GLADSON HOFFMANN DA SILVA SISTEMA DE ALTA EFICIÊNCIA PARA TRATAMENTO DE ESGOTO RESIDENCIAL – ESTUDO DE CASO NA LAGOA DA CONCEIÇÃO Trabalho de Conclusão do Curso de Graduação em Engenharia Civil da Universidade Federal de Santa Catarina, como parte dos requisitos para a obtenção do título de Engenheiro Civil. Florianópolis 2004 GLADSON HOFFMANN DA SILVA SISTEMA DE ALTA EFICIÊNCIA PARA TRATAMENTO DE ESGOTO RESIDENCIAL – ESTUDO DE CASO NA LAGOA DA CONCEIÇÃO Trabalho de Conclusão do Curso de Graduação em Engenharia Civil da Universidade Federal de Santa Catarina, como parte dos requisitos para a obtenção do título de Engenheiro Civil. Área de concentração: Construção Civil Orientador: ENEDIR GHISI, PhD. Co-orientador: PABLO HELENO SEZERINO, M. Eng. Florianópolis 2004 SISTEMA DE ALTA EFICIÊNCIA PARA TRATAMENTO DE ESGOTO RESIDENCIAL – ESTUDO DE CASO NA LAGOA DA CONCEIÇÃO GLADSON HOFFMANN DA SILVA Este Trabalho de Conclusão de Curso foi julgado adequado com requisito para a obtenção do título de ENGENHEIRO CIVIL Área de concentração CONSTRUÇÃO CIVIL, aprovada em sua forma final pelo Programa de Graduação em Engenharia Civil. ____________________________________ Prof. Enedir Ghisi, PhD Orientador (UFSC) ____________________________________ Prof. Lia Caetano Bastos Coordenadora do TCC (UFSC) Banca Examinadora: ____________________________________ Eng. Fernando Simon Westphal, M. Eng. (UFSC) ____________________________________ Eng. Pablo Heleno Sezerino, M. Eng (UFSC) Aos que considero minha família... 4 AGRADECIMENTOS Ao meu grande pai, pelo incentivo durante toda a minha vida. Aos meus irmãos Robson e Alisson pelo apoio. A Aline, pela paciência e dedicação. Ao pessoal do LabEEE, em especial ao amigo Fernando Simon Westphal, com os quais convivi em grande parte da minha graduação. Ao meu orientador Enedir Ghisi e ao meu co-orientador Pablo Heleno Sezerino, que permitiram a realização deste trabalho. Aos engenheiros da vigilância sanitária, pela atenção. À RGA Engenharia, pela contribuição em minha formação. A todos amigos presentes em minha vida, em especial ao casal Nei e Lorete. Ao meu grande amigo Kiko, por todo apoio nos momentos difíceis. SUMÁRIO LISTA DE TABELAS................................................................................................vii LISTA DE FIGURAS................................................................................................viii RESUMO.....................................................................................................................ix 1. INTRODUÇÃO........................................................................................................... 1 1.1 JUSTIFICATIVA DO ESTUDO .......................................................................................2 1.2 OBJETIVOS ...............................................................................................................3 1.2.1 Objetivos específicos........................................................................................3 1.3 ESTRUTURA DO TRABALHO ......................................................................................3 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA................................................................................... 5 2.1 INTRODUÇÃO ...........................................................................................................5 2.1.1 Esgotos Sanitários............................................................................................5 2.1.2 Esgotos Industriais...........................................................................................5 2.2 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DOS ESGOTOS.................................................................6 2.2.1 Coloração.........................................................................................................6 2.2.2 Turbidez ...........................................................................................................6 2.2.3 Odor .................................................................................................................6 2.2.4 Matéria sólida ..................................................................................................7 2.2.5 Temperatura.....................................................................................................8 2.3 CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS DOS ESGOTOS .............................................................8 2.3.1 Matéria orgânica .............................................................................................8 2.3.1.1 Proteínas....................................................................................................9 2.3.1.2 Carboidratos ..............................................................................................9 2.3.1.3 Gorduras e óleos........................................................................................9 2.3.2 Matéria Inorgânica ..........................................................................................9 2.3.3 Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) ....................................................10 2.3.4 Nitrogênio ......................................................................................................10 2.3.5 Demanda Química de Oxigênio (DQO).........................................................11 2.3.6 Demanda Total de Oxigênio (DTO)...............................................................12 2.3.7 Demanda Teórica de Oxigênio (DTeO).........................................................12 2.3.8 DBO e DQO Solúvel ......................................................................................13 2.3.9 pH...................................................................................................................13 2.4 CARACTERÍSTICAS BIOLÓGICAS DOS ESGOTOS .......................................................13 2.4.1 Algas...............................................................................................................14 2.4.2 Bactérias ........................................................................................................14 2.4.2.1 Crescimento bacteriano e floculação ......................................................15 2.4.2.2 Doenças associadas .................................................................................15 2.5 COMPOSIÇÕES TÍPICAS E RELAÇÕES PROPOSTAS .....................................................16 2.6 PRINCÍPIOS DO TRATAMENTO DE ESGOTOS .............................................................18 2.6.1 Processos metabólicos ...................................................................................18 2.6.2 Oxidação Aeróbia da matéria orgânica ........................................................19 2.6.3 Digestão Anaeróbia .......................................................................................20 2.6.4 Nitrificação e Desnitrificação........................................................................21 2.7 TIPOS DE TRATAMENTO ..........................................................................................22 2.7.1 Classificação das etapas de tratamento.........................................................22 2.7.2 Tanque Séptico (TS) .......................................................................................23 2.7.2.1 Princípios de funcionamento...................................................................24 2.7.2.2 Projeto do Tanque Séptico ......................................................................24 2.7.2.3 Eficiência ................................................................................................26 2.7.2.4 Operação e manutenção ..........................................................................26 2.7.2.5 Observações gerais..................................................................................27 2.7.3 Filtro Biológico Anaeróbio (FAN).................................................................27 2.7.3.1 Princípios de funcionamento...................................................................28 2.7.3.2 Projeto do Filtro Anaeróbio ....................................................................28 2.7.3.3 Eficiência ................................................................................................29 2.7.3.4 Operação e manutenção ..........................................................................29 2.7.3.5 Observações gerais..................................................................................29 2.7.4 Filtro Aerado..................................................................................................30 2.7.4.1 Princípios de funcionamento...................................................................30 2.7.4.2 Projeto do Filtro Aeróbio ........................................................................30 2.7.4.3 Eficiência ................................................................................................30 2.7.4.4 Operação e Manutenação ........................................................................31 2.7.4.5 Observações gerais..................................................................................31 2.7.5 Tanque de Sedimentação................................................................................31 2.7.5.1 Princípios de funcionamento...................................................................31 2.7.5.2 Projeto do Tanque de Sedimentação .......................................................32 2.7.5.3 Operação e Manutenação ........................................................................32 2.7.5.4 Observações gerais..................................................................................32 2.7.6 Clorador.........................................................................................................33 2.7.6.1 Princípios de funcionamento...................................................................33 2.7.6.2 Projeto do Clorador .................................................................................33 2.7.6.3 Eficiênica ................................................................................................33 2.7.6.4 Operação e manutenção ..........................................................................33 2.7.6.5 Observações gerais..................................................................................34 2.7.7 Sumidouro ......................................................................................................34 2.7.7.1 Princípios de funcionamento...................................................................34 2.7.7.2 Projeto do Sumidouro .............................................................................34 2.7.7.3 Operação e manutenção ..........................................................................34 2.7.7.4 Observações gerais..................................................................................35 3. METODOLOGIA ..................................................................................................... 