23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental
II-048 – ESTUDO DE COMPARAÇÃO DE CUSTOS DE UNIDADES DE PÓSTRATAMENTO DE REATORES UASB
Amazília Araújo Bruel de Assis Pacheco(1)
Engenheira Civil formada pela UFPR em 1990, desde 1992 exerce a profissão na Companhia de Saneamento
do Paraná (SANEPAR), atualmente na função de coordenadora de projetos, Mestre em Engenharia de
Recursos Hídricos e Ambiental pela UFPR. Endereço eletrônico: [email protected]
Clarissa de Oliveira Cavalcanti
Engenheira Civil formada pela UFPR em 2003, executou diversos projetos de saneamento para a Sanepar e
desde 2004 atua na compatibilização de projetos de edificações públicas, no Instituto de Pesquisa e
Planejamento Urbano da Prefeitura Municipal de Curitiba.
Endereço eletrônico [email protected]
Daniel Costa dos Santos
Engenheiro Civil do corpo docente dos cursos de Engenharia Civil, Engenharia Ambiental e Pós-Graduação
em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental da UFPR, Mestre em Engenharia Civil pela UFRGS e
Doutor em Engenharia Civil pela USP.
Endereço eletrônico: [email protected]
Endereço(1): Rua Desembargador Motta, 2290 apto. 1404 - Bairro: Centro - Curitiba-Pr - CEP 80.420-190
- Brasil - Fone: +55 (41) 330-3235 Fax: +55 (41) 330-3187
Endereço eletrônico: [email protected]
RESUMO
O presente trabalho tem o objetivo de estabelecer uma ferramenta de auxílio para escolha do tipo de
tratamento de esgoto doméstico a ser implantado após o reator UASB (reator anaeróbio de fluxo ascendente e
manto de lodo), tomando-se como base os custos estimados levantados para quatro alternativas de póstratamento, a saber: filtro anaeróbio, filtro biológico, lodos ativados e lagoa facultativa. As curvas resultantes
do presente trabalho poderão ser consultadas na fase do estudo de concepção de estações de tratamento de
esgotos e terão o objetivo de evidenciar qual alternativa terá a implantação de menor custo, considerando
investimento e operação, com dados atuais referentes ao Paraná. A construção das curvas foi baseada
essencialmente em dados de custo de unidades de pós-tratamentos cuja eficiência de remoção de matéria
orgânica seja igual ou superior à requerida pela legislação vigente para corpos receptores classe 2, segundo a
resolução 357/2005 do CONAMA (Conselho Nacional do Meio Ambiente).
PALAVRAS-CHAVE: Esgoto Sanitário, Comparação de Custos, Efluente de Reator UASB, Pós-tratamento.
INTRODUÇÃO
A eficiência de remoção de matéria orgânica em esgoto doméstico utilizando-se de reatores UASB apresenta a
necessidade de complementação, com a implantação de mais uma unidade de tratamento na seqüência. No
presente trabalho foram selecionados quatro tipos de pós-tratamento que vêm sendo empregados em diversas
partes do país, e sobre os quais já foram publicados alguns artigos, principalmente no contexto do Programa
de Pesquisas em Saneamento Básico (PROSAB). São eles:
FILTROS ANAERÓBIOS
Constituído por um leito, normalmente de pedras, onde se forma uma película de bactérias. O esgoto entra na
parte inferior do filtro e atravessa o leito em fluxo ascendente. Por isso, o leito é submerso, ou seja, os vazios
são preenchidos com o efluente. Por se manter submerso e por conter alta concentração de matéria orgânica
por unidade de volume, as bactérias envolvidas neste processo são anaeróbias. As dimensões do filtro
anaeróbio são reduzidas. Em geral, o reator é fechado, mas pode também ser construído aberto.
É um sistema compacto, cuja eficiência é menor do que a dos sistemas aeróbios. Porém, o volume de lodo
produzido é pequeno, e no momento do descarte ele se encontra praticamente estabilizado. Por ser um
processo anaeróbio, existe a possibilidade de geração de maus odores. Esse inconveniente pode ser evitado ou
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diminuído, se realizado um projeto adequado, seguido de uma operação e manutenção convenientemente
planejadas.
As normas brasileiras referentes a filtros anaeróbios citam o seu uso como processo complementar de fossa
séptica. No entanto, estudos recentes, como as pesquisas PROSAB, demonstram o seu potencial como póstratamento de UASBs. O lodo formado no fundo do reator pela matéria orgânica sedimentável se estabiliza
por digestão anaeróbia. Porém, os patogênicos não são eliminados nesse processo.
MACHADO e CHERNICHARO (1999) monitoraram por 330 dias, sistemas experimentais compostos de
UASB seguido de filtro anaeróbio, tratando esgotos domésticos. Os autores comentam que os resultados
obtidos demonstram que os filtros anaeróbios promovem uma remoção complementar de DQO e DBO de
efluentes de reatores UASB. Os resultados obtidos foram bastante satisfatórios durante todas as fases
operacionais, embora as eficiências de remoção tenham diminuído quando os filtros anaeróbios foram
submetidos a cargas hidráulicas mais altas. Os dados apresentados no referido trabalho permitem considerar
que filtros anaeróbios operando como unidades de pós-tratamento podem ter bons resultados com tempos de
detenção hidráulica de 3 horas, correspondendo a uma velocidade ascensional de 0,48 m/h.
O mesmo trabalho mostra que foi observada uma remoção complementar de DQO e DBO solúvel, indicando a
ocorrência de atividade biológica nos filtros anaeróbios, apesar dos baixíssimos níveis de DQO e DBO no
afluente aos filtros. Os resultados obtidos em termos de concentração de sólidos suspensos no efluente final,
correspondem a médias variando entre 13 e 25 mg/L (excluindo a fase VII) para os filtros ascendente e
descendente, respectivamente.
