 1 7,68 0,090 0,084 0,083 0,081 0,081 0,080 0,078 0,066 6,74 Cenário 2 5,25 0,091 0,085 0,084 0,082 0,082 0,081 0,079 0,070 4,61 Cenário 3 2,40 0,096 0,093 0,091 0,090 0,090 0,089 0,089 0,086 2,11 Cenário 4 2,40 0,096 0,092 0,091 0,089 0,084 0,089 0,088 0,086 2,11 Cenário 5 1,98 0,096 0,093 0,091 0,090 0,090 0,089 0,089 0,086 1,75 Nas figuras seguintes apresentam-se graficamente os valores obtidos para os indicadores e índices de desempenho (Figura 28) e a classificação de cada um dos cenários, com base no seu valor de (Figura 29). 8,000 6,000 4,000 2,000 0,000 Cenário 1 Cenário 2 Cenário 3 Cenário 4 Cenário 5 Obtido da série de precipitação completa obtido dos eventos de precipitação com D>15 min Figura 28 - Representação dos indicadores e índices de desempenho obtidos por aplicação da metodologia ASI baseada em Coliformes Fecais ou E. Coli A classificação do índice de desempenho é feita em função das características de autodepuração e sensibilidade do meio recetor. Na presente dissertação apresentam-se duas propostas de classificação desta grandeza, cuja aplicação depende do parâmetro considerado para a aplicação da ASI-Mic. (Coliformes Fecais ou Esherichia Coli) e traduz de forma qualitativa o tipo de desempenho ambiental da solução em estudo (de desempenho muito bom até desempenho muito deficiente ). 61

84 percentagem face ao volume total (%) IDpond (-) Cenário 1 Cenário 2 Cenário 3 Cenário 4 Cenário 5 muito deficiente Deficiente Aceitável Bom/Muito Bom Idpond calc. [ - ] Figura 29 - Classificação do desempenho ambiental do cenário em estudo, com base no índice de desempenho. A informação relativa à percentagem de poluição anualmente descarregada para o meio recetor, em relação ao volume total, para cada origem poluente, nomeadamente: águas residuais brutas, águas pluviais, caudais descarregados como excedentes e efluentes da ETAR, são apresentadas no Quadro 18. A obtenção destes dados reveste-se de grande importância, pois dá a conhecer a contribuição de cada proveniência para a totalidade da poluição descarregada anualmente no meio recetor. Quadro 18 - Volumes médios anuais descarregados no meio recetor, por origem poluente Cenário V medio anual (m3) AR brutas AP Exced. Tratado Total Cenário , , , , ,4 Cenário , , , , ,7 Cenário , , , , ,2 Cenário , , , , ,0 Cenário , , , , ,4 Na Figura 30 apresentam-se os volumes médios anualmente descarregados no meio recetor, face ao volume total, para cada cenário avaliado. 100% 80% 60% 40% 20% 0% Cenário 1 Cenário 2 Cenário 3 Cenário 4 Cenário 5 tratado Exced. AP AR brutas Figura 30 - Representação gráfica da percentagem de poluição por origem poluente, face ao volume total 62

85 Cmedioanual em C.F. (NMP/100ml) Finalmente os valores das concentrações médias anuais por origem poluente são apresentadas na Figura 31. 1,00E+05 1,00E+04 1,00E+03 1,00E+02 1,00E+01 1,00E+00 5,50E+04 3,17E+04 2,67E+04 5,00E+02 AR brutas AP Exced. tratado Figura 31 - Valores das concentrações médias anuais em Coliformes Fecais ou E. Coli, por origem poluente. De referir que na parte inferior do formulário surgem dois botões de comando, os quais têm as seguintes funções (Figura 32): Figura 32 - Botões de comando Voltar Permite ao utilizador retroceder na aplicação (voltar a Eventos Pluviométricos ). Sair Permite ao utilizador fechar a aplicação. 63

86 64

87 5. Aplicação do modelo ASI-Mic. à frente de drenagem Algés-Alcântara 5.1. Notas introdutórias A metodologia ASI-Mic., acima descrita foi aplicada à frente de drenagem Algés-Alcântara por forma a avaliar a sua performance ambiental bem como simular os efeitos, individuais ou combinados, das medidas de reabilitação propostas e a sua prioridade de implementação. A aplicação da metodologia ao subsistema Algés-Alcântara visa a comparação dos resultados obtidos por um modelo baseado na contaminação microbiológica com os resultados obtidos anteriormente, os quais foram determinados para o mesmo subsistema mas considerando um modelo baseado no parâmetro microbiológico carência química em oxigénio (CQO). Esperam-se resultados e conclusões semelhantes aos obtidos anteriormente Caracterização do sistema de drenagem Algés-Alcântara Nos parágrafos seguintes apresenta-se a caracterização sumária da área de estudo e descreve-se o modelo tipológico simplificado considerado para a frente de drenagem Algés-Alcântara, constituído por três bacias dispostas em série, para aplicação da metodologia ASI-Mic. A informação constante neste subcapítulo foi adaptada de Ferreira, Atualmente o sistema de drenagem de Alcântara serve os concelhos de Lisboa, Oeiras e Amadora, sendo os efluentes conduzidos para a ETAR de Alcântara, onde são tratados. As águas residuais provenientes de duas das frentes de drenagem da Zona Baixa da cidade (Algés- Alcântara e Cais do Sodré-Alcântara) afluem à instalação elevatória EE3, sendo elevadas conjuntamente até à ETAR. Encontra-se em fase de projecto de execução a solução para a intercepção e drenagem do efluente doméstico entre o Terreiro do Paço e o Cais do Sodré, que ligará igualmente à EE3, prevendo-se a sua concretização a relativamente curto prazo. Na Figura 33 apresenta-se um modelo altimétrico do terreno da frente de drenagem Algés-Alcântara, bem como as densidades populacionais médias para cada quarteirão pertencente à BGRI (Base Geográfica de Referenciação de Informação), avaliadas com base nos resultados dos Censos de Figura 33 - Frente de drenagem Algés-Alcântara: modelo altimétrico do terreno e densidades populacionais médias (adaptado de Ferreira, 2006). 65