36 3.1 ESCOLHA DO SISTEMA ............................................................................................36 3.2 TANQUE SÉPTICO ...................................................................................................37 3.2.1 Parâmetros de projeto....................................................................................37 3.2.2 Dimensionamento...........................................................................................38 3.3 FILTRO ANAERÓBIO ...............................................................................................38 3.3.1 Parâmetros de projeto....................................................................................38 3.3.2 Dimensionamento...........................................................................................39 7 3.4 FILTRO AERÓBIO ....................................................................................................39 3.4.1 Parâmetros de projeto....................................................................................39 3.4.2 Dimensionamento...........................................................................................40 3.5 TANQUE DE SEDIMENTAÇÃO ..................................................................................41 3.5.1 Parâmetros de projeto....................................................................................41 3.5.2 Dimensionamento...........................................................................................41 3.6 CLORADOR .............................................................................................................42 3.6.1 Parâmetros de projeto....................................................................................42 3.6.2 Dimensionamento...........................................................................................43 3.7 SUMIDOURO ...........................................................................................................43 3.7.1 Parâmetros de projeto....................................................................................43 3.7.2 Dimensionamento...........................................................................................43 4. RESULTADOS.......................................................................................................... 45 4.1 TANQUE SÉPTICO ...................................................................................................45 4.2 FILTRO ANAERÓBIO ...............................................................................................48 4.3 FILTRO AERÓBIO ....................................................................................................53 4.4 TANQUE DE SEDIMENTAÇÃO ..................................................................................56 4.5 CLORADOR .............................................................................................................58 4.6 SUMIDOURO ...........................................................................................................60 4.7 IMPLANTAÇÃO SISTEMA COMPLETO ......................................................................63 5. CONCLUSÕES ......................................................................................................... 65 5.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS ......................................................................................65 5.2 ANÁLISE DOS RESULTADOS ....................................................................................65 5.3 CONSIDERAÇÕES FINAIS .........................................................................................66 5.4 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ................................................................66 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.................................................................... 68 ANEXOS.........................................................................................................................70 ANEXO A – Sentença da Ação Civil Pública nº 2000.72.004772-2........................71 ANEXO B – Normativa Interna nº 001/2003 da Vigilância Sanitária de Florianópolis..............................................................................................................75 8 LISTA DE TABELAS Tabela 1: Concentração em termos de DBO5 e DQO (SILVA, 1979, p.4)..................................................................................16 Tabela 2: Composição típica de esgotos sanitários (GONÇALVES, 1997, p.23)....................................................................17 Tabela 3: Valores típicos de parâmetros de carga orgânica (mg/l) no esgoto JORDÃO, 1995 p.37)...............................................................................18 LISTA DE FIGURAS Figura 1: Planta baixa do Tanque Séptico...........................................................46 Figura 2: Tanque Séptico – Corte AA.................................................................47 Figura 3: Planta baixa do Filtro Anaeróbio – Corte DD......................................49 Figura 4: Filtro Anaeróbio – Corte AA...............................................................50 Figura 5: Filtro Anaeróbio – Corte BB................................................................51 Figura 6: Filtro Anaeróbio – Corte CC................................................................52 Figura 7: Planta baixa do Filtro Aeróbio – Corte BB..........................................54 Figura 8: Planta baixa do Filtro Aeróbio – Corte CC..........................................54 Figura 9: Filtro Aeróbio – Corte AA...................................................................55 Figura 10: Detalhe fundo falso............................................................................55 Figura 11: Planta baixa do Tanque de Sedimentação..........................................57 Figura 12: Tanque de Sedimentação – Corte AA................................................57 Figura 13: Planta baixa do Clorador....................................................................59 Figura 14: Clorador – Corte AA..........................................................................59 Figura 15: Planta baixa do Sumidouro................................................................61 Figura 16: Sumidouro – Corte AA......................................................................62 Figura 17: Implantação Sistema Completo..........................................................64 10 RESUMO Tendo em vista a atual situação da bacia da Lagoa da Conceição e as novas exigências impostas pela Vigilância Sanitária de Florianópolis, surgiu a necessidade de se projetar novos sistemas de tratamento de esgoto com alta eficência, objetivo deste trabalho. O sistema teria que atender as novas necessidades impostas pela Vigilância Sanitária, que exige remoção de no mínimo 90% de Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO), nitrificação total, máximo de 500 coliformes fecais totais por 100 ml, entre outros. O sistema de tratamento de esgoto aqui proposto refere-se a um caso hipotético de uma residência com 200 m2, contendo 4 quartos. A residência recebeu um sistema composto por 6 unidades, sendo elas: Tanque Séptico, Filtro Anaeróbio, Filtro Aeróbio, Tanque de Decantação, Tanque de Desinfecção e Sumidouro, montadas conforme a seqüência descrita. A alta exigência do órgão fiscalizador relativa à qualidade do efluente final implicou na adoção de várias etapas no tratamento dos despejos. A escolha dos processos de estabilização de esgotos dentro do sistema foi feita em função do estudo das normas e publicações relacionadas com o tratamento de despejos domésticos, além das recomendações e exigências da vigilância sanitária de Florianópolis. O trabalho apresenta como resultado o projeto do sistema de tratamento conforme a exigência do órgão responsável pelo saneamento no município de Florianópolis. É mostrado também o detalhe de cada unidade adotada separadamente, e ao final, o projeto de implantação composto por todo o sistema. O processo aqui adotado refere-se a um caso e local específicos. Entretanto, nada impede que se possa utilizar o referente tratamento de esgotos em outras localidades, a fim de tratar de forma eficaz despejos de origem doméstica. Sistemas para contribuições de esgotos distintas das adotadas aqui neste caso também podem seguir a mesma metodologia. 11 1. INTRODUÇÃO À medida que os sinais de poluição começam a aparecer e a causar impacto, a necessidade em se tratar esgotos torna-se mais evidente. Atualmente, muitos corpos receptores de esgotos, como lagoas, lagos e até mares já demonstram sinais de degradação devido à grande carga recebida de despejos. É o caso da Lagoa da Conceição, localizada no município de Florianópolis, onde estes sinais já podem ser observados. O aumento desordenado da população que habita a bacia da Lagoa da Conceição tem causado conseqüências negativas no seu equilíbrio. Nos últimos anos, a proliferação desordenada de algas tem chamado a atenção de alguns ambientalistas e da população em geral. O forte odor que o apodrecimento destas algas gera em algumas épocas do ano já é um grande problema para muitos que habitam às margens da lagoa. Atualmente, o serviço de coleta de esgoto na região é oferecido para um pequeno número de moradores. Grande parte das edificações possuem o seu próprio sistema de tratamento individual. O grande problema é que na maioria das vezes o sistema de tratamento individual não é eficiente. A predominância é por sistemas simples, como tanque séptico seguido de sumidouro, que em alguns casos possuem erros graves em sua execução e projeto. Outros ainda adotam práticas ilegais, como jogar o esgoto na rede pluvial ou até mesmo diretamente na lagoa, piorando ainda mais a situação. Associando um grande número de moradores com sistemas de tratamento deficientes, tem-se por conseqüência uma grande carga de poluentes inseridas na Lagoa da Conceição. À medida que a carga de esgotos que chega na lagoa é maior que o potencial de degradação da mesma, e que assim se mantenha, caminha-se para uma sintuação de degradação total. A condição da Lagoa da Conceição, já rumo a uma situação caótica, em conjunto com a sentença referente à Ação Civil Pública nº 2000.72.00.004772-2, apresentada no Anexo A, fez com que a vigilância sanitária de Florianópolis – órgão 1 responsável pela fiscalização dos serviços sanitários nesta cidade – intervisse. Atualmente, a Vigilância Sanitária é rigorosa no que diz respeito ao projeto de sistemas de tratamento de esgoto na bacia da lagoa. 1.1 Justificativa do estudo A situação atual na Lagoa da Conceição exige que se realizem estudos que possam amenizar a problemática que hoje ocorre. Um dos trabalhos a se fazer é a proposição de um sistema de tratamento de esgoto residencial com alta eficiência, enquanto não existe uma rede pública de esgoto. O órgão responsável pelo saneamento em Florianópolis exige, na bacia da lagoa, os seguintes requisitos, conforme consulta realizada em janeiro de 2003 (VIGILÂNCIA SANITÁRIA, 2003): a) Remoção de Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) em no mínimo 90% (noventa por cento); b) Garantia de nitrificação total do nitrogênio contido nos efluentes; c) Nível positivo de oxigênio no efluente final; d) Garantia de no máximo 500 coliformes fecais totais por 100 ml de amostra. A simples utilização de tanque séptico como processo de tratamento em conjunto com o sumidouro como disposição final do efluente certamente não irá atender a estas exigências. Neste sistema, o sumidouro pouco contribui na eficiência do sistema, tendo como função a infiltração do efluente no solo. A estabilização do esgoto fica principalmente por conta do tanque séptico. Neto (1997 apud Além Sobrinho, 1991) relata um caso de monitoramento de um decanto-digestor (tanque séptico) dimensionado de acordo com a NBR 7229, que obteve eficiência média na remoção de DBO em torno de 65%. Os valores de concentração de DBO para este caso são de 230 a 290 mg/l para o afluente e em torno de 90 mg/l para o efluente do tanque séptico. A normalização brasileira já é bem mais conservadora, e apresenta valores de remoção de DBO situados entre 40 e 75%, para a utilização de 2 tanque séptico em conjunto com filtro anaeróbio (NBR 13969, 1997). Caso a norma apresentasse valores de eficiência somente do Tanque Séptico, certamente estes valores seriam menores que o intervalo apresentado quando o Tanque Séptico estiver em conjunto com o Filtro Anaeróbio (40 a 75%). Vale ressaltar que além de remoção de DBO, as outras exigências ainda devem ser cumpridas. A necessidade de se projetar sistemas de tratamento de esgotos com alta eficiência deu origem a este trabalho, que se refere a um caso hipotético de uma residência com 200 m2 de área e com população teórica de 8 pessoas, contendo 4 quartos. Considerou-se como plano o terreno onde será implantado o sistema de tratamento, e o lençol freático a 3 metros abaixo do nível do terreno. 1.2 Objetivos Este trabalho tem como objetivo principal apresentar uma alternativa de um sistema de tratamento de esgotos domésticos que atenda as novas exigências da Vigilância Sanitária na área abrangida pela bacia da Lagoa da Conceição. 