LODOS ATIVADOS
O sistema de lodos ativados não exige grandes requisitos de área. No entanto, o grau de mecanização e o
consumo de energia elétrica são elevados. O tanque de aeração ou reator, o tanque de decantação e a
recirculação de lodo são partes integrantes deste sistema. O efluente passa pelo reator, onde ocorre a remoção
da matéria orgânica. Depois passa pelo decantador, de onde sai clarificado após a sedimentação dos sólidos
(biomassa), que formam o lodo de fundo. O lodo é formado por bactérias que irão degradar a matéria
orgânica, as quais retornam novamente para o reator através da recirculação de lodo. Com isso, há um
aumento da concentração de bactérias em suspensão no tanque de aeração. O lodo biológico excedente deve
ser retirado a uma taxa equivalente ao crescimento das bactérias, a fim de evitar problemas como a dificuldade
de sedimentação em um decantador secundário sobrecarregado ou a dificuldade de transferência de oxigênio
para todas as células no reator.
A alta eficiência deste sistema se deve sobretudo à recirculação de lodo, fazendo com que os sólidos
permaneçam mais tempo no sistema do que a massa líquida, embora o tempo de detenção hidráulico seja
pequeno.
Além da matéria orgânica carbonácea, o sistema de lodos ativados pode remover também nitrogênio e fósforo.
A remoção de coliformes geralmente é baixa, devido ao pequeno tempo de detenção hidráulico. A
desinfecção, se necessária, deve ser efetuada em uma unidade de tratamento implantada na seqüência.
As partes que compõem uma estação de tratamento por lodos ativados são relacionadas a seguir:
a) tanque de aeração ou oxigenação: o efluente a tratar é misturado com a massa bacteriana e o oxigênio é
inserido no meio líquido;
b) clarificador ou decantador: a separação do efluente tratado se dá pela sedimentação da cultura bacteriana;
c) dispositivo de recirculação: retorno do lodo biológico recuperado no decantador, para o tanque de aeração.
Esse mecanismo permite manter a concentração de microorganismos adequada no tanque de aeração, para
assegurar o nível de degradação desejada;
d) dispositivo de extração de lodo em excesso;
e) dispositivo de fornecimento de oxigênio à massa bacteriana presente no tanque de aeração;
f) dispositivo de mistura: promove a mistura completa no interior do tanque de aeração. O mecanismo garante
o contato entre as células bacterianas e o alimento, evita os depósitos de material sedimentável e favorece a
difusão do oxigênio no interior do tanque.
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Em experimentos com estações constituídas de UASB seguido de lodos ativados, como algumas do PROSAB,
o lodo de descarte do decantador é reconduzido ao UASB, de onde é efetivamente retirado o lodo para
disposição final. A vantagem é que o lodo do UASB, por ser anaeróbio, é mais estabilizado e mais
concentrado, resultando em volumes de descarte muito inferiores se comparados ao sistema de lodos ativados
operando sozinho.
Um reator biológico pode se caracterizar segundo três parâmetros essenciais de funcionamento: o fator de
carga; a aptidão dos lodos à decantação; e a idade do lodo.
A importância da determinação do fator de carga consiste no fato de condicionar os seguintes fatores:
- eficiência: quanto menor o fator de carga, maior será a eficiência do sistema;
- produção de lodo biológico em excesso: quanto menor o fator de carga, menor será a o volume de lodo
descartado, pois a respiração endógena se torna mais expressiva;
- grau de estabilização do lodo em excesso: quanto menor o fator de carga, o lodo em excesso será menos
fermentativo, pois a respiração endógena forçada conduz à biomassa mais mineralizada;
- necessidades de oxigênio: quanto menor o fator de carga, maior o consumo de oxigênio utilizado,
proporcionalmente à carga orgânica removida.
O sistema de lodos ativados possui algumas variantes e pode ser:
a) Sistema de Lodos Ativados Convencional:
b) Sistema de Lodos Ativados de Aeração Prolongada (Fluxo Contínuo)
c) Sistema de Lodos Ativados de Fluxo Intermitente (Batelada)
LAGOAS FACULTATIVAS
As lagoas de estabilização são consideradas como uma das técnicas mais simples de tratamento de esgotos.
Dependendo da área disponível, topografia do terreno e grau de eficiência desejado, podem ser empregadas as
lagoas facultativas.
O processo de tratamento por lagoas facultativas é muito simples e constitui-se unicamente por processos
naturais. Estes podem ocorrer em três zonas da lagoa: zona anaeróbia, zona aeróbia e zona facultativa. Em
princípio, o efluente entra por uma extremidade da lagoa e sai pela outra. Sistemas de chicanas permitem
caracterizar melhor o fluxo pistão, aumentando a eficiência da lagoa. O caminho percorrido pode demorar
vários dias, igual ao tempo de detenção hidráulica da lagoa. Durante esse tempo, o esgoto sofre os processos
que irão resultar na degradação da matéria orgânica presente. Após a entrada do efluente na lagoa, a matéria
orgânica em suspensão (DBO particulada) começa a sedimentar, formando o lodo de fundo, que sofre digestão
anaeróbia na zona mais profunda da lagoa. A DBO solúvel (matéria orgânica dissolvida) a e a DBO finamente
particulada (matéria orgânica em suspensão, de pequenas dimensões) permanecem dispersas na massa líquida
e serão submetidas ao tratamento aeróbio, nas zonas mais superficiais da lagoa. Nesta zona, ocorre presença
de oxigênio, fornecido por trocas gasosas da superfície líquida com a atmosfera e pela fotossíntese realizada
pelas algas presentes, fundamentais ao processo. Para isso, há necessidade de iluminação solar suficiente.
Portanto, as lagoas facultativas devem ser implantadas em locais de baixa nebulosidade e grande radiação
solar. Na zona aeróbia ocorre um equilíbrio entre o consumo e a produção de oxigênio e gás carbônico.