88 O sistema intercetor da frente de drenagem Algés-Alcântara tem início em Algés e desenvolve-se até estação elevatória EE3, onde os caudais são bombados para a ETAR de Alcântara, incluindo as seguintes componentes principais: Intercetor, de diâmetro variável, entre 800 e 1200 mm, incluindo três trechos gravíticos principais e três trechos elevatórios. Três instalações elevatórias, enterradas, dispondo cada uma de três a quatro grupos electrobomba (a montante de cada sistema elevatório encontra-se implantada uma câmara de descarga com ligação ao sistema pluvial). Dezanove descarregadores de desvio para o sistema intercetor e diversos coletores secundários, de diâmetros variáveis, entre 200 e 600 mm. Nos concelhos de Oeiras e Amadora o sistema de drenagem é maioritariamente separativo, à exceção de duas pequenas sub-bacias, na zona mais antiga de Algés, servidas por redes unitárias. No concelho de Lisboa, o sistema é sobretudo unitário, embora existam zonas separativas que no conjunto assumem alguma relevância, nomeadamente no Restelo e nos Pólos da UTL e ISA, na Ajuda. Globalmente, na frente Algés-Alcântara a população servida por redes separativas representa mais de 60 % da população total. Os principais problemas de funcionamento da frente de drenagem Algés-Alcântara são os seguintes: Águas residuais domésticas drenadas por valas ou infraestruturas pluviais (como no caso da ribeira de Algés). Algumas bacias unitárias não estão a ser adequadamente intercetadas (devido a descarregadores deficientemente concebidos/construídos ou inexistentes), o que se traduz na descarga direta para o meio recetor de grande parte dos caudais domésticos, mesmo em tempo seco. Entradas de maré no sistema. Existência de troços gravíticos do intercetor com declives contrários ao sentido usual do escoamento (troços ascendentes), com favorecimento do assoreamento e ocorrência de septicidade. Em síntese, existem atualmente, em Lisboa, onze bacias da rede (D1, D6.1, D9, D11/14, D12, D19B, D20, ZR1, ZR2, ZR3 e ZR4) que não são parcial ou totalmente interceptadas (Figura 34). A bacia AMD1, da Amadora, e as bacias OEI1, OEI2, OEI6, OEI7 e OEI8 também não se encontram integralmente intercetadas. Entre as principais causas desta situação referem-se fatores como a existência de descargas provisórias de águas residuais na ribeira de Algés (correspondente ao efluente proveniente das bacias AMD1, OEI1 e OEI2), o facto do emissário de Monsanto se encontrar fora de serviço, os descarregadores das bacias D6.1, D9, D11/14, D12, D19B e D20 não funcionarem de forma adequada e as bacias ribeirinhas (ZR1, ZR2, ZR3 e ZR4) não disporem, na sua totalidade, de uma rede separativa afluente ao sistema intercetor. Assim, constata-se que cerca 63% da população não é servida atualmente, ou seja, as águas residuais provenientes de 66

89 cerce da habitantes são descarregadas diretamente no estuário do Tejo, mesmo em tempo seco. No Quadro 19, apresenta-se a percentagem da população que é atualmente servida na área de atendimento da frente de drenagem Algés-Alcântara. Quadro 19 Caracterização das bacias para aplicação da ASI-Mic. (adaptado de Ferreira, 2006) Valor Grandeza Unidade Bacia 1 Bacia 2 Bacia 3 População total hab Percentagem de população servida % Percentagem de população não servida % Área da bacia hab Caudal médio doméstico l/s 163,8 76,1 27,9 Capacidade das E. Elevatórias l/s Capacidade do sistema l/s A aplicação da metodologia ASI à frente de drenagem Algés-Alcântara foi efetuada considerando que o sistema era constituído por três bacias principais dispostas em série, cada uma das quais incluindo um troço de intercetor que drena, a jusante, para uma instalação elevatória (Ferreira,2006): Bacia B1 integra todas as bacias dos concelhos de Amadora e Oeiras, bem como as bacias D1, D3, D4/D5, D6, D6.1 e ZR1 do concelho de Lisboa. As águas residuais afluentes ao intercetor são drenadas até à EE1, que as bombeia para o troço de intercetor seguinte, pertencente à bacia B2. Bacia B2 é composta pelas bacias D7 a D13, DJ, DJ1, DJ2 e ZR2, do concelho de Lisboa. As águas residuais afluentes ao intercetor desta bacia, que recebe também o efluente bombeado pela EE1, são drenadas até à EE2 que as eleva até ao troço de intercetor seguinte, pertencente à bacia B3. Bacia B3 integra as restantes bacias da frente de drenagem Algés-Alcântara (bacias D16 a D20, ZR3 e ZR4), recebendo o efluente bombeado pela EE2 que, conjuntamente com as águas residuais afluentes a este intercetor, são conduzidas para a EE3, sendo então bombeadas para a ETAR. O modelo tipológico simplificado da frente de drenagem Algés-Alcântara, com base no qual foi desenvolvida e aplicada a metodologia ASI-Mic., apresenta-se na Figura

90 Figura 34 - Modelo tipológico simplificado da frente de drenagem Algés-Alcântara (adaptado de Ferreira, 2006). Dado que os interceptores apresentam, teoricamente, capacidade hidráulica adequada aos caudais a drenar, a capacidade dos sistemas das bacias B1, B2 e B3 está limitada pela capacidade de elevação das instalações elevatórias dispostas a jusante (EE1, EE2 e EE3, respectivamente). No entanto, à EE3 afluirão, no futuro, a totalidade dos caudais da Zona Baixa incluindo, também, a frente de drenagem Terreiro do Paço-Cais do Sodré-Alcântara. Estes caudais serão bombeados conjuntamente até à ETAR por intermédio da estação elevatória EE3, que apresenta capacidade de bombagem para o dobro do caudal de ponta de tempo seco das frentes de drenagem afluentes. Assim, para efeitos de aplicação da ASI-Mic., admite-se que a capacidade do sistema da bacia B3 corresponde apenas à parcela destinada a fazer face os caudais provenientes da frente de drenagem Algés-Alcântara, equivalendo ao dobro do caudal de ponta de tempo seco gerado nesta frente de drenagem, no ano horizonte de projecto Aplicação do modelo ASI-Mic. A aplicação da metodologia ASI-Mic. depende sobretudo dos seguintes parâmetros: capacidade do sistema (, coeficiente do método racional (C) para a estimativa da precipitação útil, percentagem de população na área de atendimento servida pelo sistema (, percentagem de águas pluviais que afluem ao sistema de drenagem (φ) (Ferreira, 2006) e as concentrações em Coliformes Fecais e Esherichia Coli nas águas pluviais urbanas, nas águas residuais domésticas e no efluente da ETAR (. De seguida apresentam-se os dados necessários à aplicação da ASI, retirados de Ferreira, 2006, por forma a possibilitar a comparação dos resultados obtidos pelas duas metodologias, bem como fazer uma validação da nova abordagem (Quadro 20). 68