1.2.1 Objetivos específicos Como objetivos específicos, pode-se citar: a) Criação de um sistema de tratamento com viabilidade de implantação em um terreno que não possua muita área disponível (em torno de 50 m2); b) Criação de um sistema que não produza fortes odores ao seu redor; c) Criação de um sistema com alta eficiência que além de atender as exigências da vigilância sanitária, promova uma redução na degradação da lagoa. 1.3 Estrutura do trabalho 3 O trabalho está estruturado em 5 capítulos. No capítulo 1 foi apresentada uma introdução ao trabalho, na qual se fez uma descrição breve da problemática em estudo e se apresentou justificativas e objetivos do estudo. O segundo capítulo consiste em uma revisão da literatura correspondente. Apresenta-se algumas definições essenciais ao entendimento de um sistema de tratamento de esgoto. Em seguida, fala-se sobre os princípios de tratamento de esgotos, e são relacionados os tipos de tratamento. No capítulo 3 é apresentada a metodologia, que demonstra como o sitema de tratamento foi escolhido e relata os métodos adotados para o seu dimensionamento. No capítulo 4 mostra-se os resultados obtidos no estudo, é mostrado o sistema de tratamento de esgoto adotado e é apresentado o resultado do dimensionamento de cada unidade apresentada na metodologia. O capítulo 5 apresenta as conclusões e sugestões para trabalhos futuros. 4 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1 Introdução A palavra esgoto é comumente utilizada para referenciar despejos em geral, sendo estes de origem doméstica, industrial, comercial, de áreas agrícolas, entre outros. Alguns autores também utilizam a denominação de águas residuárias, que é a tradução literal de wastewater, muito utilizada no inglês. Os esgotos, segundo Jordão e Pessôa (1995) podem ser classificados em dois grupos principais: sanitários e industriais. 2.1.1 Esgotos Sanitários São predominantemente constituídos de despejos domésticos. Basicamente, são compostos por urina, fezes, restos de comida, papel, sabão, detergente, águas de banho e de lavagem em geral. 2.1.2 Esgotos Industriais As características deste tipo de despejo são extremamente variáveis de acordo com sua origem e, portanto, este tipo de esgoto necessita de estudos e tratamento específicos. O objetivo deste trabalho é tratar exclusivamente de esgotos de origem doméstica. A revisão bibliográfica apresentada a seguir tratará exclusivamente de despejos sanitários, não sendo válida, em grande parte, para esgotos de origem industrial. 5 2.2 Características físicas dos esgotos As principais características físicas que representam o estado em que se encontram águas residuárias são: coloração, turbidez, odor, matéria sólida e temperatura. 2.2.1 Coloração A coloração indica o estado de decomposição do esgoto, e fornece dados que podem caracterizar o estado do despejo. Como exemplo, a cor preta é típica do esgoto velho e de uma decomposição parcial, enquanto a tonalidade acinzentada já indica um esgoto fresco (JORDÃO, PESSÔA, 1995). 2.2.2 Turbidez Assim como a coloração, a turbidez também indica o estado em que o esgoto se encontra. Este parâmetro está relacionado com a concentração dos sólidos em suspensão. 2.2.3 Odor Durante o processo de decomposição, alguns odores característicos de esgotos podem ser gerados. Jordão e Pessôa (1995) citam três odores como sendo os principais: a) odor de mofo, razoavelmente suportável, típico do esgoto fresco; b) odor de ovo podre, “insuportável”, típico do esgoto velho ou séptico, que provém da formação de gás sulfídrico oriundo da decomposição do lodo contido nos despejos; e c) odores variados, de produtos podres como de repolho, peixe, legumes; de fezes; de produtos rançosos; de acordo com a predominância de produtos sulfurosos, nitrogenados, ácidos 6 orgânicos, etc. A matéria orgânica e o lodo retidos em alguma fase do tratamento de esgoto podem ocasionar maus odores em uma Estação de Tratamento de Esgoto (ETE). Além disto, as reações que ocorrem no decorrer do tratamento produzem subprodutos que causam mau cheiro (H2S e outros polienxofres, NH3 e outras aminas). A temperatura também tem influência na emissão de odores. Segundo Belli (1999 apud SCHOLTENS e DEMMERS 1990 e MARTIN e LAFFORT 1991), as emissões gasosas compostas de nitrogênio, enxofre, solventes e outros compostos orgânicos voláteis podem ser tratadas por diversos processos, tais como absorção por oxidantes, combustão, adsorção, biodesodorização (tratamento biológico dos maus odores) em biofiltros (meio suporte: turfa, composto orgânico ou solo), biolavagem e biopercolação. 2.2.4 Matéria sólida Jordão e Pessôa (1995) classificam a matéria sólida presente nas águas residuárias segundo a nomenclatura exposta abaixo: a) em função das dimensões das partículas: sólidos em suspensão, sólidos coloidais ou sólidos dissolvidos; b) em função da sedimentabilidade: sólidos sedimentáveis, sólidos flutuantes ou flotáveis ou sólidos não sedimentáveis; c) em função da secagem, a alta temperatura (550 a 600ºC): sólidos fixos ou sólidos voláteis; d) em função da secagem em temperatura média (103 a 105ºC): sólidos totais, sólidos em suspensão ou sólidos dissolvidos. Um dos parâmetros de grande utilização em sistemas de esgotos é a quantidade total de sólidos. Seu módulo é o somatório de todos os sólidos dissolvidos e dos não dissolvidos em um líquido. A sua determinação é normatizada, e consiste na 7 determinação da matéria que permanece como resíduo após sofrer uma evaporação a 103ºC. 2.2.5 Temperatura A temperatura influi diretamente na taxa de qualquer reação química, que aumenta com sua elevação, salvo os casos onde a alta temperatura produza alterações no catalisador ou nos reagentes. Em se tratando de reações de natureza biológica, Jordão e Pessôa (1995) afirmam que a velocidade de decomposição do esgoto aumenta de acordo com a temperatura, sendo a faixa ideal para atividade biológica contida entre 25 e 35ºC, sendo ainda 15ºC a temperatura abaixo da qual as bactérias formadoras do metano se tornam inativas na digestão anaeróbia. Dentro dos tanques sépticos (fossas), por exemplo, ocorre a digestão anaeróbia. 2.3 Características químicas dos esgotos Jordão e Pessôa (1995) acreditam que, levando em consideração a origem dos esgotos, estes podem ser classificados em dois grandes grupos: da matéria orgânica e da matéria inorgânica. 2.3.1 Matéria orgânica Cerca de 70% dos sólidos no esgoto médio são de origem orgânica. Estes compostos são constituídos principalmente por compostos de proteínas, carboidratos, gordura e óleos, e em menor parte, por uréia, surfartantes, fenóis, pesticidas (típicos de despejos industriais, em quantidade), etc. (JORDÃO, PESSÔA, 1995). Von Sperling (1996) ainda divide o material orgânico seguindo o critério de biodegradabilidade, classificando-os em inerte ou biodegradável. 8 2.3.1.1 Proteínas Produzem nitrogênio e contêm carbono, hidrogênio, nitrogênio, oxigênio, e podem conter fósforo, enxofre e ferro. São basicamente de origem animal, mas ocorrem em vegetais também. O enxofre fornecido pelas proteínas é responsável pela produção do gás sulfídrico presente nos despejos. 2.3.1.2 Carboidratos Contêm carbono, hidrogênio e oxigênio, e são as primeiras substâncias a serem atacadas pelas bactérias. Estão presentes principalmente nos açúcares, amido, celulose, etc. A ação bacteriana nos carboidratos produz ácidos orgânicos, que geram um aumento na acidez do esgoto. 2.3.1.3 Gorduras e óleos Também designados como matéria graxa, as gorduras e os óleos se encontram presentes nos despejos domésticos e sua origem, em geral, se dá pelo uso de manteiga, óleos vegetais, carnes, etc. Além disso, podem estar presentes nos despejos produtos não tão comuns, como querosene, óleo lubrificante e afins, proveniente de garagens. São indesejáveis em um sistema de tratamento de esgotos, pois formam uma camada de escuma e podem vir a entupir os filtros, além de prejudicar a vida biológica. 2.3.2 Matéria Inorgânica A matéria inorgânica existente nos esgotos é constituída, em geral, de areia e outras substância minerais dissolvidas, provenientes de águas de lavagens. Não é usual a remoção deste tipo de material, que pouco influenciará em um sistema de tratamento de esgotos pelo fato de ser um material inerte. Entretanto, deve-se estar atento às possibilidades de entupimento e saturação de filtros e tanques, quando há grande quantidade deste material. 9 2.3.3 Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) Também conhecida como BOD (Biochemical Oxygen Demand), a DBO é um dos parâmetros mais utilizados no que se refere ao tratamento de esgotos. Segundo Netto (1977), a DBO mede a quantidade de matéria orgânica oxidável por ação de bactéria. Macintyre (1996) caracteriza a DBO como avidez de oxigênio para atender ao metabolismo das bactérias e a transformação da matéria orgânica. Na verdade, as duas definições, aparentemente um pouco distintas, significam a mesma coisa. A DBO é utilizada para indicar o grau de poluição de um esgoto, ou seja, um índice de concentração de matéria orgânica por uma unidade de volume de água residuária. A medição da DBO é padronizada, segundo Jordão e Pessôa (1995) pelo “Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater” que adota tempo de 5 dias e uma temperatura padrão de 20ºC. Vale ressaltar que a DBO5 não representa a demanda total de oxigênio, pois a demanda total ocorre em período muito superior. Netto (1977) acredita que a DBOtotal é igual a 1,46 x DBO5 a 20ºC. A DBO5 a 20ºC, chamada simplificadamente em alguns casos de DBO, varia no esgoto doméstico bruto, segundo Jordão e Pessôa (1995) e Macintyre (1996), entre 100 e 300 mg/l. Já Netto (1977) afirma que, para esgoto sanitário, a média atinge 300 mgO2/litro. A DBO ocorre em dois estágios: primeiramente a matéria carbonácea é oxidada, e em seguida ocorre uma nitrificação. A DBO de 5 dias trabalha na faixa carbonácea (JORDÃO, PESSÔA, 1995). A temperatura é fator relevante na determinação da duração de cada faixa. A duração tende a diminuir com o aumento da temperatura. 2.3.4 Nitrogênio É possível conhecer as concentrações de matéria orgânica através da forma que os compostos nitrogenados se apresentam nos esgotos. Contudo, este tipo de teste para caracterização de matéria orgânica está em desuso. Para tal caracterização, atualmente 10 determina-se a DBO, discutida em 2.3.3. Entretanto, os testes com nitrogênio possuem um papel fundamental na indicação da carga de nutrientes lançados ou presentes num corpo d’água, além de indicar a disponibilidade de nitrogênio para a manutenção da atividade biológica nos processos de tratamento. O nitrogênio, assim como todo o nutriente, pode causar problemas de superprodução de algas (consumidoras) nos corpos receptores de estações de tratamento (rios, lagos, lagoas, etc). A superprodução de algas é resultado de sistemas de tratamento de esgotos mau projetados e executados, onde estes não são capazes de retirar a quantidade necessária de nutrientes. Von Sperling (1996) divide a matéria nitrogenada em inorgânica e orgânica. O primeiro grupo é composto pela amônia, tanto na forma livre quanto na forma ionizada (respectivamente, NH3 e NH4+). A matéria nitrogenada orgânica tem divisão semelhante à matéria carbonácea. 2.3.5 Demanda Química de Oxigênio (DQO) Também conhecida como COD (Chemical Oxygen Demand), a Demanda Química de Oxigênio mede a quantidade de oxigênio necessária para oxidação da parte orgânica de uma amostra que seja oxidável pelo permanganato ou dicromato de potássio em solução ácida. A medição da DQO é padronizada “Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater”. A DQO leva em consideração qualquer fonte que necessite de oxigênio, seja esta mineral ou orgânica. Já a DBO considera somente a demanda da parte orgânica. Quando se trata de esgotos domésticos, a consideração pertinente fica ao redor da DBO, pois os esgotos domésticos possuem poucos sais minerais solúveis. 