Enquanto as bactérias produzem gás carbônico e consomem oxigênio através da respiração, as algas produzem
oxigênio e consomem gás carbônico na realização da fotossíntese. As reações são praticamente as mesmas,
com direções opostas:
Fotossíntese:
CO2 + H2O + Energia Solar ==> Matéria Orgânica + O2
Respiração:
Matéria Orgânica + O2
==> CO2 + H2O +Energia
À medida que aumenta a profundidade da lagoa, a concentração de oxigênio diminui, devido a menor
ocorrência da fotossíntese. Durante a noite e em dias nublados, na ausência de luz não há realização de
fotossíntese. No entanto, a respiração das algas continua ocorrendo. A zona intermediária da lagoa, onde
ocorrem períodos distintos de ausência ou presença de oxigênio, é denominada zona facultativa. Nela a
estabilização de matéria orgânica ocorre por meio de bactérias facultativas, que podem sobreviver tanto na
ausência, quanto na presença de oxigênio. Como as lagoas facultativas dependem da fotossíntese para a
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produção de oxigênio, a sua eficiência é função direta da área superficial exposta à luz solar, podendo chegar
a valores de 70 a 90 % de remoção de DBO. Como a atividade fundamental do processo consiste no
desenvolvimento das algas e estas dependem da presença de luz, as profundidades das lagoas restringem-se a
valores variáveis entre 1,5 e 2,0 m. Porém, os volumes devem ser elevados, de forma a permitir a manutenção
de grandes períodos de detenção, os quais sofrem grandes variações em função da temperatura local.
O formato, a localização e a posição das lagoas influenciam a eficiência atingida em termos de remoção de
carga orgânica, patógenos e nutrientes.
FILTROS BIOLÓGICOS
Os filtros biológicos são constituídos de um leito que pode ser de diversos materiais, como pedras, ripas ou
material sintético. O efluente é lançado sobre este por meio de braços rotativos e percola através do leito,
formando sobre a superfície do material fixo, uma película de bactérias. O esgoto passa rapidamente pelo leito
em direção ao dreno de fundo. A película de bactérias absorve uma quantidade de matéria orgânica e a
digestão ocorre mais lentamente do que a retenção hidráulica. É considerado um processo essencialmente
aeróbio, uma vez que o ar pode circular entre os vazios do material que constitui o leito, fornecendo oxigênio
para as bactérias. Quando a película de bactérias fica muito espessa, os vazios diminuem de dimensões e a
velocidade do efluente conseqüentemente aumenta. Desse modo, surgem forças cisalhantes, que fazem com
que a película se desprenda do material, direcionando-se ao fundo do reator.
O contato do esgoto afluente com a massa biológica contida no filtro biológico realiza uma oxidação
bioquímica.
As condições aeróbias necessárias à reação bioquímica aeróbia exigem ampla ventilação através dos
interstícios, suficiente para manter o suprimento de oxigênio.
Nas condições favoráveis ao processo, a massa biológica agregada ao meio suporte retém a matéria orgânica
contida no esgoto, através do fenômeno de adsorção. A síntese de novas células promove o aumento da
biomassa, prejudicando a passagem de oxigênio até as camadas internas, junto à superfície do meio suporte,
onde o processo de digestão se realiza anaerobiamente.
As condições favoráveis à adsorção da matéria orgânica, das bactérias aeróbias e anaeróbias, e a preservação
de ambiente úmido e ventilação, garantem a oxidação dos compostos, gerando como subproduto gás
carbônico (CO2), ácido nítrico (HNO3) e ácido sulfúrico (H2 SO4). As substâncias alcalinas contidas nos
esgotos neutralizam os ácidos, transformando-os em sais solúveis em água ( carbonatos, nitratos e sulfatos).
Parte do gás carbônico permanece em solução ou se desprende na atmosfera.
Os gases acumulados produzidos na camada anaeróbia provocam o desprendimento da massa biológica
agregada ao meio suporte, facilitando o seu arraste pelo fluxo de esgoto. Este material constitui o lodo,
normalmente removido por sedimentação em unidades de decantação.
O material selecionado deverá ser racionalmente arrumado nos tanques, de modo a permitir que o esgoto e o
ar possam circular fluentemente, mantendo o ambiente nas condições aeróbias.
A pedra britada deve ter diâmetros variando de 5 a 10 cm, previamente lavadas e isentas de outras substâncias
estranhas, capazes de prejudicar a eficiência do processo. O material não deve possuir forma achatada, ser
poroso ou de fácil compactação.
A seleção do meio suporte deve considerar as seguintes propriedades: superfície específica e coeficientes de
vazios, sendo este fator preponderante na manutenção das condições aeróbias do processo, devido ao
suprimento excessivo de oxigênio através de circulação do ar.
Os filtros biológicos podem ser:
de Baixa Carga
de Alta Carga
MATERIAIS E MÉTODOS
A fim de se obter os valores a ser utilizados na construção das curvas que relacionam o custo de implantação à
capacidade de tratamento de cada alternativa, foram estipuladas 5 vazões, a saber: 5, 10, 25, 50 e 100 L/s. A
partir da vazão de 100L/s é possível identificar a tendência de comportamento das curvas. A fim de evitar o
uso de diferentes parâmetros na comparação das quatro alternativas de pós-tratamento mencionadas, foram
consideradas as mesmas condições hipotéticas para todos os tipos de tratamento, a fim de dimensioná-los e
elaborar seus respectivos orçamentos.
Como premissa, considerou-se que o esgoto doméstico tratado, efluente do reator UASB, terá uma
concentração de DBO (demanda bioquímica de oxigênio) de 120 mg/L, no máximo, pois esse valor reflete em
termos médios o que ocorre na realidade.
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Para fins de dimensionamento, foi estipulado que a eficiência de tratamento esperada resultasse em um
efluente de 30 mg/L de concentração de DBO.
Isto posto, procurou-se, com base nos modelos matemáticos existentes e nas experiências relatadas em artigos
técnicos e observadas na prática, escolher processos de tratamento que pudessem ser comparados em termos
de eficiência e de custo.
Foram utilizados os critérios e modelos de dimensionamento apresentados a seguir:
FILTRO ANAERÓBIO
Foi empregada a equação citada nas normas brasileiras 7.229/93 e 13.969/97 da ABNT e foram consideradas
as conclusões de ALEM SOBRINHO E SAID (1991). Para todas as capacidades de tratamento, o tempo de
detenção (T) adotado foi de 6 horas, a altura do leito filtrante foi de 2,0m e a altura da câmara de
sedimentação de 0,60m.