91 Quadro 20 - Precipitações consideradas na aplicação da metodologia ASI, determinadas para um T=10 anos (adaptado de Ferreira, 2006). Frequência I (intensidade) 0,1 x/ano 25,8 71,7 0,87 1 x/ano 13,9 38,5 1,34 2 x/ano 11,1 30,9 3,49 5 x/ano 8,0 22,3 3,93 7 x/ano 7,2 20,0 7,71 10 x/ano 6,3 17,5 11,28 15 x/ano 5,2 14,3 76,76 45 x/ano 2,7 7,6 975,58 Tempo seco 7679,04 Total 8760 Considerando os problemas operacionais e das infraestruturas, que têm grande influência no desempenho ambiental do subsistema de águas residuais Algés-Alcântara, foram consideradas as três principais intervenções de reabilitação a introduzir no sistema: A. Reabilitação do emissário de Monsanto. B. Reabilitação dos descarregadores problemáticos. C. Ligação das zonas ribeirinhas, ainda não servidas pelo emissário. A análise das intervenções mais adequadas à beneficiação do sistema de drenagem existente, será feita sob a forma de diferentes cenários de reabilitação os quais se apresentam de seguida no Quadro 21: Quadro 21 - Descrição dos cenários de reabilitação considerados na aplicação da ASI (adaptado de Ferreira, 2006). Exemplo Descrição sumária do cenário Cenário 1 Situação atual Cenário 2a Reabilitação do emissário de Monsanto (intervenção A) Cenário 2b Reabilitação de descarregadores (intervenção B) Cenário 3 Reabilitação de descarregadores e do emissário de Monsanto (intervenções A e B) Cenário 4 Reabilitação de descarregadores, emissário de Monsanto e ligações diretas Cenário 5a Reabilitação de descarregadores, emissário de Monsanto, ligações diretas e zonas ribeirinhas (intervenções A, B e C) Cenário 5b Reabilitação de descarregadores, ligações diretas e zonas ribeirinhas (intervenções B e C) No Quadro 22 apresentam-se os valores dos custos estimados para os diferentes cenários em estudo. Os valores indicados foram retirados de Ferreira, 2006 e foram fornecidos pela entidade 69

92 gestora do subsistema de Algés-Alcântara, a SIMTEJO, S.A (Saneamento Integrado dos Municípios do Tejo e Trancão, S.A.). Quadro 22 - Custos estimados das operações de reabilitação a implementar no sistema (adaptado de Ferreira, 2006). Cenários Custo 1-2a b a b 2420 Os valores das concentrações em coliformes fecais e Esherichia Coli nas águas pluviais urbanas, nas águas residuais domésticas e no efluente da ETAR ( recolhidos, foram agrupados e sintetizados nas tabelas que abaixo se apresentam (Quadro 23 e Quadro 24): Quadro 23 - Valores das concentrações em CF e E. Coli em águas pluviais urbanas e águas residuais brutas Coliformes fecais Esherichia Coli Mínimo Máximo Mínimo Máximo (NMP/100 ml) 6,70E+04 1,30E+03 6,20E+04 (NMP/100 ml) 1,00E+05 1,00E+08 1,00E+04 1,00E+05 Quadro 24 - Valores das concentrações em CF e E.Coli para efluentes provenientes da ETAR (Legislação em vigor) (NMP/100 ml) Coliformes fecais Esherichia Coli Águas balneares Águas costeiras e de transição VMR VMA Qualidade excelente Qualidade boa Qualidade suficiente No entanto, os valores acima representam os extremos de um intervalo (não é possível definir com exatidão as concentrações em C.F e E. Coli de águas residuais brutas e pluviais e como tal definese um intervalo, com base em medições efetuadas), valores que podem ser muito gravosos (no caso do valor máximo) ou muito pouco realistas (valor mínimo) e como tal na aplicação da metodologia à frente de drenagem de Algés-Alcântara adotaram-se os seguintes valores para as concentrações (Quadro 25): 70

93 Quadro 25 - Valores das concentrações adotados para a aplicação da metodologia à frente de drenagem de Algés- Alcântara. (unid.) Coliformes fecais Esherichia Coli NMP/100 ml 6,70E+04 3,17E+04 NMP/100 ml 5,01E+07 5,50E+04 NMP/100 ml 2,00E+03 5,00E Apresentação e análise dos resultados Aplicação da metodologia ASI-Mic., baseada em Coliformes Fecais No Quadro 26 apresenta-se uma síntese dos valores obtidos pela metodologia ASI, para cada cenário em estudo, no que se refere aos indicadores de desempenho (um para tempo seco e oito para tempo de chuva, número de precipitações consideradas no estudo) e ao índice de desempenho. Quadro 26 - Síntese dos resultados obtidos pela aplicação da metodologia ASI baseado em Coliformes Fecais (Tempo de chuva) (T.Seco) 0, x/ano 2 x/ano 5 x/ano 7 x/ano x/ano x/ano x/ano x/ano Cenário 1 15,75 0,00 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,02 0,02 13,81 Cenário 2a 8,95 0,01 0,01 0,01 0,02 0,02 0,02 0,03 0,03 7,85 Cenário 2b 7,89 0,00 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,02 6,92 Cenário 3 1,08 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,02 0,02 0,03 0,95 Cenário 4 1,08 0,01 0,01 0,01 0,01 0,02 0,02 0,02 0,03 0,95 Cenário 5a 0,00 0,01 0,01 0,01 0,01 0,02 0,02 0,02 0,03 0,00 Cenário 5b 6,81 0,00 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,02 0,02 5,97 Nas figuras seguintes apresentam-se graficamente os valores obtidos para os indicadores e índices de desempenho (Figura 35) e a classificação de cada um dos cenários, com base no seu valor de (Figura 36). 71