11 A rapidez das respostas de DQO também pode ser citada como uma grande vantagem com relação à DBO. Alguns aparelhos, segundo Jordão (1995), conseguem realizar esta determinação em cerca de 2 minutos. O método do dicromato leva duas horas para determinar a DQO do material. Como desvantagens, pode-se apresentar a falta de especificação da velocidade com que a bio-oxidação possa ocorrer. 2.3.6 Demanda Total de Oxigênio (DTO) Também conhecida como TOD (Total Oxygen Demand), a Demanda Total de Oxigênio consiste em uma determinação instrumental capaz de não ser afetada por certos poluentes que interferem mesmo no teste da DQO (por exemplo, amônia e benzeno), sendo o teste realizado em três minutos (JORDÃO, PESSÔA, 1995) As nomenclaturas aqui apresentadas devem ser utilizadas com cautela, pois alguns autores utilizam a mesma sigla com significados diferentes. É o caso de Silva (1979), que em seu livro caracteriza a DTO como Demanda Teórica de Oxigênio. Neste trabalho, a Demanda Teórica de Oxigênio foi tratada como DTeO, para diferenciá-la da Demanda Total de Oxigênio. 2.3.7 Demanda Teórica de Oxigênio (DTeO) Também conhecida como TEOD (Theoretical Oxygen Demand), a Demanda Teórica de Oxigênio é a quantidade teórica de oxigênio necessária para oxidação completa da parte orgânica de uma amostra, produzindo gás carbônico - CO2 - e gás sulfídrico - H2S. Como exemplo, pode-se citar uma simples reação (oxidação da glucose). C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O A equação balanceada mostra que são necessárias 192 unidades de massa de 6O2 12 para oxidar 180 unidades de massa de C6H12O6. Obtendo-se a massa do composto orgânico, pode-se encontrar a quantidade necessária de oxigênio para oxidação completa do material. Contudo, a complexidade dos compostos existentes nos esgotos inviabiliza este processo teórico. Analisando os conceitos acima, pode-se concluir que: DTeO > DTO > DQO > DBOtotal > DBO5 2.3.8 DBO e DQO Solúvel São parâmetros que surgiram para caracterizar o estado em que a matéria orgânica se encontra. A indicação de fase solúvel ou particulada está diretamente ligada a taxas de sedimentação, adsorção, reações química, entre outros. 2.3.9 pH Fator determinante no sucesso de alguns sistemas de tratamento de esgotos, a existência do pH deve ser considerada. Pode-se chegar ao seu valor utilizando a equação 1: pH = log10 1/H+ (Eq.1) 2.4 Características biológicas dos esgotos Os principais microorganismos presentes em despejos são protozoários, fungos, algas, grupos de plantas e de animais e as bactérias, sendo que os mais importantes para este trabalho serão discutidos nos itens que seguem. 13 2.4.1 Algas Apresentam grande variedade de formas e dimensões. No caso de lagos e lagoas, a reprodução de algas é estimulada com o lançamento de efluentes de estações de tratamento ricos em nutrientes (nitratos e fosfatos). Este lançamento é indesejável quando o seu crescimento é demasiado – também conhecido como floração – e deve ser restringido. O excessivo enriquecimento de nutrientes do corpo receptor, seja ele um lago ou lagoa é denominado de eutrofização, que nada mais é do que a superprodução de algas em floração. 2.4.2 Bactérias Constituem o grupo de maior importância em sistemas de tratamento biológico. As principais bactérias responsáveis na remoção da DBO são as heterotróficas. Este grupo, segundo Von Sperling (1996) é sub-dividido em outros dois: a) Organismos quimioautótrofos: Utilizam a matéria inorgânica como fonte de energia e o CO2 como fonte de carbono. Estão ligados à nitrificação. b) Organismos quimioheterótrofos: Utilizam a matéria orgânica como fonte de energia e fonte de carbono. São responsáveis pela maior parte das reações ocorridas no tratamento biológico. Nos despejos domésticos, podem ser encontradas bactérias aeróbias, anaeróbias e facultativas, assunto dos itens a seguir: a) Bactérias aeróbias: São as que retiram o oxigênio contido no ar, oriundo diretamente da atmosfera ou do ar dissolvido na água para seu metabolismo. Essa ação bacteriana é denominada de oxidação ou decomposição aeróbia. b) Bactérias anaeróbias: São as que retiram o oxigênio através de ações sobre os compostos orgânicos ou inorgânicos que contêm oxigênio para seu 14 metabolismo, ao invés de retirá-lo do ar. Este processo bacteriano é denominado de putrefação ou decomposição anaeróbia. c) Bactérias facultativas: São as que possuem a capacidade de ora retirar o oxigênio contido no ar, ora retirar o oxigênio através de ações sobre outros compostos. 2.4.2.1 Crescimento bacteriano e floculação A reprodução bacteriana ocorre, basicamente, por fissão binária, onde cada célula, ao atingir um certo tamanho, divide-se em duas novas células. Admitindo-se um tempo de geração típico de 20 minutos, um crescimento sem fatores limitantes iria possibilitar a existência de 2144 bactérias após 48 horas. Tal corresponderia a um peso aproximadamente 4.000 vezes superior ao peso da terra (La Riviére, 1980). Na prática, naturalmente, o crescimento é logo restringido devido à exaustão de nutrientes no meio. (VON SPERLING, 1996, p. 107). Além das características metabólicas, as bactérias possuem a capacidade de flocular (se aglutinam e formam flocos), quando entram na fase de declínio em seu crescimento. 2.4.2.2 Doenças associadas O número de bactérias contidas nos esgotos é muito grande. As bactérias coliformes – típicas do intestino de mamíferos – não constituem, sozinhas, um perigo, mas sendo êntero-bactérias, são associadas a microorganismos patogênicos, provenientes das necessidades fisiológicas humanas. O esgoto pode conter bactérias agentes de cólera, das febres tifóides e paratifóides, salmonelas causadores de gastro-enterites, leptospiras, bacilo da turbeculose, enterovírus causadores da poliomelite, vírus de hepatite, dentre muitos outros. Contudo, não é possível proceder com um gerenciamento individual de cada um dos agentes citados acima, sendo adotado somente o coliforme como o indicativo de contaminação. O número de coliformes varia entre 100 a 400 bilhões de coliformes por habitante por 15 dia (PAGANINI, 1997; JORDÃO, PESSÔA, 1995). Todavia, Silva (1979) apud Geldreich (1966) acredita que esta concentração seja de 2 bilhões de coliformes por dia para um adulto médio. Nota-se aqui uma grande discrepância entre os valores propostos. 2.5 Composições típicas e relações propostas Nesta seção serão apresentados valores típicos de parâmetros de carga orgânica e relações propostas pelos autores. Silva (1979) afirma que a matéria sólida representa apenas 0,1% dos esgotos sanitários, sendo que a água é responsável pelos 99,9% restantes. A contribuição “per capita” diária de DBO5 no Brasil (São Paulo) é de 50 g. Indo além, o autor indica as seguintes relações aproximadas: DBO5 / DQO = 0,5; DBOtotal / DBO5 = 1,5 A tabela 1 apresenta as concentrações em termos de DBO5 e DQO (SILVA, 1979, p.4). Tabela 1: Concentração em termos de DBO5 e DQO (SILVA, 1979, p. 4). Concentração Fraca Média Grande Muito Grande DBO5 (mg/l) 200 350 500 750 DQO (mg/l) 400 700 1000 1500 Gonçalves (1997) e Jordão e Pessoa (1995) afirmam que a matéria sólida representa apenas 0,08% dos esgotos sanitários, sendo que a água é responsável pelos 99,92% restantes. A diferença da composição em relação à proposta por Silva (1979) – 99,9% e 0,1% - não é significativa. A tabela 2 contém a composição típica que Gonçalves (1997) considera ser aplicável a esgotos sanitários. 16 Tabela 2: Composição típica de esgotos sanitários (GONÇALVES, 1997, p. 23). CONSTITUINTES Concentrações (em mg/l, onde não indicados) Forte Médio Fraco 1200 720 350 850 500 250 1.1.1 Fixos 525 300 145 1.1.2 Voláteis 325 200 105 350 220 100 1.2.1 Fixos 75 55 20 1.2.2 Voláteis 275 165 80 2 Sólidos sedimentáveis (ml/l) 20 10 5 3 DBO5, 20ºC 400 220 110 4 Carbono Total (TOC) 260 160 80 5 DQO 1000 500 250 85 40 20 6.1 Orgânico 35 15 8 6.2 Amônia livre 50 25 12 6.3 Nitritos 0 0 0 6.4 Nitratos 0 0 0 7 Fósforo total 15 8 7 7.1 Orgânico 5 3 1 7.2 Inorgânicos 10 5 3 8 Cloretos 100 50 30 9 Alcalinidade (como CaCO3) 150 100 50 10 Graxa 150 100 50 1 Sólidos Totais 1.1 Dissolvidos totais 1.2 Suspensos totais 6 Nitrogênio Total (como N) Na ausência de determinações diretas, deve-se adotar os valores clássicos determinados por Fair e Geyer, isto é, 54 g.DBO/ hab.dia. Quanto a matéria sólida, adota-se valor de 90 g.MS/ hab.dia (JORDÃO, PESSÔA, 1995). A tabela 3 indica os valores típicos de parâmetros de carga orgânica nos esgotos domésticos, de acordo com Jordão e Pessôa (1995). 17 Tabela 3: Valores típicos de parâmetros de carga orgânica (mg/l) no esgoto (JORDÃO, PESSÔA, 1995, p. 37). Condições de Parâmetros Forte Médio Fraco esgoto DBO, 5d, 20ºC 300 200 100 Oxigênio Consumido O. C. 150 75 30 Oxigênio Dissolvido O. D. 0 0 0 Nitrogênio Total 85 40 20 Nitrogênio Orgânico 35 20 10 Amônia Livre 50 20 10 Nitrito, NO2 0,10 0,05 0 Nitrato, NO3 0,40 0,20 0,10 Fósforo Total 20 10 5 Orgânico 7 4 2 Inorgânico 13 6 3 2.6 Princípios do tratamento de esgotos 2.6.1 Processos metabólicos Segundo Silva (1979, p. 9) o metabolismo nos microorganismos pode ser expresso por: Alimento + microorganismos + oxigênio → maior número de microorganismos + resíduos nitrogenados + dióxido de carbono + água Este esquema demonstra, resumidamente, a atividade metabólica, onde o processo respiratório (consumo de oxigênio) fornece energia para os microorganismos se multiplicarem. Esta equação proposta por Silva (1979) pode ser aplicada tanto a organismos aeróbios quanto a anaeróbios. A diferença existente entre estes organismos é somente a fonte de oxigênio, já comentada neste capítulo. A seqüência metabólica para ambos é semelhante. 18 2.6.2 Oxidação Aeróbia da matéria orgânica O metabolismo bacteriano não deve ser visto somente da maneira simplificada como exposto no item anterior. Ele é composto por duas partes: anabolismo e catabolismo. Silva (1979) define anabolismo (recomposição) como a parte metabólica utilizada na sintetização de novas células. O catabolismo (decomposição) é a parte metabólica que serve para conseguir energia. Indo além, Silva (1979, p.11) sugere as reações abaixo para os processos comentados, sendo que a Autólise faz parte do Catabolismo. Anabolismo: Catabolismo: Autólise: CxHyOzN + energia → C5H7NO2 bactérias (células de bactérias) CxHyOzN + O2 → (matéria orgânica) bactérias C5H7NO2 + 5O2 → CO2 + H2O + NH3 + energia 5CO2 + 2 H2O + NH3 + energia bactérias Von Sperling (1996) ainda comenta que na etapa inicial – anabolismo – predominam as etapas de síntese, sendo que a matéria orgânica é utilizada para o metabolismo e crescimento dos microorganismos. O catabolismo predomina quando a quantidade de substrato no meio é pequena. Nesta etapa do processo metabólico, a fonte de alimento passa a ser o próprio material celular (respiração endógena). Pode-se notar, pelas reações apresentadas, que a matéria orgânica, basicamente, está sendo transformada a produtos inertes (como o gás carbônico - CO2 - e a água H2O), além de energia para seu metabolismo. 19 2.6.3 Digestão Anaeróbia Quase a totalidade dos processos biológicos utilizados em tratamento de esgotos domésticos passam por uma fase anaeróbia. O lodo, segundo Silva (1979) é decomposto em dois estágios por grupos de bactérias anaeróbias distintos. Primeiramente ocorre a transformação da matéria orgânica em ácidos graxos, principalmente o ácido acético. Em seqüência, ocorre a transformação destes ácidos em metano. As equações abaixo mostram a decomposição do ácido aminoácido cisteína (SILVA, 1979, p. 12) 4C3H7O2NS + 8H2O → 4CH3COOH + 4CO2 + 4NH3 + 4H2S + 8H (cisteína) (ácido acético) 4CH3COOH + 8H (ácido acético) → 5CH 4 + 3CO2 + 2H2O (metano) De maneira um pouco mais simplificada, Von Sperling (1996, p. 98) sugere a seguinte reação para conversão da matéria orgânica por digestão anaeróbia: C6H12O6 → 3CH4 + 3CO2 + energia Observa-se que a matéria orgânica é transformada, basicamente em metano (CH4) e gás carbônico (CO2), com liberação de energia (inferior à do processo aeróbio). O simples fato do metano ser transferido para a atmosfera já garante uma remoção da matéria orgânica. Entretanto, o carbono existente no metano encontra-se em seu estado mais reduzido (-4) e pode ser oxidado. Deve-se estar atento a risco como explosão por combustão do metano. Silva (1979, p. 13) ainda acredita que “o pH do lodo deve ser mantido maior do que 7; um valor do pH próximo de 6 indica um iminente fracasso do processo”. 