LAGOAS FACULTATIVAS
O dimensionamento das lagoas facultativas foi executado pelo modelo que prevê as condições de fluxo
disperso, considerando taxa de remoção de substrato de 1ª ordem(K) = 0,235 dias-1, à temperatura de 15º; e
relação L/W variável, com o fator de dispersão (d) de lagoas, determinado pelo modelo proposto por YANEZ.
Adotou-se para as capacidades de 5, 10, 20, 50 e 100L/s, L/W de 2,0; 3,7; 6,7; 8,0 e 7,3, resultando nos
fatores de dispersão de 0,46; 0,25; 0,14; 0,12 e 0,13, respectivamente e altura de 2,0 m para todas elas.
LODOS ATIVADOS
Optou-se pelo sistema de lodos ativados convencional, adotando-se um fator de carga (U) de 0,4 d-1 e idade
do lodo de 05 dias. A injeção de ar foi prevista no fundo do tanque, por aeradores mecânicos submersos
providos de difusores, sem dispersão de aerossóis. A recirculação do lodo prevista foi por meio de estação
elevatória, de vazão igual à da entrada de esgoto do sistema.
FILTROS BIOLÓGICOS
Os filtros biológicos foram dimensionados com base nos intervalos da taxa de aplicação de carga hidráulica e
orgânica, para filtros de alta capacidade. Utilizou-se a taxa de 1Kg DBO/m2.dia em leito filtrante de pedra
britada. A altura adotada para o leito dos filtros foi de 2,2 m. Foi considerado uma elevatória de recirculação,
distribuidores de vazão e raspadores de fundo mecanizados no decantador.
Depois de dimensionadas, as unidades de tratamento foram orçadas. Algumas das condições hipotéticas de
implantação são citadas a seguir: a) Tipo do solo da área: 80% terra compacta e 20% de rocha branda; b)
Declividade do terreno: inferior a 10%; c) Tipo de estrutura: concreto armado; d) Formas: em chapas de
madeira resinadas, espessura de 12mm; e) Interligações hidráulicas correpondendo a 10% do valor gasto com
a obra civil; f) Material do leito filtrante: pedra brita nº 4 nos filtros; g) Impermeabilização da lagoa obtida por
compactação do solo, sem uso de mantas; h) Desapropriação: foram adotados valores médios de lotes de
periferia, ou rurais, com base em dados observados em avaliações imobiliárias do Paraná.
Finalmente, foram calculados os custos referentes a gastos com energia, para os processos mecanizados:
sistema de lodos ativados e filtros biológicos, para um horizonte de dez anos. Foram consideradas: 24 horas de
operação por dia, potência consumida igual à potência nominal dos equipamentos escolhidos, taxas de juros
de 12% ao ano e preços unitários de demanda e consumo conforme as faixas das tabelas tarifárias da
COPEL(Cia. Paranaense de Energia Elétrica).
A seguir apresentam-se as planilhas por meio das quais foram obtidos os orçamentos:
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ORÇAMENTO - FILTROS ANAERÓBIOS
Q1
5,00
DN1
10,49
Vazões (L/s)
Diâmetros (m)
* Preço
Quantidade
Unitário (R$)
Q2
10,00
DN2
14,83
Q4
50,00
DN4
33,17
Q3
20,00
DN3
20,98
Preço1
(R$)
Quantidade
Preço2
(R$)
Quantidade
Preço3
(R$)
Quantidade
Q5
100,00
DN5
46,91
Preço4
(R$)
Quantidade Preço5 (R$)
Escavação em terra compacta (m³) Escavação Mecânica
3,00
399,14
1.197,42
706,39
2.119,18
1.290,73
3.872,18
2.969,73
8.909,18
5.690,05
17.070,16
Desmonte de rocha branda (m³)
51,53
99,78
5.141,91
176,60
9.100,10
322,68
16.627,78
742,43
38.257,49
1.422,51
73.302,11
Retirada de rocha desmontada (m³)
8,51
99,78
849,17
176,60
1.502,85
322,68
2.746,02
742,43
6.318,09
1.422,51
12.105,59
Aterro e Reaterro (m³) - Mecânico
0,46
149,96
68,98
202,68
93,23
277,23
127,53
425,16
195,57
591,86
272,26
Carga e descarga de solos (qq. Tipo
de solo exceto rocha) - m³
0,73
399,14
291,37
706,39
515,67
1.290,73
942,23
2.969,73
2.167,90
5.690,05
4.153,74
Carga e descarga de rocha- m³
0,88
99,78
87,81
176,60
155,41
322,68
283,96
742,43
653,34
1.422,51
1.251,81
36,31
283,63
10.298,55
388,04
14.089,73
535,70
19.451,26
828,68
30.089,24
1.158,85
42.077,99
27,01
37,13
1.002,94
60,45
1.632,88
90,90
2.455,16
144,30
3.897,47
216,12
5.837,30
18,02
116,53
2.099,86
217,92
3.926,93
405,16
7.301,02
957,77
17.259,03
1.860,32
33.523,03
236,38
54,96
12.990,36
93,32
22.058,36
164,16
38.804,61
362,28
85.634,97
677,27
160.092,83
Aço CA-50 - kg
2,93
4.396,43
12.881,55
7.465,39
21.873,59
13.132,96
38.479,57
28.982,14
84.917,67
54.181,52
158.751,84
Interligações Hidráulicas - 10%
Valor Concreto
23,64
Área para desapropriação (m²)
3,00
599,68
1.799,05
831,34
2.494,01
1.223,39
3.670,16
2.224,77