94 IDpond (-) Índices de desempenho (-) 14,000 12,000 10,000 8,000 6,000 4,000 2,000 0,000 Cenário 1 Cenário 2a Cenário 2b Cenário 3 Cenário 4 Cenário 5a Cenário 5b Id calculado com série completa Id calculado para prec. Com D>15 min Figura 35 - Representação dos indicadores e índices de desempenho obtidos por aplicação da metodologia ASI baseada em Coliformes Fecais Cenário 1 Cenário 2a Cenário 2b Cenário 3 Cenário 4 Cenário 5a Cenário 5b muito deficiente Deficiente Aceitável Bom/Muito Bom Idpond calc. [ - ] Figura 36 - Classificação do desempenho ambiental do cenário em estudo, com base no índice de desempenho. No Quadro 27 apresentam-se os volumes médios anualmente descarregados no meio recetor, para cada cenário avaliado. O conhecimento destas grandezas permite ter uma ideia da importância relativa da proveniência das cargas descarregadas no meio recetor, nomeadamente águas residuais brutas, águas pluviais, caudais excedentes e efluentes da ETAR. Quadro 27 - Volumes médios anuais descarregados no meio recetor, por origem poluente Cenário Volume médio anual ( ) AR brutas AP Exced. Tratado Total Cenário , , , , ,4 Cenário 2a 9.082, , , , ,3 Cenário 2b 8.346, , , , ,0 Cenário , , , , ,0 Cenário 5a 2.854, , , , ,7 Cenário 5b 7.594, , , , ,5 Na Figura 37 apresentam-se os volumes médios anualmente descarregados no meio recetor, face ao volume total, para cada cenário avaliado. 72

95 Cmedioanual em C.F. (NMP/100ml) percentagem face ao volume total (%) 100% 80% 60% 40% 20% tratado Exced. AP AR brutas 0% Cenário 1 Cenário 2a Cenário 2b Cenário 3 Cenário 4 Cenário 5a Cenário 5b Figura 37 - Representação gráfica da percentagem de poluição por origem poluente, face ao volume total Verifica-se que para os cenários 1 e 2a, se verifica uma grande contribuição, para o volumes médios anualmente descarregados, por parte das águas residuais domésticas, facilmente explicado pelo facto destas águas serem descarregadas directamente para o meio recetor, sem qualquer tipo de tratamento, daí a necessidade de introduzir alterações no sistema que permitam reduzir esta carga poluente. Os volumes relativos às águas pluviais e efluentes da ETAR mantêmse praticamente constantes, para os vários cenários avaliados, uma vez que estes se encontram limitados respetivamente pelo volume de água precipitada nas bacias (toda a bacia contribui para o escoamento) e pela capacidade hidráulica da ETAR. A implementação das várias medidas de reabilitação do sistema conduz a uma maior eficiência do mesmo, e como, a tal um aumento dos caudais captados pelo sistema. No entanto, a capacidade do sistema de drenagem encontra-se limitada pela capacidade hidráulica das suas estruturas (ETAR, rede de drenagem e meio recetor) as quais não conseguem absorver o aumento do caudal afluente ao sistema, facto que contribui para o aumento da parcela relativa aos caudais excedentes, para os vários cenários avaliados. Por outro lado, o aumento da eficiência do sistema de drenagem conduz a uma diminuição dos volumes de águas residuais descarregados para o meio recetor, o que corresponde à parcela com maior concentração em Coliformes Fecais, de acordo com a Figura 38. 1,00E+08 1,00E+06 1,00E+04 1,00E+02 5,01E+07 5,87E+04 3,89E+05 2,00E+03 1,00E+00 AR brutas AP Exced. tratado Figura 38 - Valores das concentrações médias anuais em Coliformes Fecais por origem poluente. Para além da determinação das cargas poluentes descarregadas no meio recetor, por origem poluente, a metodologia permite também determinar uma ordem de prioridade das medidas de 73

96 Custo (x 10^3 ) custo/unidade beneficio reabilitação a implementar no sistema de drenagem de águas residuais. A ordem de prioridade é facilmente determinada, com base numa análise de custo por unidade de benefício, relacionando os custos previstos para os vários cenários com a redução unitária de, em relação à situação atual. Na Figura 39 apresentam-se de forma ordenada (a operação de reabilitação que apresente a relação custo-benefício de menor valor terá prioridade sobre as demais) os resultados obtidos por aplicação da metodologia. No Quadro 28 são apresentados os valores que dão origem à Figura 39. Quadro 28 - Análise custo benefício, para determinação da ordem de prioridades das medidas de reabilitação Cenário Beneficio Custo (x ) Custo/unidade beneficio 2b 6,893 1,370 0, ,860 3,460 0,2690 5b 7,841 2,420 0,3086 5a 13,808 4,510 0,3266 2a 5,966 2,090 0, ,860 5,000 0,3888 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 2b 3 5b 5a 2a 4 custo/unidade beneficio 0,1987 0,2690 0,3086 0,3266 0,3503 0,3888 Custo (x 10^3 ) 1,370 3,460 2,420 4,510 2,090 5,000 0,5 0,4 0,4 0,3 0,3 0,2 0,2 0,1 0,1 0,0 Figura 39 - Análise custo benefício, para determinação da ordem de prioridades das medidas de reabilitação. A análise dos resultados, expressos na Figura 36, permitem concluir que apesar do investimento feito na reabilitação da ETAR, o desempenho ambiental do sistema é classificado como muito deficiente (o valor do obtido para o cenário 1 é de 13.81). Torna-se evidente que as intervenções A e B (ou A, B e C) devem ser implementadas, para garantir um desempenho ambiental aceitável (cenário 3 e 5a). Os resultados também demonstram que existem vantagens em submeter os descarregadores defeituosos a operações de reabilitação, em vez de reconstruir na sua totalidade o emissário de Monsanto (o valor de para o cenário 2b é de 6.92, valor inferior ao do cenário 2a, ), por outro lado, o parâmetro, obtido para o cenário 3 (intervenções A e B), é inferior do que o obtido para o cenário 5a (intervenções A, B e C), reforçando esta conclusão. 74