20 2.6.4 Nitrificação e Desnitrificação Conceitua-se nitrificação quando ocorre a oxidação biológica da matéria nitrogenada, transformando-a em nitrato. A uréia, uma das principais fontes de nitrogênio em despejos domésticos, é rapidamente hidrolizada, e transforma-se em amônia. E é a partir desta amônia que o processo de nitrificação pode ocorrer. Von Sperling (1996, p. 99) afirma que a transformação da amônia em nitritos e destes em nitratos, obedece as reações apresentadas: Nitritação: 2NH4+-N + 3O2 → 2NO2--N + 4H+ + 2H2O Nitrosomonas Nitratação: 2NO2--N + O2 → 2NO3—N Nitrobacter Destas reações pode-se concluir que a nitrificação demanda uma quantidade de oxigênio, e em seu processo há uma liberação de H+. Esta liberação do íon H+ consome alcalinidade do meio, por conseguinte aumenta a acidez e reduz o pH. Desnitrificar significa converter nitratos a nitrogênio gasoso. Isto ocorre quando não há presença de oxigênio (condição anóxica). Nesta condição, os nitratos são utilizados pelos microorganismos como o aceptor de elétron, ao invés do oxigênio e apresenta a seguinte reação (VON SPERLING, 1996, p.101): 2NO3--N + 2H+ → N2 + 2,5O2 + H2O Da reação apresentada, conclui-se que a matéria orgânica pode ser estabilizada utilizando o oxigênio da reação de desnitrificação, às custas do consumo de H+, implicando na diminuição da alcalinidade. 21 Em resumo, a seqüência esperada em um sistema de tratamento, no que diz respeito a transformação da amônia e a desnitrificação, quando houver, é a seguinte: Amônia → Nitrito → Nitrato → Nitrogênio gasoso 2.7 Tipos de tratamento 2.7.1 Classificação das etapas de tratamento Em estações de tratamento de esgoto sanitário, é comum que se divida as etapas do sistema. Jordão e Pessôa (1995), Gonçalves (1997), Macintyre (1996) e Netto (1977) – estes dois últimos com ressalvas, comentadas mais abaixo – classificam as etapas em tratamento preliminar, tratamento primário, tratamento secundário e tratamento terciário. Sistemas de tratamento preliminar compreendem as atividades destinadas a remoção de sólidos grosseiros, areias, graxas e óleos. Nesta classe estão situados tanques de retenção, grades e caixas de areia Sistemas de tratamento primário compreendem as atividades de decantação, flotação e digestão de sólidos. Nesta classe situam-se decantadores primários, tanques de flotação e digestores primários do lodo. Sistemas de tratamento secundário compreendem as atividades que visam a diminuição dos contaminates biológicos. Desta caterogia, estão presentes os filtros biológicos, reatores de lodos ativados, decantação secundária e lagoas de estabilização. Sistemas de tratamento terciário compreendem atividades complementares ao tratamento secundário, como remoção de nutrientes, desinfecção e remoção de complexos orgânicos. São previstos em estações que necessitem um alto grau de tratamento de efluente final. Nesta classe, situam-se os cloradores e ozonizadores, 22 processos de remoção de nutrientes e lagoas de maturação. Nesta divisão, apresentada (tratamento preliminar, primário, secundário e terciário) pelos autores citados, existem 2 pequenas divergências. Macintyre (1996) acredita que os tratamentos preliminares, como o gradeamento, façam parte de sistemas de tratamento primário. Apesar do autor classificar esta etapa como tratamento preliminar, assim como os demais autores mencionados, ele sugere que este tipo de tratamento esteja englobado nos sistemas primários. Netto (1977) propõe um desmembramento de sistemas de tratamento terciário em: tratamento terciário e desinfecção; sendo que esta última é tratada pelos demais autores como sendo parte integrante de um tratamento terciário. Existe também a classificação dos processos de tratamento em físicos, químicos e biológicos. Processos onde há predominância de atividades de decantação, filtração, incineração, diluição ou homogeneização podem ser classificados como processos físicos. A adição de elementos químicos caracteriza uma etapa química. Quando há necessidade da ação de microorganismos para que os processos possam ocorrer, chamase estes de biológicos. 2.7.2 Tanque Séptico (TS) Seguindo os padrões da classificação apresentada no item 2.7.1, pode-se dizer que o tanque séptico corresponde a um sistema de tratamento primário e físicobiológico (predominância da sedimentação do material sólido e digestão). Pela simplicidade de construção e manutenção é um sistema muito difundido, e está presente na maioria das estações de tratamento residenciais. Também é conhecido e tratado por alguns autores como Fossa Séptica (CREDER (1991), MACINTYRE (1996) e JORDÃO, PESSÔA (1995)), podendo ser definida como: Fossas Sépticas são câmaras convenientemente construídas para reter os despejos domésticos e/ou indústrias, por um período de tempo especificamente estabelecido, de modo a permitir sedimentação dos sólidos e retenção do material graxo contido nos esgotos, transformando-os, bioquimicamente, em substâncias e compostos mais simples 23 e estáveis. (JORDÃO, PESSÔA, 1995, p. 260) 2.7.2.1 Princípios de funcionamento Os dois princípios básicos de funcionamento de um TS envolvem sedimentação e digestão do lodo. Além destes, no TS existem reações anaeróbias de estabilização da parte líquida, não tão importantes. Estas reações existem pois todo TS possui um tempo de detenção, e será durante este tempo que estas reações irão ocorrer. Tanto o lodo – resultante da sedimentação das partículas sólidas – quanto a escuma (material flutuante, formado por óleos e graxas) são atacados por bactérias predominantemente anaeróbias, oferecendo um melhor grau de tratamento do que um simples processo de sedimentação. Este processo oferece uma redução no volume de lodo, além de sua estabilização. Alguns cuidados devem ser tomados antes do lançamento do afluente no TS. A NBR 8160 (ABNT, 1999) exige o uso de caixas de gordura antes do TS. Muitas vezes, somente o Tanque Séptico não oferece um efluente final com características aceitáveis, que variam de acordo com o corpo receptor e a legislação vigente. A água residuária que sai do TS ainda possui mau cheiro, grande quantidade de sólidos e organismos patogênicos, além de alta quantidade de nutrientes e DBO. 2.7.2.2 Projeto do Tanque Séptico O dimensionamento do Tanque Séptico deve atender a disposição da Norma Brasileira NBR 7229 (ABNT, 1993). O TS pode possuir uma única câmara , câmaras em série, ou câmaras sobrepostas. Além disso, sua seção transversal pode ser retangular ou circular. No caso do formato retangular, a sua relação comprimento/largura deve estar compreendida entre 2:1 e 4:1. A altura está relacionada com o volume útil do tanque séptico, sendo que para volumes inferiores a 6000 litros, adota-se uma altura entre 1,2 e 2,2 metros. A normalização brasileira vigente relativa ao projeto de tanque séptico considera os seguintes parâmetros no seu dimensionamento: 24 a) Número de pessoas a serem atendidas: é o número de pessoas que habitam o local. Entretanto, há possibilidade de variação do número de ocupantes em qualquer residência. Em virtude disso, a NBR 7229 (ABNT, 1993) adotou os seguintes padrões: i) 2 pessoas por quarto, exceto quarto de empregada; ii) 1 pessoa por dependência destinada à empregada doméstica. b) Contribuição de despejos: é a contribuição diária, por habitante, de esgoto. Está relacionado com o padrão da edificação. A norma (ABNT, 1993) sugere os seguintes padrões: i) Residência padrão baixo: 100 litros/pessoa.dia ii) Residência padrão médio: 130 litros/pessoa.dia iii) Residência padrão alto: 160 litros/pessoa.dia c) Período de detenção de despejos: é o período em que o esgoto fica retido no tanque séptico. Ele varia de acordo com o volume de contribuição diária de despejos: i) Até 1500 litros de contribuição diária: período de detenção de 1 dia; ii) De 1501 a 3000 litros de contribuição diária: período de detenção de 0,92 dias. d) Contribuição de lodo fresco: representa a contribuição de lodo fresco por pessoa em um dia. A NBR 7229 (ABNT, 1993) especifica como sendo igual a 1 litro por pessoa por dia, para ocupantes permanentes (aplicável a qualquer residência). e) Taxa de acumulação total de lodo: representa a taxa de acumulação de lodo em dias, e está relacionada com o intervalo de limpeza do tanque séptico e com a média da temperatura ambiente do mês mais frio, onde o tanque opera. Para Florianópolis, é aconselhável utilizar-se o intervalo situado entre 10 e 20ºC como adequado a representar a média de temperatura do mês mais frio. A normalização brasileira sugere os seguintes valores para taxa de acumulação de lodo: 25 i) Intervalo entre limpezas de 1 ano (10ºC≤t≤20ºC):taxa de acumulação de lodo de 65 dias; ii) Intervalo entre limpezas de 2 anos (10ºC≤t≤20ºC):taxa de acumulação de lodo de 105 dias; iii) Intervalo entre limpezas de 3 anos (10ºC≤t≤20ºC):taxa de acumulação de lodo de 145 dias; iv) Intervalo entre limpezas de 4 anos (10ºC≤t≤20ºC):taxa de acumulação de lodo de 185 dias; v) Intervalo entre limpezas de 5 anos (10ºC≤t≤20ºC):taxa de acumulação de lodo de 225 dias. 2.7.2.3 Eficiência Em seu livro, Macintyre (1996) sugere, para uma instalação de TS bem projetada e construída, as seguintes eficiências: a) Remoção de sólidos em suspensão 50 a 70% b) Redução de bacilos coliformes 40 a 60% c) Redução da DBO 30 a 60% d) Remoção de graxas e gorduras 70 a 90% Jordão e Pessôa (1995) acreditam que a remoção dos sólidos em suspensão, por sedimentação, está em torno de 60%. Esta sedimentação forma, no fundo do tanque, uma substância semilíquida denominada de lodo. A norma vigente relacionada ao projeto de TS (NBR 7229) sugere a utilização de câmara múltiplas para maior eficiência no tratamento. 2.7.2.4 Operação e manutenção A NBR 7229 (ABNT, 1993) estabelece que o tempo de limpeza dos tanques sépticos deve ser o mesmo previsto em projeto, mas faz uma ressalva, permitindo o aumento ou uma diminuição no intervalo caso ocorram variações nas vazões previstas. 26 Ela ainda exige que a limpeza do TS, quando necessária, não seja completa; deve-se deixar cerca de 10% do volume de lodo existente. Antes de qualquer operação no interior dos tanques, deve-se deixar sua tampa aberta por no mínimo 5 minutos, prevenindo o risco de explosões e intoxicação proveniente dos gases do TS. 2.7.2.5 Observações gerais Seguindo as recomendações encontradas na NBR 7229, deve-se estar atento a algumas informações: a) Respeitar distâncias mínimas de 1,5 metros de construções, limites do terreno, ramal predial de água e sumidouro; b) Respeitar distâncias mínimas de 3 metros de árvores e demais pontos de rede pública de água; c) Respeitar as distâncias mínimas de 15 metros de poços freáticos e corpos d’água; d) O tanque séptico deve ser construído de forma que possua resistência mecânica, química e seja impermeável; e) A tubulação de entrada e saída deverão possuir formato de “T”, sendo que a tubulação de saída deverá estar imersa em um terço da altura útil do tanque. A tubulação de entrada estará imersa 5 centímetros a menos que a tubulação de saída. 2.7.3 Filtro Biológico Anaeróbio (FAN) O filtro anaeróbio é uma “unidade destinada ao tratamento de esgoto, mediante afogamento do meio biológico filtrante” (NBR 7229, 1993, p. 2). Seguindo os padrões da classificação apresentada no item 2.7.1, pode-se dizer que o filtro anaeróbio representa um sistema de tratamento secundário e físico-biológico. É de grande utilidade em projetos que requerem um melhor grau de tratamento que o simples uso de tanque séptico seguido de infiltração no solo. 27 2.7.3.1 Princípios de funcionamento O FAN é caracterizado por um tanque preenchido por um material filtrante, geralmente pedra britada. Os microorganismos aderidos às paredes deste material filtrante formam o biofilme que, ao receberem os despejos contendo matéria orgânica, iniciam o processo de digestão anaeróbia. Para tal, agem as bactérias anaeróbias, conforme as reações apresentadas no item 2.6.3. 