Volume brita 4 (m³) - Incluindo a
seleção e colocação
45,00
170,15
7.656,54
342,95
15.432,54
688,55
30.984,54
DN1
57.664,55
DN2
97.200,31
DN3
169.626,47
Filtro 01
11.532,91
Filtro 02
9.720,03
Filtro 03
8.481,32
Área Formas Curvas para Vigas,
Pilares e Paredes (m²) - Chapa
Resinada esp 12 mm
Área Formas Planas para Vigas,
Pilares e Paredes (m²) - Chapa
Resinada esp 12 mm
Área Formas para Lajes (m²) -Chapa
Resinada esp 12 mm
Volume concreto - fck 20 Mpa
slump 12 - (m³) - Incluindo o
bombeamento
CUSTO TOTAL (R$)
CUSTO UNITÁRIO (R$/L/s)
2.205,84
1.299,04
3.880,46
8.563,50
16.009,28
6.674,30
3.709,52
11.128,56
1.725,35
77.640,54
3.453,35
155.400,54
DN4
371.178,29
DN5
690.977,04
Filtro 04
7.423,57
Filtro 05
6.909,77
* Referência de Preços - Tabela Sanepar Julho/2002
Quadro 1: Planilha de Cálculo do Orçamento dos Filtros Anaeróbios
ORÇAMENTO - LAGOAS FACULTATIVAS
Vazões (L/s)
Dimensões (m)
Q1
5,00
LxW
62 x 30
Preço1
* Preço
Quantidade
Unitário (R$)
(R$)
Q2
10,00
LxW
110 x 30
Preço2
Quantidade
(R$)
Q3
20,00
LxW
201 x 30
Q4
50,00
LxW
2 Lagoas 241 x 30
Preço4 (R$)
Quantidade
Escavação em terra compacta (m³) Escavação Mecânica
2,71
1.831,73
4.963,98
3.249,84
8.807,07
5.938,34
16.092,91
14.521,70
39.353,80
31.718,23
85.956,41
Desmonte de rocha branda (m³)
51,53
457,93
23.597,24
812,46
41.866,06
1.484,59
76.500,72
3.630,42
187.075,75
7.929,56
408.610,12
Retirada de Rocha Desmontada (m³)
8,51
457,93
3.897,00
812,46
6.914,03
1.484,59
12.633,83
3.630,42
30.894,91
7.929,56
67.480,54
Aterro e Reaterro (m³) - Mecânico
0,46
1.132,12
520,78
2.008,60
923,96
3.670,26
1.688,32
8.977,25
4.129,54
19.460,35
8.951,76
Transporte de solo e rocha (m³ ) - D
= 0,2 km
0,07
2.289,66
160,28
4.062,30
284,36
7.422,93
519,61
18.152,12
1.270,65
39.647,79
2.775,35
Compactação Não em Valas (m³) GC - 100%
2,83
1.132,12
3.203,90
2.008,60
5.684,34
3.670,26
10.386,84
8.977,25
25.405,62
19.460,35
55.072,79
Carga e Descarga de Solos (qq.
Tipo de solo exceto rocha) - m³
0,73
1.831,73
1.337,16
3.249,84
2.372,38
5.938,34
4.334,99
14.521,70
10.600,84
31.718,23
23.154,31
Carga e Descarga de Solos (rocha) m³
0,88
457,93
402,98
812,46
714,96
1.484,59
1.306,44
3.630,42
3.194,77
7.929,56
6.978,01
Placas de Concreto - m
15,00
188,00
2.820,00
284,00
4.260,00
466,00
6.990,00
1.092,00
16.380,00
1.504,00
22.560,00
Interceptor e Emissário- m
Variável
594,00
15.985,57
642,00
22.810,27
733,00
38.446,62
773,00
62.947,23
876,00
102.293,85
Área para desapropriação - m²
1,50
CUSTO TOTAL (R$)
CUSTO UNITÁRIO (R$/L/s)
Quantidade Preço3 (R$) Quantidade
Q5
100,00
LxW
2 Lagoas 329 x 45
Preço5 (R$)
3.952,00
5.928,00
6.448,00
9.672,00
11.180,00
16.770,00
24.180,00
36.270,00
48.600,00
72.900,00
Lagoa 01
62.816,88
Lagoa 02
104.309,44
Lagoa 03
185.670,26
Lagoa 04
417.523,09
Lagoa 05
856.733,14
Lagoa 01
12.563,38
Lagoa 02
10.430,94
Lagoa 03
9.283,51
Lagoa 04
8.350,46
Lagoa 05
8.567,33
* Referência de Preços - Tabela Sanepar Julho/2002
Quadro 2 : Planilha de Cálculo do Orçamento das Lagoas Facultativas
ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental
6
23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental
ORÇAMENTO - LODOS ATIVADOS
Q2
10,00
Q1
5,00
Vazões (L/s)
* Preço
Quantidade
Unitário (R$)
Q4
50,00
Q3
20,00
Preço1
(R$)
Quantidade
121,99
365,98
230,94
692,83
30,50
1.571,56
57,74
2.975,13
8,51
30,50
259,54
57,74
491,33
0,46
2,33
1,07
6,45
2,97
Compactação Não em Valas (m³) - GC 100%
2,83
2,33
6,59
6,45
Carga e Descarga de Solos (qq. Tipo
de solo exceto rocha) - m³
0,73
121,99
89,05
Carga e Descarga de Solos (rocha) m³
0,88
30,50
Conformação de taludes (m²)
3,07
Preço2
(R$)
Q5
100,00
Preço3
(R$)
Quantidade
447,30
1.341,91
1.101,86
3.305,57
2.232,05
6.696,15
111,83
5.762,41
275,46
14.194,65
558,01
28.754,37
111,83
951,64
275,46
2.344,20
558,01
4.748,68
17,96
8,26
70,63
32,49
198,91
91,50
18,26
17,96
50,84
70,63
199,87
198,91
562,93
230,94
168,59
447,30
326,53
1.101,86
804,35
2.232,05
1.629,40
26,84
57,74
50,81
111,83
98,41
275,46
242,41
558,01
491,05
13,95
42,84
27,54
84,54
54,49
167,30
135,75
416,75
270,73
831,14
36,31
119,51
4.339,46
175,82
6.383,99
263,10
9.553,02
464,99
16.883,72
735,69
26.712,78
27,01
127,40
3.441,07
180,60
4.878,01
256,20
6.919,96
403,90
10.909,34
571,90
15.447,02
Volume concreto - fck 20 Mpa slump
12 - (m³) - Incluindo o bombeamento
236,38
21,27
5.028,01
32,29
7.633,48
50,14
11.851,98
92,96
21.973,80