97 A Figura 39 mostra a análise custo benefício, para determinação da ordem de prioridades das medidas de reabilitação, em comparação com a situação atual (cenário1). Desta forma, às alternativas que apresentam um valor do parâmetro inferior, deve ser dada prioridade de implementação. Globalmente, a reabilitação dos descarregadores defeituosos, (intervenção A, na qual se engloba o cenário 2b), é o cenário que apresenta um parâmetro mais baixo Aplicação da metodologia ASI-Mic., baseada em Esherichia Coli No Quadro 29 apresenta-se uma síntese dos valores obtidos pela metodologia ASI, para cada cenário em estudo, no que se refere aos indicadores de desempenho (um para tempo seco e oito para tempo de chuva, número de precipitações consideradas no estudo) e ao índice de desempenho. Quadro 29 - Síntese dos resultados obtidos pela aplicação da metodologia ASI baseado em Esherichia Coli (Tempo de chuva) (T.Seco) 0, x/ano x/ano x/ano x/ano x/ano x/ano x/ano x/ano Cenário 1 6,96 0,095 0,092 0,090 0,087 0,085 0,083 0,078 0,054 6,11 Cenário 2a 4,00 0,096 0,092 0,091 0,088 0,086 0,084 0,080 0,058 3,51 Cenário 2b 3,54 0,098 0,097 0,096 0,094 0,094 0,093 0,092 0,084 3,11 Cenário 3 0,57 0,098 0,097 0,096 0,095 0,094 0,094 0,092 0,085 0,51 Cenário 4 0,57 0,098 0,097 0,096 0,094 0,094 0,093 0,091 0,084 0,51 Cenário 5a 0,10 0,098 0,097 0,096 0,095 0,094 0,094 0,092 0,086 0,10 Cenário 5b 3,07 0,098 0,097 0,096 0,095 0,094 0,093 0,092 0,085 2,70 Nas figuras seguintes apresentam-se graficamente os valores obtidos para os indicadores e índices de desempenho (Figura 40) e a classificação de cada um dos cenários, com base no seu valor de (Figura 41). 75

98 IDpond (-) Índices de desempenho (-) 8,000 7,000 6,000 5,000 4,000 3,000 2,000 1,000 0,000 Cenário 1 Cenário 2a Cenário 2b Cenário 3 Cenário 4 Cenário 5a Cenário 5b Id calculado com série completa Id calculado para prec. Com D>15 min Figura 40 - Representação dos indicadores e índices de desempenho obtidos por aplicação da metodologia ASI-Mic Cenário 1 Cenário 2a Cenário 2b Cenário 3 Cenário 4 Cenário 5a Cenário 5b muito deficiente Deficiente Aceitável Bom/Muito Bom Idpond calc. [ - ] Figura 41 - Classificação do desempenho ambiental do cenário em estudo, com base no índice de desempenho. No Quadro 30 apresentam-se os volumes médios anualmente descarregados no meio recetor, para cada cenário avaliado. O conhecimento destas grandezas permite ter uma ideia da importância relativa da proveniência das cargas descarregadas no meio recetor, nomeadamente águas residuais brutas, águas pluviais, caudais excedentes e efluentes da ETAR. Quadro 30 - Volumes médios anuais descarregados no meio recetor, por origem poluente Cenário Volume médio anual ( ) AR brutas AP Exced. Tratado Total Cenário , , , , ,4 Cenário 2a 9.082, , , , ,3 Cenário 2b 8.346, , , , ,0 Cenário , , , , ,0 Cenário , , , , ,3 Cenário 5a 2.854, , , , ,7 Cenário 5b 7.594, , , , ,5 76

99 percentagem face ao volume total (%) Na Figura 42 apresentam-se os volumes médios anualmente descarregados no meio recetor, face ao volume total, para cada cenário avaliado. 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Cenário 1 Cenário 2a Cenário 2b Cenário 3 Cenário 4 Cenário 5a Cenário 5b tratado Exced. AP AR brutas Figura 42 - Representação gráfica da percentagem de poluição por origem poluente, face ao volume total. Verifica-se que para os cenários 1 e 2a, se verifica uma grande contribuição, para o volumes médios anualmente descarregados, por parte das águas residuais domésticas, facilmente explicado pelo facto destas águas serem descarregadas directamente para o meio recetor, sem qualquer tipo de tratamento, daí a necessidade de introduzir alterações no sistema que permitam reduzir esta carga poluente. Os volumes relativos às águas pluviais e efluentes da ETAR mantêm-se praticamente constantes, para os vários cenários avaliados, uma vez que estes se encontram limitados respetivamente pelo volume de água precipitada nas bacias (toda a bacia contribui para o escoamento) e pela capacidade hidráulica da ETAR. A implementação das várias medidas de reabilitação do sistema conduz a uma maior eficiência do mesmo e como tal um aumento dos caudais captados pelo sistema. No entanto a capacidade do sistema de drenagem encontra-se limitada pela capacidade hidráulica das suas estruturas (ETAR, rede de drenagem e meio recetor) as quais não conseguem absorver o aumento do caudal afluente ao sistema, facto que contribui para o aumento da parcela relativa aos caudais excedentes, para os vários cenários avaliados. Por outro lado o aumento da eficiência do sistema de drenagem conduz a uma diminuição dos volumes de águas residuais descarregados para o meio recetor, que corresponde à parcela com maior concentração em Coliformes Fecais, de acordo com a Figura

100 Custo (x 10^3 ) custo/unidade beneficio Cmedioanual em C.F. (NMP/100ml) 1,00E+05 1,00E+04 1,00E+03 1,00E+02 1,00E+01 1,00E+00 5,50E+04 2,77E+04 3,18E+04 5,00E+02 AR brutas AP Exced. tratado Figura 43 - Valores das concentrações médias anuais em Esherichia Coli por origem poluente. Para além da determinação das cargas poluentes descarregadas no meio recetor, por origem poluente, a metodologia permite também determinar uma ordem de prioridade das medidas de reabilitação a implementar no sistema. A ordem de prioridade é facilmente determinada, com base numa análise de custo por unidade de benefício, relacionando os custos previstos para os vários cenários com a redução unitária de, em relação à situação atual. Na Figura 44 apresentamse de forma ordenada (a operação de reabilitação que apresente a relação custo-benefício de menor valor terá prioridade sobre as demais) os resultados obtidos por aplicação da metodologia. No Quadro 31 são apresentados os valores que dão origem à Figura 44. Quadro 31 - Análise custo benefício, para determinação da ordem de prioridades das medidas de reabilitação Cenário Beneficio Custo (x ) Custo/unidade beneficio 2b 2,999 1,370 0, ,599 3,460 0,6180 5b 3,412 2,420 0,7092 5a 6,011 4,510 0,7502 2a 2,599 2,090 0, ,599 5,000 0,8930 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 2b 3 5b 5a 2a 4 custo/unidade beneficio 0,4568 0,6180 0,7092 0,7502 0,8041 0,8930 Custo (x 10^3 ) 1,370 3,460 2,420 4,510 2,090 5,000 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Figura 44 - Análise custo benefício, para determinação da ordem de prioridades das medidas de reabilitação 78