2.7.3.2 Projeto do Filtro Anaeróbio O dimensionamento do filtro anaeróbio deve seguir as recomendações da NBR 13969 (ABNT, 1997). No município de Florianópolis, o órgão fiscalizador, a Vigilância Sanitária desta cidade, faz algumas exigências além das descritas na normalização brasileira, conforme normativa interna 001/2003, apresentado no Anexo B deste trabalho. A normalização brasileira (ABNT, 1997) considera como parâmetros para dimensionamento o número de pessoas a serem atendidas, a contribuição de despejos e o período de detenção de despejos. Os dois primeiros seguem o mesmo padrão do apresentado no Tanque Séptico – item 2.7.2.2 – enquanto o período de detenção de despejos sofre alteração com relação à norma referente a Tanque Séptico (ABNT, 1993). Na NBR 13969 (ABNT, 1997), as faixas de temperatura – uma variável na determinação do tempo de detenção – são diferentes. Alguns dos valores sugeridos são: a) Até 1500 litros de contribuição diária e 15ºC≤t≤25ºC: período de detenção de 1,00 dia b) De 1501 a 3000 litros de contribuição diária e 15ºC≤t≤25º: período de detenção de 0,92 dias; O formato adotado nos tanques retangulares deve seguir a relação 2:1, referenciada na normativa interna nº001/2003, presente no anexo B deste trabalho. A relação 2:1 se refere às dimensões internas, incluindo a canaleta receptora, conforme indicação em consulta a Vigilância Sanitária de Florianópolis (VIGILÂNCIA 28 SANITÁRIA, 2003). Entretanto, o volume calculado é referente somente à parte onde há presença de material filtrante. 2.7.3.3 Eficiência O filtro anaeróbio, quando precedido de tanque séptico, possui provável remoção de DBO5,20 situada entre 40 e 75 % (ABNT, 1997). Os valores aqui mencionados referem-se a unidades dimensionadas de acordo com a normalização brasileira vigente, e variam conforme as condições de operação, como temperatura, manutenção, entre outros. 2.7.3.4 Operação e manutenção A NBR 13969 (ABNT, 1997) recomenda a utilização de uma bomba de recalque para limpeza do filtro anaeróbio, através de sucção contra-fluxo. Caso a operação não seja suficiente, ela ainda sugere o lançamento de água em cima do filtro, com posterior sucção. Não deve-se lavar completamente o material filtrante contido no filtro biológico. Assim que constatado obstrução no fluxo de esgoto no filtro anaeróbio, devese providenciar a limpeza do mesmo. 2.7.3.5 Observações gerais Seguindo as recomendações encontradas na NBR 13969 (ABNT, 1997), deve-se estar atento a algumas informações: a) Prever a existência de um tubo guia, com diâmetro de 150 mm, que será utilizada para uma eventual retrolavagem no filtro; b) Projetar o fundo do filtro com declividade de 1% no sentido do poço de drenagem, para que o líquido possa escorrer até este; c) Utilizar brita nº 4, com as dimensões mais uniformes possíveis, aumentando o número de vazios e reduzindo a possibilidade de entupimento precoce do filtro; d) Distribuição do afluente no filtro através de tubulação perfurada (furos de diâmetro de 1 centímetro, a cada 20 centímetros, distribuídos em 4 linhas longitudinais; 29 e) O filtro anaeróbio deve ser construído de forma que possua resistência mecânica, química e seja impermeável f) Deve-se respeitar as distâncias mínimas de 1,5 metros de construções e limites de terrenos, 3 metros de árvores e pontos da rede pública e 15 metros de poços freáticos e corpos d’água. 2.7.4 Filtro Aerado 2.7.4.1 Princípios de funcionamento Assim como no Filtro Anaeróbio, o Filtro Aerado possui material filtrante e há formação de biofilme. A matéria orgânica presente no tanque é degradada pelas bactérias presentes no biofilme. Entretanto, difere do filtro anaeróbio no que se refere à presença de oxigênio no interior do tanque. Por conseguinte, as reações que ocorrem em ambiente aeróbio são diferentes, seguindo os padrões do item 2.6.2 deste trabalho. Além de promover nitrificação, o filtro aeróbio atua removendo DBO. 2.7.4.2 Projeto do Filtro Aeróbio O dimensionamento do filtro aeróbio é normatizado pela NBR 13969 (ABNT, 1997). Os parâmetros utilizados para cálculo do volume do filtro e da vazão de ar necessária são o número de pessoas a serem atendidas e a contribuição de esgoto por pessoa em um dia. São os mesmos valores adotados no cálculo do Filtro Anaeróbio. 2.7.4.3 Eficiência O filtro aeróbio, quando precedido apenas de tanque séptico, possui provável remoção de DBO5,20 situada entre 60 e 95 % (NBR 13969, 1997). Os valores aqui mencionados referem-se a unidades dimensionadas de acordo com a NBR 13969 (1997), e variam conforme as condições de operação, como temperatura, manutenção, entre outros. 30 2.7.4.4 Operação e Manutenação Assim como no Filtro Anaeróbio, deve ser executada retrolavagem no filtro aerado. O intervalo entre limpezas varia de acordo com a contribuição de esgoto e com o material filtrante adotado. 2.7.4.5 Observações gerais Seguindo as recomendações encontradas na NBR 13969, deve-se estar atento a algumas informações: a) Prever a existência de um tubo guia, com diâmetro de 150 mm, que será utilizada para uma eventual retrolavagem no filtro; b) Pode-se utilizar brita nº 4 como material filtrante. Todavia, por ser um processo aerado, a formação de biofilme é mais acelerada, por conseguinte, a possibilidade de colmatação precoce também é maior. O ideal é a utilização de um material sintético que possua grande índice de vazios e grande área superficial. A grande área superficial irá possibilitar as reações entre a matéria passando pelo filtro e as bactérias aderidas ao meio suporte e o alto índice da vazios não deixará que ocorra colmatação em curto prazo; c) Distribuição do afluente no filtro será através de um único tubo com diâmetro de 100 mm, aplicando diretamente no fundo falso previsto no filtro; d) O filtro aeróbio deve ser construído de forma que possua resistência mecânica, química e seja impermeável e) Deve-se respeitar as distâncias mínimas de 1,5 metros de construções e limites de terrenos, 3 metros de árvores e pontos da rede pública e 15 metros de poços freáticos e corpos d’água. 2.7.5 Tanque de Sedimentação 2.7.5.1 Princípios de funcionamento Seu funcionamento é semelhante com o do Tanque Séptico. A sua função é promover a sedimentação de partículas sólidas, através da diferença de densidade e 31 utilizando-se de um tempo de detenção hidráulico, evitando com que estas estejam presente no efluente final. Grande parte destas partículas sólidas são provenientes do desprendimento de biofilme do Filtro Aerado, já que o processo aerado produz grande quantidade de bactérias. 2.7.5.2 Projeto do Tanque de Sedimentação O dimensionamento de tanques de sedimentação secundários, utilizados após filtros biológicos, ainda não é normatizado para pequenas contribuições de esgoto. Jordão e Pessôa (1995) indicam para dimensionamento de tanques de sedimentação secundários a taxa de 1/15 metros quadrados de área superficial para cada 1 metro cúbico de efluente lançado. Além deste, o autor sugere um tempo de detenção hidráulica da ordem de 2 horas. A NBR 12209 (ABNT, 1992) especifica para decantador final, uma taxa igual ou inferior a 36 m3 de efluente por m2 de área superficial. No entanto, a adoção de métodos de dimensionamento referente a grandes contribuições não promove resultados satisfatórios. Existe também a possibilidade de utilizar filtros do tipo bolsa ou do tipo cartucho, que podem ser uma ótima opção para pequenas vazões. Estes filtros retém materiais sólidos que por ventura tentem sair do tanque de decantação, em função de um regime turbulento dentro do tanque. 2.7.5.3 Operação e Manutenação Deve ser inspecionado mensalmente a quantidade de lodo existente no tanque. O estado do filtro tipo bolsa também deve ser verificado e se necessário, substituído. 2.7.5.4 Observações gerais Assim como nas unidades já citadas, o tanque de sedimentação deve possuir resistência mecânica, química e ser impermeável. As distâncias mínimas de 1,5 metros de construções e limites de terrenos, 3 metros de árvores e pontos da rede pública e 15 metros de poços freáticos e corpos d’água devem ser respeitadas. 32 2.7.6 Clorador O Clorador, ou Tanque de Desinfecção é um sistema de tratamento químico e terciário, com função de desinfecção do efluente das outras unidades. 2.7.6.1 Princípios de funcionamento Como o próprio nome sugere, o Tanque de Desinfecção tem como finalidade exterminar total ou parcialmente as bactérias e os demais organismos patogênicos presentes no esgoto tratado. Uma substância desinfetante – no caso, o Cloro – atua diretamente nestes patogênicos, penetrando em suas células e reagindo com suas enzimas, resultando na morte dos organismos. 2.7.6.2 Projeto do Clorador O principal parâmetro a se considerar no dimensionamento de um Tanque de Desinfecção é o tempo que o despejo ficará em contato com o material desinfetante. Enquanto maior o tempo de contato, maior será a concentração de cloro no efluente final. 2.7.6.3 Eficiênica A eficiência da desinfecção está relacionada com o tempo e com a concentração que o reagente se encontra. Enquanto maior o tempo e maior a concentração, maior será a eliminação de organismos patogênicos. Jordão e Pessoa (1995) sugerem uma dosagem de 1 a 5 ppm para efluentes de filtros após tratamento secundário. 2.7.6.4 Operação e manutenção A única manutenção a ser feita no tanque de desinfecção é a substituição ou reposição do elemento químico destinado a eliminar os organismos patogênicos. 33 2.7.6.5 Observações gerais O clorador deverá atender as mesmas disposições descritas no item 2.7.5.4. 2.7.7 Sumidouro O dimensionamento do Sumidouro é regulamentado pela NBR 13969 (ABNT, 1997). 2.7.7.1 Princípios de funcionamento O sumidouro utiliza a capacidade natural de infiltração do solo para absorver o efluente final do sistema de tratamento. Ele orienta o local da disposição final do despejo no solo. É recomendável em locais que o lençol freático possui boa distância em relação ao nível do terreno. 2.7.7.2 Projeto do Sumidouro No dimensionamento da unidade de disposição final de águas residuárias, é levado em consideração, de acordo com a NBR 13969 (ABNT, 1997), o número de pessoas, a contribuição de despejos e a taxa máxima de aplicação diária. Os dois primeiros são comuns a todas outras unidades já dimensionadas. A taxa máxima de aplicação diária deve ser determinada através de ensaio no local onde será implantado o sumidouro. A NBR 13969 (ABNT, 1997) regulamenta e dá suporte para a realização do ensaio. 2.7.7.3 Operação e manutenção A quantidade de matéria orgânica que chega no sumidouro é um dos fatores determinantes no intervalo de manutenção previsto para o sumidouro. Com o passar do tempo, a superfície do solo ao redor do sumidouro começa a colmatar, diminuindo a capacidade de infiltração do mesmo. Caso ocorra deficiência na unidade, o solo colmatado ao redor do sumidouro deverá ser removido. Se possível, a utilização de um outro sumidouro poderia evitar este tipo de colmatação. A simples exposição da 34 superfície do sumidouro ao ar, sem chegar matéria orgânica, vai recuperando a capacidade de infiltração do solo, através da eliminação do biofilme. 2.7.7.4 Observações gerais De acordo com as recomendações da NBR 13969 (ABNT, 1997) e exigências da Vigilância Sanitária, deverão ser seguidos: a) A altura mínima entre o fundo do sumidouro e o nível do aqüífero deve ser de 1,5 metros; b) Respeitar afastamento mínimo de 1,5 metro do sumidouro de construções, limites de terrenos e do próprio sistema de tratamento que o antecede, 3 metros e árvores e pontos da rede pública e 15 metros de poços freáticos e corpos d’água devem ser respeitadas; c) Utilizar ao redor do sumidouro uma camada de no mínimo 50 centímetros de brita (VIGILÂNCIA SANITÁRIA, 2003). 