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 ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1 23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 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. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 2 23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 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 ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3 23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 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. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 4 23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 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: ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 5 23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 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 ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 10 23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 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. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 13969: tanques sépticos – unidades de tratamento complementar e disposição final dos efluentes líquidos – projeto, construção e operação. Rio de Janeiro,1997. 2. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7229: construção e instalação de fossas sépticas e disposição dos efluentes finais. Rio de Janeiro,1993. 3. AISSE, M. M. Sistemas econômicos de tratamento de esgotos sanitários. Rio de Janeiro: ABES, 2000CHERNICHARO, C. A. L. Reatores Anaeróbios. v. 5. 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