101 A análise dos resultados, expressos na Figura 41, permitem concluir que apesar do investimento feito na reabilitação da ETAR, o desempenho ambiental do sistema é classificado como muito deficiente (o valor do obtido para o cenário 1 é de 6.11). Torna-se evidente que as intervenções A e B (ou A, B e C) devem ser implementadas, para garantir um desempenho ambiental aceitável (cenário 3 e 5a). Os resultados também demonstram que existem vantagens em submeter os descarregadores defeituosos a operações de reabilitação, em vez de reconstruir na sua totalidade o emissário de Monsanto (o valor de para o cenário 2b é de 3.11, valor inferior ao do cenário 2a, ), por outro lado, o parâmetro, obtido para o cenário 3 (intervenções A e B), é inferior do que o obtido para o cenário 5a (intervenções A, B e C), reforçando esta conclusão. A Figura 44 mostra a análise custo benefício, para determinação da ordem de prioridades das medidas de reabilitação, em comparação com a situação atual (cenário1). Desta forma, às alternativas que apresentam um valor do parâmetro inferior, deve ser dada prioridade de implementação. Globalmente, a reabilitação dos descarregadores defeituosos, (intervenção A, na qual se engloba o cenário 2b), é o cenário que apresenta um parâmetro mais baixo Principais conclusões As metodologias ASI e ASI-Mic. visam, em ultima análise, a determinação de índices de desempenho de sistemas de drenagem urbanos: os valores de superiores à unidade indicam que a carga poluente efluente do sistema é superior à carga teoricamente descarregada por um sistema separativo hipotético; opostamente, valores de inferiores à unidade demonstram que o sistema apresenta uma carga poluente rejeitada para o meio receptor inferior à carga rejeitada pelo sistema separativo sendo os efluentes domésticos tratados em ETAR com tratamento secundário, pelo que o seu desempenho se pode considerar excelente (e progressivamente melhor, quanto menores forem os valores de ou de ). A introdução de fatores corretivos, tendo em conta o parâmetro poluente para a análise, conduz a resultados e conclusões semelhantes, independentemente da metodologia considerada. Desta forma se conclui que a metodologia ASI pode, facilmente, ser adaptada de forma a considerar outros parâmetros ou indicadores de poluição, produzindo resultados coerentes entre si. Verifica-se que na situação atual, o seu desempenho ainda não corresponde ao desejável sendo necessário reabilitar e beneficiar o sistema intercetor, incluindo a construção dos intercetores principais para se melhorar o comportamento ambiental desta frente de drenagem. Assim, foram considerados seis cenários distintos, que englobam, de forma escalonada, diversas soluções de beneficiação do sistema de drenagem da frente Algés-Alcântara. Considerando os valores obtidos para os índices de desempenho para cada cenário avaliado, conclui-se que a implementação das medidas preconizadas nos Cenários 2a e 2b contribuem, claramente, para a melhoria do desempenho do sistema da frente de drenagem Algés-Alcântara. Na realidade, face à situação atual (Cenário 1), a reabilitação proposta no Cenário 2a (incluindo a construção do emissário 79

102 Boavista-Monsanto-Algés) aliada à reabilitação dos descarregadores considerada no cenário 2b, contribuem significativamente para a redução das descargas diretas em tempo seco, com benefícios globais (médios anuais) muito consideráveis. Pode também concluir-se que a solução de reabilitação dos descarregadores é mais eficiente, a nível ambiental, do que a solução de construção do emissário Boavista-Monsanto-Algés. No que se reporta ao Cenário 4, em que se propõe adicionalmente a construção de emissários separativos de ligação direta ao intercetor, os benefícios são reduzidos e fazem-se sentir apenas para as precipitações mais frequentes, dessa forma esta intervenção não se deve considerar importante. A reabilitação das zonas ribeirinhas preconizada no Cenário 5a (construção de infraestruturas com vista à condução das águas residuais das zonas ribeirinhas e das bacias unitárias de Oeiras ao intercetor), permite assegurar uma taxa de atendimento doméstica próxima de 100%, a que correspondem desempenhos equivalentes aos do sistema separativo teórico. Em termos globais, este cenário poderá ser considerado como a situação em que se atingem os melhores índices de desempenho. Destaca-se a elevada contribuição da carga poluente veiculada pelas escorrências pluviais face à totalidade da carga poluente média anualmente descarregada no meio recetor. Evidencia-se, deste modo, que a poluição transportada pelos caudais durante o início do hidrograma de cheias nas bacias de Lisboa é bastante relevante, sendo frequentemente superior à descarregada pelas águas residuais, em tempo seco. No que se refere à implementação de soluções de controlo na origem, conclui-se que, dada a importância relativa do indicador de desempenho de tempo seco, este tipo de intervenção não tem, praticamente, qualquer efeito sobre os índices de desempenho (i.e., não se torna relevante desviar águas pluviais das redes unitárias da frente de drenagem Algés-Alcântara no que se refere à poluição global do meio recetor). A ferramenta ASI-Mic. permitiu hierarquizar as soluções propostas, de uma forma simples e expedita, o que é especialmente útil num quadro de escassez de recursos ou informação relativa ao sistema de drenagem. 80

103 6. Síntese, conclusões e trabalhos futuros No domínio da drenagem urbana, temas como a modelação do comportamento dinâmico de sistemas de águas residuais urbanas, a avaliação do seu desempenho hidráulico e ambiental e a gestão integrada destes sistemas, apresentam-se como domínios do conhecimento de importância e atualidade crescentes, sobretudo atendendo aos seguintes aspetos: O recurso a modelação ou abordagens de gestão integradas de sistemas de águas residuais constitui uma prática bastante recente, especialmente em Portugal. Crescente desenvolvimento de áreas urbanas constituídas na sua maioria por redes unitárias nos núcleos centrais, às quais afluem redes separativas periféricas mais recentes. Existência de um grande número de sistemas de drenagem de águas residuais cada vez mais complexos na sua conceção e operação. Escassez de informação detalhada, nomeadamente de cadastro, que caraterize os sistemas existentes. Necessidade de dispor de metodologias expeditas para análise do desempenho hidráulico e ambiental dos sistemas existentes, bem como para avaliação de soluções alternativas destinadas à respetiva beneficiação/reabilitação. Elevada carga poluente veiculada pelas escorrências pluviais em meio urbano e respetiva importância para os estudos de qualidade da água e para o projeto/reabilitação de infraestruturas de drenagem e tratamento de água. Diferentes regimes de precipitação relativamente aos países em que se desenvolveram as metodologias e critérios usuais de resolução dos problemas associados à drenagem em meio urbano, designadamente do centro da Europa, Canadá, Estados Unidos da América e Japão. A presente dissertação tem como principal objetivo o desenvolvimento de um modelo de gestão integrada de sistemas de águas residuais baseado na contaminação microbiológica, que permita realizar uma avaliação objetiva, quantificada e sistematizada do desempenho de sistemas de drenagem urbana. Este surge no seguimento do trabalho realizado por Ferreira,2006, no qual a autora desenvolveu uma metodologia destinada à avaliação global integrada do desempenho de sistemas de drenagem urbanos (Ferreira, 2006), designada como Abordagem Simplificada Integrada (ASI). A metodologia seguida para a realização do trabalho agora apresentado é a seguinte: Desenvolvimento de um modelo de gestão integrada de sistemas de águas residuais baseado na contaminação microbiológica (ASI Microbiológica) para sistemas de drenagem constituídos tanto por bacias dispostas em série como em paralelo. Desenvolvimento de um programa automático de aplicação do Modelo ASI-Mic. Aplicação da metodologia ASI Microbiológica à frente de drenagem de Algés-Alcântara. Comparação dos resultados obtidos através da aplicação da Abordagem Simplificada Integrada (ASI-Mic.) baseada na contaminação microbiológica, com os resultados obtidos 81