153,80
36.356,35
Aço CA-50 - kg
2,93
1.701,67
4.985,89
2.583,46
7.569,54
4.011,16
11.752,70
7.436,77
21.789,74
12.304,37
36.051,82
Interligações Hidráulicas - 10% Valor
Concreto
23,64
502,80
763,35
1.185,20
2.197,38
3.635,63
Aeradores Mecânicos e Raspadores
Decantador
Variável
76.000,00
107.000,00
132.000,00
242.000,00
425.000,00
19.100,00
46.700,00
51.500,00
60.250,00
69.800,00
Escavação em terra compacta (m³) Escavação Mecânica
3,00
Desmonte de rocha branda (m³)
51,53
Retirada de Rocha Desmontada (m³)
Aterro e Reaterro (m³) - Mecânico
Área Formas Curvas para Vigas,
Pilares e Paredes (m²) - Chapa
Resinada esp 12 mm
Área Formas Planas para Vigas,
Pilares e Paredes (m²) - Chapa
Resinada esp 12 mm
Elevatória para recirculação de lodo
Variável
Custo do consumo de energia elétrica
(valor presente)
Variável
Área para desapropriação (m²)
3,00
CUSTO TOTAL (R$)
CUSTO UNITÁRIO (R$/L/s)
44.492,82
Quantidade
88.985,65
111.423,89
Preço4
(R$)
Quantidade Preço5 (R$)
229.811,12
456.558,09
526,62
1.579,86
727,72
2.183,16
953,68
2.861,04
1.552,77
4.658,31
2.314,13
6.942,39
Sistema 01
159.512,75
Sistema 02
272.181,70
Sistema 03
339.215,09
Sistema 04
610.890,16
Sistema 05
1.077.335,22
Sistema 01
31.902,55
Sistema 02
27.218,17
Sistema 03
16.960,75
Sistema 04
12.217,80
Sistema 05
10.773,35
* Referência de Preços - Tabela Sanepar Julho/2001
Quadro 3: Planilha de cálculo de Orçamento dos Sistemas de Lodos Ativados
ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental
7
23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental
ORÇAMENTO - FILTROS BIOLÓGICOS DE FLUXO DESCENDENTE
Q1
5,00
DN1
8,56
Vazões (L/s)
Diâmetros (m)
Q3
20,00
DN3
17,13
Q2
10,00
DN2
12,11
Q5
100,00
DN5
38,30
Q4
50,00
DN4
27,08
Preço1
(R$)
Quantidade
Preço2
(R$)
Quantidade
Preço3
(R$)
Quantidade
Preço4
(R$)
244,99
734,98
446,10
1.338,31
835,83
2.507,48
1.989,57
5.968,72
3.918,89
11.756,68
51,53
61,25
3.156,14
111,53
5.746,93
208,96
10.767,52
497,39
25.630,69
979,72
50.485,15
Retirada de rocha desmontada (m³)
8,51
61,25
521,23
111,53
949,08
208,96
1.778,22
497,39
4.232,82
979,72
8.337,45
Aterro e Reaterro (m³) - Mecânico
0,46
49,44
22,74
71,17
32,74
107,59
49,49
209,68
96,45
393,66
181,08
Carga e descarga de solos (qq.
Tipo de solo exceto rocha) - m³
0,73
244,99
178,85
446,10
325,66
835,83
610,15
1.989,57
1.452,39
3.918,89
2.860,79
Carga e descarga de rocha- m³
0,88
61,25
53,90
111,53
98,14
208,96
183,88
497,39
437,71
979,72
862,16
36,31
291,32
10.577,75
418,08
15.180,40
604,99
21.967,15
1.004,57
36.475,89
1.498,06
54.394,43
27,01
49,43
1.335,04
100,18
2.705,73
196,39
5.304,50
487,68
13.172,11
971,39
26.237,25
18,02
43,20
778,46
86,40
1.556,93
172,80
3.113,86
432,00
7.784,64
864,00
15.569,28
236,38
35,78
8.456,51
58,81
13.901,72
99,56
23.534,37
209,51
49.525,00
379,44
89.691,55
2,93
2.862,00
8.385,67
4.704,87
13.785,27
7.964,93
23.337,23
16.761,15
49.110,16
30.355,04
88.940,27
Área para desapropriação (m²)
3,00
786,48
2.359,44
1.044,66
3.133,98
1.478,07
4.434,21
2.638,62
7.915,86
4.225,84
12.677,52
Brita (m³)
45,00
95,04
4.276,80
190,08
8.553,60
380,16
17.107,20
950,40
42.768,00
1.900,80
85.536,00
Elevatória para regularização de
vazão (unidade)
Variável
16.400,00
36.800,00
41.450,00
49.000,00
57.600,00
Variável
12.712,24
38.136,71
50.848,94
63.561,18
122.037,46
Variável
40.000,00
48.000,00
57.000,00
67.000,00
* Preço
Quantidade
Unitário (R$)
Escavação em terra compacta (m³) Escavação Mecânica
3,00
Desmonte de rocha branda (m³)
Área Formas Curvas para Vigas,
Pilares e Paredes (m²) - Chapa
Resinada esp 12 mm
Área Formas Planas para Vigas,
Pilares e Paredes (m²) - Chapa
Resinada esp 12 mm
Área Formas para Lajes (m²) Chapa Resinada esp 12 mm
Volume concreto - fck 20 Mpa
slump 12 - (m³) - Incluindo o
bombeamento
Aço CA-50 - kg
Custo do consumo de energia
elétrica (valor presente)
Distribuidor de vazão e
Raspadores Decantador
CUSTO TOTAL (R$)
CUSTO UNITÁRIO (R$/L/s)
Quantidade Preço5 (R$)
80.000,00
DN1
109.949,74
DN2
190.245,18
DN3
263.994,19
DN4
424.131,62
DN5
707.167,07
Filtro 01
21.989,95
Filtro 02
19.024,52
Filtro 03
13.199,71
Filtro 04
8.482,63
Filtro 05
7.071,67
* Referência de Preços - Tabela Sanepar Julho/2002
Quadro 4: Planilha de Cálculo de Orçamento dos Filtros Biológicos de Fluxo Descendente
Os valores obtidos para cada capacidade de tratamento foram utilizados para a construção das curvas de
custos.
