AUT Infraestrutura Urbana e Meio Ambiente Notas de aula (5 e 6)

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1 Universidade de São Paulo Faculdade de Arquitetura e Urbanismo Departamento de Tecnologia da Arquitetura AUT Infraestrutura Urbana e Meio Ambiente Notas de aula (5 e 6) I - ESGOTAMENTO SANITÁRIO: NOÇÕES GERAIS DE TRAÇADO DE REDE COLETORA E HIDRÁULICA DE CONDUTOS LIVRES. 1. Estrutura geral da rede e princípios de projeto 1.1. Tipos de sistemas Separador absoluto coleta e tratamento separado dos efluentes de esgoto. Unitário captação e tratamento conjunto de águas residuárias de esgoto e pluviais Principais subsistemas Coleta subsistema que recebe contribuições diretas das instalações prediais. Transporte e afastamento transporta efluentes sem receber novas contribuições prediais. Tratamento restaura qualidade das águas servidas (diferentes níveis cfr. classe do corpo receptor). Disposição final pós-tratamento / desague no corpo receptor Hierarquia funcional na rede separadora Coletor predial reúne esgotos de cada edificação / ligação. Coletor público recebe conexões de ramais prediais. Coletor tronco recebe conexões de coletores públicos e de ramais prediais. Interceptor tipo particular de coletor tronco, que intercepta as contribuições da rede coletora aos cursos d água. Emissário conduto que transporta o esgoto coletado em direção ao tratamento ou à disposição final, sem receber contribuições adicionais no percurso Dispositivos básicos de operação e manutenção das redes Poços de visita câmaras de inspeção e manutenção da rede coletora, localizadas em entroncamentos, mudanças de direção, declividade ou diâmetro, ou a cada 100 m de rede, nos sistemas convencionais. Estações elevatórias dispositivos de bombeamento, para transposição ou para restabelecer condições de escoamento livre no caso de aprofundamento excessivo da rede Princípios de projeto e dimensionamento de condutos livres Diâmetro mínimo = 100mm materiais, considerando esgoto bruto. 1

2 Estudos comparativos de percurso e conexão com tratamento, dependendo da configuração topográfica da área a esgotar, procurando minimizar transposições e situações onde se faça necessária a implantação de PV. Alternativas de rede condominial (fundos de lote) e rede exclusiva de efluentes líquidos (pequenas declividade e diâmetro). 2. Elementos para pré-dimensionamento dos condutos livres Fórmula de Manning em função da velocidade (V) V = (1/n).R h (2/3).i (1/2) V velocidade de escoamento, em m/s, relacionada com a vazão pela fórmula geral Q = V.A, sendo A a área molhada do conduto, em m 2. n coeficiente relacionado à rugosidade do conduto, sendo 0,009 para plásticos (PVC, PAD); 0,011 para concreto liso (formas metálicas), ferro galvanizado e cobre; 0,012 para ferro fundido; 0,013 para concreto centrifugado; 0,015 para concreto executado com formas de madeira; 0,015 para canais em alvenaria. R h raio hidráulico, que é uma relação entre área molhada e perímetro molhado do conduto (A/P), igual a D/4 (um quarto do diâmetro) para condutos de seção circular a meia seção ou a seção plena [porque (π.d 2 /8/ π.d/2) = (π.d 2 /4/ π.d)]. i declividade do trecho, em m/m. em coletores de esgoto a velocidade (V) não pode ser inferior a 0,6 m/s ou superior a 5,0 m/s. Idem, em função da vazão (Q), em m 3 /s: Q = (1/n).A.R h (2/3).i (1/2) Aplicação simplificada da fórmula de Manning exclusivamente para condutos de seção circular, a meia seção molhada (quando Rh = D/4 e A = π.d 2 /8), em função da vazão e do diâmetro. Q/A = (1/n).D (2/3) / 4 (2/3).i (1/2) Q/A = (0,3969/n).D (2/3).i (1/2) A = π.d 2 /8 Q = (0,3969/n).π/8. D 2.D (2/3).i (1/2) Q = (0,1558/n).D (8/3).i (1/2) D = {Q/[(0,1558/n).i (1/2) ]} (3/8) N.B.: JAMAIS USAR ESTA SIMPLIFICAÇÃO PARA OUTROS TIPOS DE SEÇÕES 2

3 II - TRATAMENTO DE ESGOTOS, QUALIDADE DA ÁGUA E CORRELAÇÕES ENTRE URBANIZAÇÃO E POLUIÇÃO (CONCENTRADA E DIFUSA). 3. Elementos de qualidade da água Algumas condições de corpos de água doce, segundo a classe de qualidade. Fonte: Resolução CONAMA 357 / Lista parcial, não inclui padrões de qualidade. Condições Não verificação de efeito tóxico (crônico e agudo) a organismos Materiais flutuantes, inclusive espumas não naturais Substâncias que comuniquem gosto ou odor Corantes provenientes de fontes antrópicas Óleos e graxas Resíduos sólidos objetáveis Classe de enquadramento Exigida Exigida Parcialmente Parcialmente exigida exigida Virtualmente Virtualmente Virtualmente Virtualmente ausentes ausentes ausentes ausentes Virtualmente Virtualmente Virtualmente ausentes ausentes ausentes - Virtualmente Removíveis Removíveis Removíveis ausentes proc. conv. proc. conv. proc. conv. Virtualmente Virtualmente Virtualmente Toleram-se ausentes ausentes ausentes iridescências Virtualmente Virtualmente Virtualmente Sedimentáveis ausentes ausentes ausentes ausentes Coliformes termotolerantes (unidades)* 200/100 ml 1000/100 ml 4000/100 ml - DBO 5 a 20 C < 3 mg/l < 5 mg/l < 10 mg/l - OD, em qualquer amostra > 6,0 mg/l > 5,0 mg/l > 4,0 mg/l > 2,0 mg/l Turbidez Até 40 UNT Até 100 UNT Até 100 UNT ph 6,0 a 9,0 6,0 a 9,0 6,0 a 9,0 6,0 a 9,0 Fósforo total (ambiente lêntico) < 0,020 mg/l < 0,030 mg/l < 0,050 mg/l - Fósforo total (ambiente < 0,025 mg/l < 0,050 mg/l < 0,075 mg/l - intermediário)** Fósforo total (ambiente lótico) *** < 0,10 mg/l < 0,10 mg/l < 0,15 mg/l - *) Para o uso de recreação de contato primário aplicam-se padrões de balneabilidade cfr. Resolução CONAMA no 274 / Na classe 3, limites de 2500/100 ml para recreação de contato secundário e de 1000/100 ml para dessedentação de animais confinados. **) Tempo de residência entre 2 e 40 dias, e tributários diretos de ambiente lêntico. ***) Inclui tributários de ambientes intermediários. Conceitos chave para compreensão da Res. CONAMA 357: carga poluente x concentração (conforme exercício progressivo em curso); poluição concentrada x poluição difusa. 3