35 3. METODOLOGIA 3.1 Escolha do Sistema A escolha do sistema de tratamento levou em consideração as novas exigências da Vigilância Sanitária de Florianópolis na bacia da Lagoa da Conceição e a composição do esgoto a ser tratado – esgoto de origem exclusivamente doméstica. Conhecendo a composição dos esgotos domésticos e seus parâmetros (apresentados na revisão bibliográfica), iniciou-se a escolha dos processos de tratamento adequadas. Em virtude da quantidade de sólidos presentes nos despejos domésticos, considerou-se adequado iniciar o processo de tratamento com uma unidade que promova separação entre a parte sólida e a parte líquida. Adotou-se para tal o uso do tanque séptico, que além de promover a separação entre as partes líquida e sólida, atua como um bio-digestor, onde a matéria orgânica é degradada pelas bactérias presentes no próprio despejo. O tanque séptico também impede que a matéria graxa e demais matérias flutuantes ingressem na próxima etapa de tratamento. Visando uma melhor retenção de sólidos e maior eficiência na remoção de DBO solúvel, adotou-se o uso de um filtro anaeróbio de leito fixo, com fluxo ascendente. Como já se pretendia adotar uma unidade aeróbia a seguir, é de grande valia que esta etapa esteja presente no tratamento. O efluente do tanque séptico ainda está com grande quantidade de matéria orgânica biodegradável, que até poderia ser removida em um filtro aerado. Todavia, os gastos com injeção de oxigênio para remoção de matéria orgânica não é justificável, já que este processo pode ser realizado sem a presença de O2. Apesar do efluente das unidades acima já apresentar uma razoável eficiência no que diz respeito a DBO, ainda não ocorreu nitrificação no processo. A adoção de um sistema aeróbio é essencial para atender a condição. Neste estudo, achou-se adequado utilizar um filtro biológico com aeração forçada, através da injeção de ar no fundo do filtro imerso. Tal unidade tem como principal função efetuar nitrificação (conforme item 2.6.4), sendo que também auxilia na remoção de DBO ainda restante. 36 O processo aeróbio promove uma grande reprodução de bactérias, sendo que estas tendem a se desprender do material filtrante com o tempo. A partir disto surgiu a necessidade de se projetar um tanque que impeça que o biofilme desprendido do filtro ingresse no efluente final. Para solucionar este problema, adotou-se um tanque de sedimentação após o filtro aerado. Como polimento final do efluente utilizou-se o cloro para fazer a desinfecção. O nível do lençol freático definido neste caso hipotético foi de 3 metros abaixo do nível do terreno. Esta distância possibilitou a utilização de sumidouro, atendendo com folga a recomendação de no mínimo 1,5 metros de distância entre o fundo do sumidouro e o nível do aqüífero. 3.2 Tanque Séptico O dimensionamento do tanque séptico seguiu rigorosamente as disposições da NBR 7229 (ABNT, 1993). 3.2.1 Parâmetros de projeto a) Número de pessoas a serem atendidas: como a residência em questão possui 4 quartos, adotou-se um número teórico de pessoas igual a 8. b) Contribuição de despejos: sendo uma residência com área igual a 200 m2, adotou-se uma vazão de 130 litros por pessoa por dia, referente a uma residência de padrão médio. c) Período de detenção de despejos: por possuir uma contribuição menor que 1500 litros, adotou-se um período de detenção de 1 dia. d) Contribuição de lodo fresco: Conforme recomendação da norma para ocupantes permanentes, utilizou-se com sendo igual a 1 litro por pessoa por dia. 37 e) Taxa de acumulação de lodo: Neste caso, achou-se melhor adotar um intervalo de limpeza de 4 anos, prevenindo gastos com excesso de manutenção do sistema. A taxa de acumulação de lodo adotada é igual a 185 dias. 3.2.2 Dimensionamento Definidos todos os parâmetros acima apresentados, segue-se ao cálculo do volume útil do tanque séptico, através da expressão sugerida pela NBR 7229: V = 1000 + N (CxT + KxLf) (Eq. 2) Onde: - N representa o número de pessoas a serem atendidas; - C representa a contribuição diária de despejos (litros/pessoa.dia); - T representa o período de detenção de despejos (dias); - K representa a taxa de acumulação total de lodo fresco (dias); - Lf representa a contribuição de lodo fresco (litros/pessoa.dia). 3.3 Filtro Anaeróbio O dimensionamento do filtro anaeróbio seguiu as recomendações da NBR 13969 (ABNT, 1997). Foi levada em consideração também a normativa interna da vigilância sanitária de Florianópolis – localizada no Anexo B – que faz algumas considerações não presentes na NBR 13969 (ABNT, 1997). 3.3.1 Parâmetros de projeto a) Número de pessoas a serem atendidas e Contribuição de despejos: seguem os mesmos parâmetros indicados no tanque séptico, 8pessoas; 38 b) Período de detenção de despejos: Considerou-se que a temperatura média do mês mais frio está situada entre 15 e 25ºC. A contribuição diária de esgoto para o caso hipotético (8 pessoas e 130 litros/pessoa.dia) é de 1040 litros, o que resulta num período de detenção de 1 dia; 3.3.2 Dimensionamento Definidos todos os parâmetros, utilizou-se a expressão da NBR 13969 (ABNT, 1997) para calcular o volume do filtro anaeróbio: V = 1,6xNxCxT (Eq. 3) Onde: f) N representa o número de pessoas a serem atendidas; g) C representa a contribuição diária de despejos (litros/pessoa.dia); h) T representa o período de detenção de despejos (dias); As dimensões adotadas em projeto foram escolhidas de modo que a relação 2:1, imposta pela vigilância sanitária de Florianópolis, fosse atendida. 3.4 Filtro Aeróbio O dimensionamento do filtro aeróbio seguiu algumas das disposições da NBR 13969 (ABNT, 1997). 3.4.1 Parâmetros de projeto a) Número de pessoas a serem atendidas e Contribuição de despejos: seguem os mesmos parâmetros já utilizados no Tanque Séptico e no Filtro Anaeróbio (8 pessoas e 130 litros por pessoa por dia); 39 3.4.2 Dimensionamento Para o dimensionamento do filtro aeróbio, levou-se em consideração a normalização brasileira vigente (ABNT, 1997) e as necessidades no processo de tratamento. O filtro aeróbio normatizado pela NBR 13969 (ABNT, 1997) promove nitrificação e desnitrificação dos despejos passantes por ele. No entanto, apesar de possuir importância na estabilização dos efluentes finais dos despejos domésticos, a desnitrificação ainda não é exigida pelo órgão responsável pelo saneamento em Florianópolis, que exige apenas nitrificação. Neste trabalho, a atenção maior foi dada ao processo de nitrificação, e em virtude disto, o dimensionamento do filtro aeróbio não seguiu rigorosamente as disposições da normalização brasileira vigente. Definidos os parâmetros apresentados em 3.2.1, segue-se ao cálculo do volume útil do Filtro Aeróbio e da vazão de ar necessária através das equações 4 e 5, sugeridas pela NBR 13969 (ABNT, 1997): V = 400 + 0,25xNxC (Eq. 4) Qar = 30xNxC/1440 (Eq. 5) Onde: i) V representa o volume útil do Filtro Aeróbio; j) Qar representa o vazão de ar necessária para o Filtro Aeróbio; k) N representa o número de pessoas a serem atendidas; l) C representa a contribuição diária de despejos (litros/pessoa.dia). A norma ainda cita uma expressão para o cálculo da câmara de sedimentação. Ela considera que a câmara de sedimentação esteja construída na mesma câmara destinada à reação, interligadas no fundo, através de uma abertura. Contudo, neste trabalho decidiu-se adotar a câmara de sedimentação em uma câmara diferente do filtro aeróbio, evitando que possam ocorrer fluxos diferentes do esperado (fluxo direto para a câmara de sedimentação, sem passar pela câmara de reação). 40 3.5 Tanque de Sedimentação O dimensionamento do tanque de sedimentação foi feito em função dos coeficientes apresentados por Jordão e Pessôa (1995), apresentados na revisão bibliográfica. 3.5.1 Parâmetros de projeto a) Número de pessoas a serem atendidas e Contribuição de despejos: seguem os mesmos parâmetros já utilizados; b) Área superficial necessária: 1/15 m2 de área superficial por m3 de afluente, conforme sugerido por Jordão e Pessôa (1995) e dentro do estabelecido pela NBR 12209 (ABNT, 1992); c) Tempo de detenção hidráulico: 2 horas, indicado por Jordão e Pessôa (1995). 3.5.2 Dimensionamento Definidos todos os parâmetros acima apresentados, segue-se ao cálculo do volume útil do tanque de sedimentação, conforme as equações 6 e 7: Asup = T/(NxC) (Eq. 6) Vnec = NxC/n (Eq. 7) Onde: d) Asup representa a área superficial necessária para o tanque de sedimentação em m2; e) T representa a taxa de aplicação de esgoto, em m2 por 1 m3; f) N representa o número de pessoas a serem atendidas; g) C representa a contribuição diária de despejos, em m3; h) n representa o número de ciclos diários. Como o tempo de detenção adotado foi de 2 horas, obteve-se 12 ciclos diários (para efeito de dimensionamento, 41 considerou-se que a vazão de esgoto é constante ao longo do dia). Sabendo-se o volume e a área requeridos, acha-se a altura através da relação: h = Vnec/Asup (Eq. 8) Onde: i) h representa a altura do tanque (m); j) Vnec representa o volume necessário do tanque de sedimentação (m3); k) Asup representa a área superficial necessária para o tanque de sedimentação (m2). Por tratar-se de um tanque destinado a trabalhar com pequenas contribuições de esgoto, as suas dimensões finais de cálculo serão bem reduzidas, não atendendo o mínimo necessário para o funcionamento de um dispositivo de sedimentação. Por tal motivo, recomenda-se a utilização de um filtro do tipo “cartucho” ou do tipo “bolsa”, envolvendo o tubo de saída do tanque de sedimentação. 3.6 Clorador O dimensionamento do dispositivo de desinfecção (clorador) seguiu algumas recomendações da vigilância sanitária de Florianópolis, através de consulta prévia (VIGILÂNCIA SANITÁRIA, 2003). 3.6.1 Parâmetros de projeto a) Número de pessoas a serem atendidas e Contribuição de despejos: seguem os mesmos parâmetros já utilizados; b) Período de contato com cloro: Adotou-se um período de detenção de 30 minutos, o que promove um total de 48 ciclos em 24 horas, considerando-se que a vazão de esgoto seja constante ao longo do dia. 42 3.6.2 Dimensionamento Utilizou-se a equação 10 para o cálculo do volume útil do clorador, com os devidos parâmetros já apresentados: V = NxC/n (Eq. 10) Onde: c) V representa o volume útil necessário no clorador em litros; d) N representa o número de pessoas a serem atendidas; e) C representa a contribuição diária de despejos em litros/pessoa; f) n representa o número de ciclos. 3.7 Sumidouro O dimensionamento do sumidouro seguiu rigorosamente as disposições da NBR 13969 (ABNT, 1997). 3.7.1 Parâmetros de projeto a) Número de pessoas a serem atendidas e Contribuição de despejos: seguem os mesmos parâmetros já utilizados em todas as unidades; b) Taxa de aplicação superficial: Adotou-se, uma taxa de 0,070 m3/m2.dia, considerando-se que o terreno seja composto de um material arenoso com boa capacidade de infiltração. 3.7.2 Dimensionamento A partir dos parâmetros apresentados, acha-se a área superficial do sumidouro adotando a equação 11. 43 A=NxC/k (Eq. 11) Onde: - A é a área superficial necessária, em m2; - N representa o número de pessoas a serem atendidas; - C representa a contribuição diária de despejos, em litros/pessoa; - K é a taxa máxima de aplicação diária, em m3/m2.dia 44 4. RESULTADOS 4.1 Tanque Séptico Seguindo os padrões apresentados na metodologia, o volume útil necessário para o Tanque Séptico, de acordo com a eq. 2, é de 3520 litros. O volume adotado em projeto foi de 3640 litros, com as dimensões internas que seguem: c) Comprimento de 2,6 metros e largura de 1 metro, obedecendo uma relação comprimento/largura de 2,6:1 (situada entre 2:1 e 4:1, exigência da NBR 7229 (ABNT, 1993)); d) Altura útil de 1,4 metros (situada entre 1,2 e 2,2 metros, conforme prescrição da NBR 7229 (ABNT, 1993)). Os materiais empregados na construção do tanque séptico e de todas as outras unidades (exceto sumidouro) foram: e) Paredes de blocos de concreto, devidamente grauteadas e armadas; f) Base e tampa de laje maciça; g) Impermeabilização da base e das paredes através de cimento cristalizante ou outro material que garanta total impermeabilidade. As Figuras 1 e 2 mostram o resultado do dimensionamento em forma geométrica. A Figura 1 corresponde à planta baixa do tanque séptico e a figura 2 representa o Corte AA indicado na figura 1. Todas as Figuras presentes neste trabalho (exceto Figura 17) encontram-se em escala 1:25. 