Obtidas as curvas, seu uso deve ser precedido de uma pré-seleção, realizada a partir da avaliação da área
disponível no local estudado. O objetivo dessa pré-seleção será avaliar as condições técnicas de implantação
das alternativas. Os requisitos de área de cada alternativa devem ser confrontados com a disponibilidade de
área no entorno do corpo receptor. Os tipos de tratamento que exigirem área de implantação maior do que a
disponível serão eliminados nesta fase. Outro quesito a ser observado é a declividade dos terrenos disponíveis,
pois conclui-se, pelos orçamentos elaborados que, caso ela seja maior do que 12%, as lagoas não se tornam
viáveis economicamente.
Os orçamentos deverão ser atualizados periodicamente, levando-se em conta as novas normas referentes a
cálculo estrutural, os preços de equipamentos, o custo de mão de obra, de energia elétrica e outras variáveis,
que se alteram numa dinâmica muito grande, devido às flutuações da economia nacional e às mudanças de
tecnologias. De todo modo, as curvas construídas para este trabalho poderão auxiliar o projetista,
independente das futuras atualizações, pois serão demonstradas todas as considerações feitas para a sua
construção, permitindo-se análise com o intuito de comparação, visto que a linearidade das variações de custo
ao longo do tempo é esperada, pois as variações de custo tendem a ser proporcionais entre os itens
considerados.
ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental
8
23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os valores obtidos após a conclusão dos orçamentos foram usados para construir a curva “Custos Totais X
Capacidade de Tratamento” (Figura 1), elaborada com a finalidade de permitir a visualização do custo total
básico para cada tipo de tratamento, em função das respectivas capacidades. O custo total básico se refere à
soma da parcela de investimento e a parcela de gastos com energia elétrica, quando houver, para cada
capacidade de tratamento.
Custos Totais
1.200
LA
Custo total x R$1000
1.000
LF-Custo total lagoa
facultativa
FA- Custo total filtro
anaeróbio
LA - Custo total lodos
ativados
FB - Custo total filtros
biológicos
LF
800
FB
FA
600
400
200
0
0
20
40
60
80
100
120
Capacidade de tratamento (L/s)
Figura 1: Curva “Custos Totais X Capacidade De Tratamento”
Custos Unitários
36.000
LA
LF - Custo un itário
lag oas f acultativas
32.000
FA - Custo unitá rio f iltr os
anaeróbios
Cus to unitário R$ / L /s
28.000
24.000
FB
FB - Custo unitário f iltros
bio lógicos
20.000
LA - Custo unitá rio lod os ativ ados
16.000
LF
12.000
FA
8.000
4.000
0
0
20
40
60
80
100
120
Capacidade de Tratamento(L/s )
Figura 2: Curva “Custos Unitários X Capacidade De Tratamento”
ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental
9
23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental
Observando-se as curvas “Custo X Capacidade de Tratamento”, apresentadas nas Figuras 1 e 2, verifica-se
que a curva referente aos filtros biológicos aproxima-se muito da curva referente aos filtros anaeróbios,
mostrando que existe uma tendência dos custos das duas alternativas se igualarem a partir de uma capacidade
maior de tratamento. Em alguns casos, apesar de apresentar custos mais altos do que o do filtro anaeróbio,
pode ser mais conveniente utilizar o filtro biológico. Essa situação pode ocorrer, por exemplo, caso o corpo
receptor não possua vazão suficiente para que a concentração de OD do rio, misturado com o efluente tratado,
atenda à legislação. Outra situação onde é possível que o uso do filtro biológico seja mais vantajoso, inclusive
sob o aspecto econômico, é no caso de haver necessidade de desinfectar o efluente. Um dos aspectos
determinantes para que o filtro biológico seja uma solução mais atrativa é a declividade do terreno onde ele
será implantado, pois de todas as alternativas estudadas, esta é a que exige o maior desnível entre o efluente
do UASB e a cota de lançamento final do efluente, devido à elevada perda de carga inerente ao processo.
Deve-se salientar que, como foi admitido que os equipamentos irão operar 24 horas, desde o início de plano,
os filtros biológicos podem se constituir na solução escolhida, analisando-se que os custos referentes a
consumo de energia elétrica serão menores no início da operação.
As lagoas facultativas, dimensionadas de maneira que o seu tempo de detenção resultou em uma semana,
aproximadamente, dependem essencialmente da área disponível para a ETE. No levantamento de custos foi
considerado que o terreno estaria distante 500 m em relação às demais alternativas. Analisando-se as curvas
“Custo X Capacidade”, percebe-se que o seu custo unitário tende a aumentar proporcionalmente à sua
capacidade de tratamento. Isso se deve ao fato de o volume de movimento de terra ser tão maior quanto mais
larga for a lagoa, pois elas devem ser projetadas de maneira que sua maior dimensão acompanhe as curvas de
nível do local de implantação. Desse modo, para a mesma declividade considerada, o volume de terra
movimentado será diretamente proporcional à largura da lagoa. Verificou-se que, para baixas capacidades de
tratamento, a curva “Custo X Capacidade” referente às lagoas é a que mais se aproxima da referente aos filtros
anaeróbios. Em terrenos de baixa declividade, em que é possível desapropriar uma área estreita e extensa, essa
solução se torna mais atraente. Outro artifício para diminuir o volume de terra é executar duas lagoas em série,
em dois níveis.