4 4. Níveis de tratamento dos esgotos Nível Remoção Eficiência Mecanismo Preliminar Sólidos em suspensão grosseiros - Físico Primário Sólidos em suspensão sedimentáveis, DBO em SS 60 a 70% suspensão DBO 30 a 40% Coliformes 30 a Físico 40% Secundário DBO em suspensão fina (não removida no tratamento primário) e solúvel (matéria orgânica dissolvida), nutrientes (parcial), patogênicos (parcial) Terciário Nutrientes, patogênicos, compostos não biodegradáveis, metais pesados, sólidos inorgânicos dissolvidos, sólidos em suspensão remanescentes Fonte: Von Sperling (2002) DBO 60 a 99% Coliformes 60 a 99% Nutrientes 10 a 50% Biológico 5. Elementos para pré-dimensionamento de alguns dispositivos para tratamento de esgoto (alternativas selecionadas) 5.1. Tratamento primário (tanque séptico) conforme NBR 7729 V = N.(C.T + K.Lf) V volume útil, em litros. N número de usuários. C contribuição líquida de esgoto por habitante por dia; T tempo de detenção, em dias (adotar um dia para contribuições até 1500 l/dia, para contribuições maiores, consultar norma). K taxa de acumulação de lodo, em dias equivalentes (para as condições de São Paulo, adotar 65 para limpezas a cada ano; 105 a cada dois anos e 225 a cada cinco). Lf contribuição de lodo fresco, fixada em 1 l/pessoa/dia, para habitação permanente. Relações de medidas admissíveis: para tanques prismáticos retangulares, largura mínima de 0,80m, comprimento de 2 a 4 vezes a largura, altura entre 1,20m e 2,80m; para tanques cilíndricos, diâmetro mínimo de 1,20m e mesmas limitações de altura. 4

5 Fig. 1 Esquema de funcionamento do tanque (NBR 7229) Fig.2 Dimensões básicas de tanque de câmara única (NBR 7229) a > 5cm; b > 5cm; c = h/3; h = profundidade útil; H = altura interna total; L = comprimento interno total; W = largura interna total; R/W entre 2:1 e 4: Tratamento complementar exemplos (NBR 7229 e NBR 13969) Filtro anaeróbio de fluxo ascendente 5

6 Velocidade do efluente (v), em m/dia: 1,0 para leito com espessura filtrante de 1,20m e 1,5 para espessura de 1,80m. Medidas intermediárias com velocidade variando linearmente. Área útil do meio filtrante: A = Cld/v, onde A área útil em m 2 ; Cld contribuição líquida diária, em m 3 ; v velocidade do efluente, em m/dia. Disposição sub-superficial sumidouros Superfície absorvente: S = Cld/Ta, onde S superfície absorvente, em m 2 ; Ta taxa de aplicação admissível, em l/m 2 /dia (adotar 20 para solos argilosos porosos, 8 para argila compacta e 30 para solos arenosos) consultar NBR 7229 para procedimentos de ensaio; Cld contribuição líquida diária, em litros. Geometria: cilíndricos ou prismáticos, em combinações que maximizem a relação superfície / volume, computando paredes e fundos como absorventes Lagoas de estabilização (Conforme Kalbermatten et al. 1980) Lagoas anaeróbias (volume) V = La.Q / v V volume a lagoa, em m 3 ; La concentração de DBO do afluente, em mg/l; Q vazão afluente, em m 3 /dia; v carga de DBO admissível na lagoa, em g/ m 3 /dia (até 180); Geometria profundidade entre 2 e 4 m. Lagoas facultativas (área) S = La.Q / [2.(t-6)] S superfície da lagoa, em m 2 ; La concentração de DBO do afluente, em mg/l; Q vazão afluente, em m 3 /dia; t temperatura média do mês mais frio, em C. 6. Referências fundamentais Braga, B. et al. (2005). Introdução à Engenharia Ambiental. Pearson / Prentice Hall. São Paulo. Kalbermatten, J. M. et Al. (1980) Appropriate technology for water supply and sanitation: a planner's guide. Washington, DC, World Bank. UNICEF, WHO (2006). The Challenge in Disaster Reduction for the Water and Sanitation Sector: Improving Quality of Life by Reducing Vulnerabilities. < Von Sperling, M. (2005). Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de esgotos. Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental UFMG. Editora FCO. Belo Horizonte. 6