104 através da modelação ASI baseada no parâmetro Carência Química de Oxigénio (CQO), como forma de avaliação da coerência dos resultados obtidos. A Metodologia ASI-Mic. é aplicável a sistemas em que a utilização de modelos de estudo mais complexos se revela difícil ou praticamente impossível, face à qualidade dos dados disponíveis. Esta abordagem destina-se à avaliação global integrada, de forma simplificada, do desempenho de sistemas de drenagem urbanos (coletores e ETAR) e à avaliação da eficácia de diferentes medidas de beneficiação dos sistemas. Através da metodologia ASI-Mic. são determinados diferentes indicadores de desempenho do sistema, em tempo seco e para diversas condições de eventos pluviométricos. Com base no regime local de precipitações, que deverá ser previamente conhecido é ainda possível determinar um índice de desempenho do sistema, que pondera os valores dos indicadores tendo em conta a duração média anual dos períodos de tempo seco e dos períodos de precipitação, em função da respetiva frequência, a fim de permitir uma avaliação anual do desempenho. A avaliação do grau de poluição potencial do sistema é feita através da comparação do valor da concentração média da água no sistema real, com um valor da concentração média da água num sistema separativo hipotético, ou seja, considera-se que todo o efluente doméstico é tratado na ETAR e toda a água pluvial é descarregada no meio recetor sem tratamento. Desta forma, valores de e superiores a unidade indicam que a concentração média efluente do sistema é superior à concentração média teórica descarregada por um sistema separativo hipotético e quanto maiores forem os seus valores mais deficiente será o comportamento do sistema. Como refere Ferreira, 2006 teoricamente, o índice de desempenho pode ser definido em função de qualquer parâmetro de qualidade das águas, sendo que nesta dissertação foram considerados como referência para o estudo os parâmetros microbiológicos Coliformes Fecais e Esherichia Coli. De referir ainda que no presente trabalho são apresentadas as expressões de cálculo definidas respetivamente para sistemas de drenagem de águas residuais constituídos por bacias em série e em paralelo. A classificação do índice de desempenho traduz de forma qualitativa o tipo de desempenho ambiental da solução em estudo (de desempenho muito bom até desempenho muito deficiente ) e a prioridade relativa das diferentes intervenções propostas, face aos valores assumidos pelos índices para essas intervenções. A qualificação do índice de desempenho deverá atender às características de cada sistema (coletores, ETAR e meio recetor), nomeadamente as suas características de autodepuração e sensibilidade do meio recetor. Com o objetivo de facilitar a utilização desta metodologia por parte de potenciais interessados foi desenvolvida uma ferramenta automática de aplicação do modelo ASI-Mic., pode ser aplicada a vários sistemas de drenagem de águas residuais, cada um com as suas características específicas. 82

105 A criação desta ferramenta surge da necessidade de facilitar e tornar mais apelativa a utilização da ASI-Mic., por parte do utilizador, tornando consideravelmente mais simples a aplicação da metodologia proposta, diminuindo assim o período de adaptação à mesma e constituindo um contributo para o apoio ao diagnóstico e gestão dos sistemas de drenagem urbanos. A aplicação desenvolvida permite avaliar o desempenho ambiental de sistemas de de drenagem de águas residuais, constituídos por várias bacias dispostas em série, no máximo de 5 bacias de drenagem, de uma forma simples e expedita. Permite também a definição de cenários hipotéticos, representativos de alterações a introduzir no sistema, como sejam obras de reabilitação, no máximo de 5 cenários de estudo e a sua comparação com a situação atual. Para tal o utilizador apenas tem que definir o sistema que pretende estudar, através da introdução, nos campos apropriados, dos parâmetros do modelo que mais influenciam os valores de e, dos quais se destacam o coeficiente do Método Racional (C, a percentagem de população na área de atendimento servida pelo sistema (, a percentagem de águas pluviais que afluem ao sistema de drenagem (φ) e os valores das concentrações em C.F e E. Coli nas águas residuais domésticas, águas pluviais urbanas e nos efluentes da ETAR Para além de serem sugeridos valores típicos para os parâmetros em causa a aplicação dispõe também de um manual de utilização que serve como guia ou auxílio ao utilizador, para que este possa de uma forma simples tomar conhecimento dos fundamentos que regem a aplicação e dessa forma retirar todo o partido das capacidades da mesma. Posteriormente procedeu-se à aplicação da metodologia ASI-Mic. à frente de drenagem Algés- Alcântara. Este sistema de drenagem serve atualmente os concelhos de Lisboa, Oeiras e Amadora, sendo os efluentes conduzidos para a ETAR de Alcântara, onde são tratados. Foi definido um modelo tipológico simplificado da frente de drenagem Algés-Alcântara, constituído por três bacias principais dispostas em série e aplicada a metodologia proposta para avaliar o desempenho ambiental deste subsistema, bem como para simular os efeitos individuais ou combinados das diferentes medidas de reabilitação equacionadas. Para a aplicação do modelo foram definidos dois casos de estudo, baseados nos parâmetros em Coliformes Fecais e E. Coli, respetivamente. Verifica-se que os valores dos indicadores e índice de desempenho determinados para tempo de chuva, são bastante aproximados aos obtidos com recurso a ASI baseada no parâmetro CQO (Ferreira, 2006). O mesmo não se verifica em tempo seco, onde os valores dos indicadores e índice de desempenho apresentam valores bastante superiores aos determinados pela metodologia original e são fortemente afetados pelo aumento das concentrações consideradas para as águas residuais e pluviais. Este facto motivou a introdução de um parâmetro, que deve ser afetado aos valores dos indicadores de desempenho determinados, por forma a minimizar o efeito descrito. Em função das características de autodepuração e sensibilidade do meio recetor apresentaram-se duas propostas de classificação do índice de desempenho, cuja aplicação depende do parâmetro considerado para a aplicação da ASI-Mic. (Coliformes Fecais ou Esherichia Coli). Os intervalos 83