As lagoas facultativas, cuja eficiência varia em função de múltiplas variáveis, não podem ser dimensionadas
com precisão por uma equação que seja válida para qualquer condição de clima, vento, configuração da lagoa,
características do efluente e todas as outras variáveis que implicam diretamente na sua eficiência. Portanto, as
eficiências esperadas devem ser confirmadas por dados de campo, em regiões de clima semelhante ao local
onde se pretende implantá-la. Ainda sobre sua eficiência, as conseqüências que as características do efluente
tratado em uma lagoa facultativa podem provocar no corpo receptor ainda não foram discutidas a ponto deste
tema poder ser considerado consensualmente esgotado. A presença de algas, apontada geralmente como um
dos principais problemas na utilização desse processo, pode ser diminuída por diversos artifícios, quer sejam
químicos, biológicos ou físicos, naturais ou artificiais. O segundo ponto que pode ser questionado é a
consideração de que a parcela de DBO referente à presença de algas, seres vivos e em atividade, seja
igualmente comparada à parcela de DBO referente à matéria orgânica sem vida, como se ambas causassem o
mesmo prejuízo ao meio ambiente.
Nesse trabalho, foi considerado que a impermeabilização do fundo das lagoas seja obtida simplesmente pela
compactação do solo. O projeto geotécnico da lagoa irá definir se o solo local pode ser usado ou se será
preciso importar solo de outro local para esse fim. É importante frisar que não está sendo admitido que as
lagoas devam ser providas de mantas para impermeabilização do fundo e das encostas internas dos taludes, o
que elevaria demasiadamente o custo do tratamento. No entanto, é recomendável o estudo mais aprofundado
sobre a percolação de elementos químicos e bacteriológicos, sob o solo do fundo das lagoas.
Apesar de todas as vantagens apresentadas, constatou-se, quando da elaboração das curvas de custo, que as
lagoas somente constituem em alternativa interessante quando a declividade do terreno é inferior a 10%.
Declividades superiores a 10% implicam em grandes movimentos de terra, inviabilizando a obra sob o aspecto
econômico.
As curvas “Custo X Capacidade” correspondentes ao sistema de lodos ativados se mostrou em toda a sua
extensão muito distante das demais. Apesar de ser dispendioso, principalmente na operação, o sistema é
largamente utilizado no Estado de São Paulo, pois confere uma qualidade excelente ao efluente, quando
tratando esgotos brutos. Deve-se estudar com maior zelo quais serão as conseqüências que o pré-tratamento
em um reator UASB pode trazer à qualidade do efluente final, uma vez que as proporções entre as
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concentrações de matéria orgânica e de nutrientes afluentes ao tanque de aeração não correspondem às
recomendadas pela literatura.
A partir da análise das curvas “Custo X Capacidade”, constatou-se, para o sistema de lodos ativados, que o
peso dos custos de operação, referentes à energia elétrica consumida, e dos custos de investimento, referentes
aos equipamentos, elevaram o custo total do sistema de modo a não se tornar competitivo com as demais
alternativas, sob o aspecto econômico. No entanto, deve-se salientar que foram realizadas estimativas
conservadoras, quando adotou-se suas configurações. Como exemplo, pode-se citar o aerador submersível
adotado, o qual foi escolhido por não lançar aerossóis no ambiente atmosférico. O consumo de energia desse
tipo de equipamento é três vezes superior aos aeradores mecânicos superficiais. Porém, como o sistema não é
adotado usualmente no Paraná para tratamento de esgotos domésticos, optou-se por prever a situação mais
segura.
Finalmente, as curvas “Custo X Capacidade” dos filtros anaeróbios mostraram que esses sistemas se destacam
pelos baixos custos de investimento e de operação. Avaliando-se as figuras 1 e 2, percebe-se que, em toda a
sua extensão, as curvas referentes a esse sistema demonstram ser ele o mais atrativo sob o aspecto econômico,
para todas as capacidades de tratamento consideradas. Além disso, a sua simplicidade de operação é outro
fator que o torna uma solução interessante. A principal crítica a esse tipo de tratamento, quando implantado
após o UASB, tem sido sobre a utilização de dois tratamentos anaeróbios em série, devido à ausência de
oxigênio dissolvido no efluente e à sua baixa eficiência em termos de remoção de sólidos. No entanto, é
necessário se certificar dos resultados de eficiência de tratamento dos filtros anaeróbios, monitorando-se
unidades já instaladas e em operação. As configurações desse tipo de reator também devem ser analisadas, a
fim de serem verificadas possíveis vantagens em se fechar o tanque com laje, substituir as pedras por materiais
sintéticos ou naturais de menor peso, visando a diminuição da carga sobre a laje perfurada, enfim, avaliar se
outras tecnologias podem ser adaptadas a esse tipo de reator para melhorar seu desempenho.
CONCLUSÕES
O uso das curvas “Custo X Capacidade de Tratamento” permitirá realizar uma comparação de custos entre as
unidades de tratamento projetadas para as condições hipotéticas definidas neste trabalho. Esta comparação,
avaliada com o conjunto das demais informações disponíveis, trará como resultado a definição da melhor
alternativa especificamente para o caso estudado.
Observando-se as curvas, constatou-se que os filtros anaeróbios se destacam pelos baixos custos de
investimento e operação. Em pequenas estações os custos das lagoas se aproximam dos custos dos filtros
anaeróbios. O mesmo acontece com os filtros biológicos para as altas capacidades. O sistema de lodos
ativados mostrou-se pouco competitivo com as demais alternativas, sob o aspecto econômico.
As curvas permitem potencializar a atuação do projetista especialista em tratamento de esgotos, cuja
experiência é fundamental no processo de decisão em questão. Dessa maneira, o intuito maior dessa
ferramenta é constituir-se em instrumento de argumentação para a seleção do tipo de pós-tratamento de
esgoto. Cumpre salientar que a mesma depende fundamentalmente de dados confiáveis e deverá também estar
aberta à inclusão das novas tecnologias que estão surgindo no mercado, as quais tendem a se tornar mais
atraentes, tanto econômica quanto tecnicamente, de maneira cada vez mais competitiva.
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