106 propostos revelaram-se adequados à nova metodologia e resultam da multiplicação dos valores propostos por (Ferreira, 2006) por um fator de e 1.5, consoante a metodologia seja baseada no parâmetro Coliformes Fecais ou Esherichia Coli, de modo a que, independentemente da metodologia ASI utilizada (baseada no parâmetro CQO, Coliformes Fecais, E. Coli), os resultados obtidos sejam coerentes e as conclusões semelhantes. A classificação do índice de desempenho traduz de forma qualitativa o tipo de desempenho ambiental da solução em estudo (de desempenho muito bom até desempenho muito deficiente ). Os resultados obtidos permitem concluir que os volumes relativos às águas pluviais e efluentes da ETAR se mantêm praticamente constantes, para os vários cenários avaliados, uma vez que estes se encontram limitados respetivamente pelo volume de água precipitada nas bacias (toda a bacia contribui para o escoamento) e pela capacidade hidráulica da ETAR. A implementação das várias medidas de reabilitação do sistema conduz a uma maior eficiência do mesmo e como tal um aumento dos caudais captados pelo sistema, no entanto a capacidade do sistema de drenagem encontra-se limitada pela capacidade hidráulica das suas estruturas (ETAR e rede de drenagem) as quais não conseguem absorver o aumento do caudal afluente ao sistema, facto que contribui para o aumento da parcela relativa aos caudais excedentes e diminuição dos volumes de águas residuais descarregados para o meio recetor. Verifica-se ainda que a ordem de prioridade das operações a realizar no sistema, determinada nos dois casos em estudo, é a mesma que a obtida por Ferreira, 2006, demonstrando a coerência dos resultados, do ponto de vista da definição dos interesses propostos, independentemente do parâmetro escolhido para basear a análise efetuada. Os principais benefícios e limitações inerentes à utilização da ASI-Mic. são os seguintes: Metodologia de aplicação expedita, especialmente desenvolvida para situações de projecto em que se verifica uma escassez de dados definidores dos sistemas de drenagem em estudo. Permite complementar e potenciar o conhecimento adquirido com base em modelos de cálculo mais complexos. Facilmente adaptável a diferentes parâmetros de qualidade ou indicadores de desempenho. Incertezas associadas à determinação dos principais parâmetros, que influenciam os valores de e :, C e. Contribuições pluviais associadas a ligações indevidas, ou infiltrações, difíceis de modelar e prever. Para dar continuidade aos trabalhos desenvolvidos propõem-se: Ampliar as metodologias a outros casos de estudo, nomeadamente ao subsistema de drenagem de São João da Talha (também gerido pela SIMTEJO). 84

107 Comparar os resultados obtidos pelo modelo expedito ASI ou ASI-Mic. com os obtidos por modelação detalhada (p.e. com recurso ao SWMM ou Mouse). Desenvolver a ferramenta ASI-Mic. para aplicação a sistemas de drenagem com bacias dispostas em paralelo. 85

108 86

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112 90

113 Anexo 1 Listas de Indicadores de Desempenho de Sistemas de Drenagem Urbana 91

114 FiguraA 1 - Indicadores de desempenho ambientais para sistemas de drenagem de águas residuais urbanas (adaptado de Matos et al., 2003) 92

115 FiguraA 2 - Indicadores de desempenho de recursos humanos para sistemas de drenagem de águas residuais urbanas (adaptado de Matos et al., 2003) 93

116 94 FiguraA 3 - Indicadores de desempenho infra-estruturais para sistemas de drenagem de águas residuais urbanas (adaptado de Matos et al., 2003)

117 95

118 FiguraA 4 - Indicadores de desempenho operacionais, para sistemas de drenagem de águas residuais urbanas (adaptado de Matos et al., 2003) 96

119 97

120 FiguraA 5 - Indicadores de desempenho de qualidade de serviço para sistemas de drenagem de águas residuais urbanas (adaptado de Matos et al., 2003) 98

121 FiguraA 6 - Indicadores de desempenho económico-financeiros para sistemas de drenagem de águas residuais urbanas (adaptado de Matos et al., 2003) 99

122 100

123 Anexo 2 Exemplos de procedimentos e Macros definidas, para automatização da ASI-Mic. 101

124 FiguraA 7 - Procedimento que permite fazer a verificação do nome de "Utilizador" e "Password". FiguraA 8 - Procedimento de saída da aplicação. FiguraA 9 Procedimento que carrega o formulário Introdução. FiguraA 10 Procedimento que procede à limpeza do campo Password, após a sua verificação 102

125 FiguraA 11 Procedimento que procede à limpeza de todos os campos, associado ao botão Limpar FiguraA 12 Procedimento que copia os resultados obtidos pela ASI-Mic e os agrupa numa folha de resultados FiguraA 13 Procedimento associado ao botão Valores Propostos para a classificação do desempenho ambiental, para os dois tipos de poluentes. 103

126 FiguraA 14 Procedimento associado ao botão Valores Propostos para a definição das cargas poluentes, para os dois tipos de poluentes. FiguraA 15 Procedimentos associados à introdução de dados, na aplicação FiguraA 16 Procedimento que carrega a folha de resultados FiguraA 17 Procedimento associado à escolha do tipo de poluente a estudar 104

127 FiguraA 18 Procedimento que carrega o PDF de ajuda, no formulário Sistema de drenagem. FiguraA 19 Procedimento que permite a passagem para o próximo formulário (associado ao botão Avançar ). FiguraA 20 Procedimento associado ao botão Valores Propostos para a caracterização dos eventos pluviométricos (Intensidade e duração da precipitação). FiguraA 21 Procedimento associado ao botão Sair. 105

128 FiguraA 22 - Procedimentos associados à introdução de dados, na aplicação. FiguraA 23 Procedimento que permite a definição do número de bacias a estudar (entre 1 e 5) e carrega a figura no formulário Introdução. 106