45 4.2 Filtro Anaeróbio O volume útil do Filtro Anaeróbio, para o caso apresentado, dimensionado conforme eq. 3, foi de 1664 litros, sendo adotado em projeto 1800 litros. O volume total interno abaixo do nível d’água ficou em 2400 litros. As dimensões internas são as que seguem: h) Comprimento, largura e altura úteis de 1,5 metros, 1,0 metro e 1,2 metros, respectivamente; i) Comprimento, largura e altura totais de 2,0 metros, 1,0 metro e 1,2 metros, respectivamente, obedecendo a relação 2:1 imposta pela vigilância sanitária. As figuras 3, 4, 5 e 6 mostram o resultado do dimensionamento, e correspondem respectivamente a Planta Baixa (Corte DD), Corte AA, Corte BB e Corte CC. 48 4.3 Filtro Aeróbio O volume útil do filtro aeróbio foi calculado a partir da eq. 4, apresentada na metodologia. O volume útil de cálculo para o caso hipotético foi de 660 litros, sendo utilizado um volume de 800 litros em projeto. O comprimento, largura e a altura (internos) adotados foram de 1,0, 1,0 e 0,8 metros, respectivamente. A vazão de ar de cálculo, conforme a eq. 5, foi de 21,7 litros por minuto. Adotou-se em projeto uma vazão de 32,5 litros por minuto. A diferença de 49,7% entre a vazão de cálculo e a vazão adotada foi em função da baixa disponibilidade de equipamentos de aeração contínua. O aerador especificado em projeto foi um Yasunaga modelo LP-60, 60 W de potência, operando 24 horas por dia. As Figuras 7, 8, 9 e 10 representam o resultado do dimensionamento. As Figuras 7 e 8 mostram plantas baixas (Corte BB e Corte CC), vistas em duas alturas diferentes. A Figura 9 demonstra o Corte AA do Filtro Aeróbio, além de indicar a posição dos corte BB e CC. Finalizando, a Figura 10 mostra o detalhe do fundo falso a ser utilizado no Filtro Aeróbio. 53 4.4 Tanque de Sedimentação A área superficial do tanque de sedimentação calculada, a partir da eq. 6, foi de 0,0693 m2. Auxiliando o processo de decantação, adotou-se uma relação comprimento/largura em torno de 3:1. As dimensões internas do fundo adotadas foram de 0,3 metros (largura) e 1,0 metro (comprimento) A partir das eqs. 7 e 8, calculou-se o volume e altura do Tanque de Sedimentação, chegando-se a um valor necessário de 0,087 m3 e 0,29 metros. Os valores adotados em projeto foram de 0,270 m3 e 0,90 metros, atendendo com folga as dimensões de cálculo e reservando parte do seu volume para armazenamento do lodo proveniente do Filtro Aeróbio. O detalhamento do Tanque de Sedimentação aparece nas figuras 11 e 12. A figura 11 mostra a planta baixa do Tanque, enquanto a Figura 12 representa o Corte AA indicado em planta baixa. 56 4.5 Clorador A partir da eq. 9, calculou-se o volume do clorador, resultando em um volume de 21,7 litros. O comprimento e a largura adotada em projeto foram de 0,3 metros. A altura útil adotada foi de 0,25 metros, chegando-se a um volume de 22,5 litros. Considerou-se viável utilizar o cloro sólido (pastilhas de cloro) para a desinfecção. As Figuras 13 e 14 apresentam detalhadamente o projeto do clorador e referem-se, respectivamente, à planta baixa e ao corte AA. 58 4.6 Sumidouro Determinou-se a área superficial do sumidouro através do uso da eq. 10, apresentada na metodologia. A área resultante de cálculo foi de 14,86 m2, sendo adotado 15,08 m2, obedecendo as disposições que seguem: a) Comprimento, largura e altura úteis de 3,3 metros, 2,0 metros e 0,8 metros, respectivamente; b) Os blocos utilizados na construção do sumidouro deverão possuir junta vertical com espaçamento de 2 centímetros, sem preenchimento; c) As dimensões úteis referentes à largura e comprimento do sumidouro são medidas pelo lado de fora da parede de blocos de concreto; d) Externamente à parede, na lateral, deverá ser prevista uma camada de brita com pelo menos 50 centímetros; e) No fundo, deverá ser prevista uma camada de brita com 50 centímetros; f) Utilizar manta permeável, do tipo bidin, entre a brita que reveste o sumidouro e o solo, com a finalidade de evitar que o solo venha a penetrar na camada de brita e diminuir a capacidade de infiltração. O projeto do sumidouro está apresentado na Figura 15 – planta baixa – e na Figura 16 – corte AA. 60 4.7 Implantação do Sistema Completo A posição das unidades no terreno não irá influenciar o processo de tratamento, desde que respeitado a seqüência correta e os níveis adequados. Neste item, é apresentada uma disposição possível das unidades. Algumas paredes podem ser comuns a 2 tanques, desde que se garanta resistência e impermeabilidade. Somente o sumidouro que deve estar a pelo menos 1,5 metros de distância de qualquer outra unidade. A figura 17 mostra o projeto proposto de implantação do sistema completo, abrangendo uma área total construída de 15,4 m2. A estação de tratamento proposta requereu largura de 4,78 metros e comprimento 7,74 metros, desconsiderando os afastamentos necessários. 63 5 CONCLUSÕES 5.1 Considerações Iniciais O sistema de tratamento de esgoto proposto refere-se a um caso imaginário: uma residência localizada na bacia da Lagoa da Conceição, com população teórica de 8 pessoas, em local não provido de rede coletora. O projeto apresentado está em conformidade com as exigências da Vigilância Sanitária de Florianópolis. Sistemas de tratamento de esgotos individuais de alta eficiência ainda são muito pouco difundidos no Brasil e no mundo. Fato este perfeitamente justificável devido ao alto custo de implantação e manutenção. O que é adotado em alguns países é a utilização de sistemas de tratamento de esgoto descentralizados, destinados a atender pequenas comunidades, como por exemplo, 500 pessoas. O custo unitário de tratamento de esgoto de uma estação de tratamento descentralizada pode ser maior do que o custo unitário de uma estação centralizada, contudo, se analisado os custos com transporte de esgoto até a estação, o sistema descentralizado pode ser mais vantajoso. Todavia, sistemas de alta eficiência projetados para contribuições muito pequenas (da ordem de 1000 litros por dia) sempre terão um custo por pessoa maior que grandes estações. 5.2 Análise dos Resultados Alguns aspectos positivos e negativos podem ser citados para o processo de tratamento empregado. Como aspectos negativos, pode-se citar o custo de implantação e manutenção do sistema proposto, quando comparados a sistemas simples compostos por Tanque Séptico seguido de Sumidouro. Além de gasto de energia com aeração forçada, deve ser efetuado um monitoramento mais rigoroso, principalmente no Tanque de Decantação – com eventual troca do filtro de bolsa – e no Clorador – substituindo as pastilhas de cloro. O correto seria contratar um profissional qualificado para monitorar o sistema. Como aspectos positivos, pode-se citar a alta eficiência do sistema de 65 tratamento, que irá lançar no solo uma carga muito pequena de poluentes se comparada à lançada por um sistema de tratamento composto por Tanque Séptico e Filtro Anaeróbio. A posição do sistema, todo ele abaixo do nível do terreno, também oferece grande vantagem. Por não entrar em contato com o ar atmosférico (exceto filtro aeróbio), não irá promover mau cheiro. Quanto ao filtro aerado, é sabido que o processo aeróbio, quando não há falta de O2, não produz odor de esgoto. Por estar enterrado, a transmissão de doenças também é de pouco risco. A utilização de outros processos de tratamento, como filtros com plantas, poderiam remover nitrogênio sem dispêndio de energia. No entanto, no caso do filtro com plantas, a possibilidade de afloração de despejos, proliferação de mosquitos e transmissão de doenças é muito superior, e requer que parte do terreno seja inutilizada para outros fins. Além do que o órgão responsável pelo saneamento em Florianópolis não aceita somente a adoção de filtros plantados precedidos por Tanque Séptico na bacia da Lagoa, a não ser que comprove eficiência através de laudo de instituição reconhecida (VIGILÂNCIA SANITÁRIA, 2003). 5.3 Considerações Finais A partir da revisão bibliográfica e da metodologia aplicada neste estudo, muito provavelmente o sistema sugerido irá obter sucesso no que se refere a atender as novas exigências impostas na bacia da Lagoa da Conceição. Entretanto, somente o monitoramento irá comprovar a eficácia do processo. Grande parte da Bacia da Lagoa da Conceição ainda não é atendida por rede pública de esgoto. Nestes locais, é essencial que se faça o uso de processos de degradação de esgotos eficientes, como o sugerido neste trabalho, tendo em vista a situação atual da referida Lagoa. 5.4 Sugestões para trabalhos futuros Dando continuidade e complementando este estudo realizado, alguns outros 66 trabalhos poderiam ser feitos, como os que seguem: a) Implantação e monitoramento de um sistema de tratamento de esgotos de acordo com o apresentado neste trabalho, a fim de comprovar o seu devido funcionamento; b) Dimensionamento de uma estação de tratamento de esgoto aplicável a condomínios e pequenas comunidades, possuindo remoção de poluentes similar a do sistema apresentado neste trabalho; c) Estudo de comparação de custos entre sistemas de tratamento de esgotos aplicável a uma residência e a uma comunidade, sendo sistemas equivalentes; 67 4 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7229: Projeto, construção e operação de sistemas de tanques sépticos. Rio de Janeiro, 1993 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 8160: Sistemas prediais de esgoto sanitário: Projeto e execução. Rio de Janeiro, 1999 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 12209: Projeto de estações de tratamento de esgoto sanitário. Rio de Janeiro, 1992 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 BELLI, P. F., LISBOA, H. M. Odor e desodorização de estações de tratamento de efluentes líquidos. In: Congresso Brasileiro de engenharia sanitária e ambiental, 20º, 1999. Anais... Rio de Janeiro, 1999 BRASIL. Seção Judiciária de Santa Catarina (6ª Vara de Florianópolis). Ação civil pública nº 2000.72.00.0044772-2. Requerente: Ministério Público Federal. Requeridos: Município de Florianópolis (SC), Fundação do Meio Ambiente – FATMA e Companhia Catarinense de Águas e Saneamento – CASAN. Florianópolis, 10 de janeiro de 2003. Santa Catarina, livro nº 207 nº 8249. CREDER, H. Instalações hidráulicas e sanitárias. 5. ed. Rio de Janeiro: LTC, 1991. GONÇALVES, F. B., SOUZA, A. P. Disposição oceânica de esgotos sanitários: história e prática.1. ed. Rio de Janeiro: ABES, 1997. 348 p. JORDÃO, E. P., PESSÔA, C. A. Tratamento de esgotos domésticos. 3. ed. Rio de Janeiro: ABES, 1995. 720 p. 68 MACINTYRE, A. J. Instalações hidráulicas prediais e industriais. 3. ed. Rio de Janiero: LTC, 1996. NETO, Cícero O. A. Sistemas simples para tratamento de esgotos sanitários: experiência brasileira. Rio de Janeiro: ABES, 1997. 301p. NETTO, J. M. A. et al. Sistemas de esgotos sanitários. 2. ed. São Paulo: CETESB, 1977. 467p. PAGANINI, W. S. Disposição de esgotos no solo: escoamento à superfície. São Paulo: AESABESP, 1997. 1ª edição. SILVA, S. A., MARA, D. D. Tratamento biológico de águas residuárias: lagoas de estabilização. 1. ed. Rio de Janeiro: ABES, 1979. 140 p. VIGILÂNCIA SANITÁRIA. Comunicação verbal obtida através de consultas realizadas entre janeiro e abril de 2003 na Vigilância Sanitária de Florianópolis. VON SPERLING, Marcos. Princípios básicos do tratamento de esgotos. Belo Horizonte: [s.n.], 1996. 211p. (Princípios do tratamento biológico de águas residuárias, v.2) 69 ANEXOS ANEXO A – Senteça da Ação Civil Pública nº 2000.72.004772-2 ANEXO B – Normativa Interna nº 001/2003 da vigilância sanitária de florianópolis PREFEITURA MUNICIPAL DE FLORIANÓPOLIS SECRETARIA MUNICIPAL DE SAÚDE DIVISÃO DE VIGILÂNCIA SANITÁRIA SETOR DE ANÁLISE DE PROJETOS NORMATIVA INTERNA N.º 001/2003. NORMATIZAÇÃO DOS PROCEDIMENTOS PARA A ANÁLISE DE PROJETOS Fica estabelecido como padronização de procedimento do Setor de Análise de Projeto o que está abaixo relacionado: 1. projeto Hidro Sanitário completo, assinados pelo Proprietário e Responsável Técnico, conforme art. 71 da Lei Municipal 4565/94. 2. Cálculo do sistema de tratamento de esgoto: a. Para edificação unifamiliar o padrão a ser utilizado como contribuição diária deverá ser de “padrão baixo ou médio até 80,00m2”; “padrão médio ou alto até 300,00m2” e “padrão alto acima de 300,00m2; b. Para edificação multifamiliar será padrão médio ou alto. 3. Detalhes da caixa de inspeção em escala igual ou inferior a 1 : 25 Î para edificação multifamiliar, mínimo de 60x60x60, conforme Norma Brasileira Registrada - NBR 8160/99. 4. Detalhes da caixa de gordura em escala igual ou inferior a 1 : 25 Î para edificação multifamiliar, mínimo de 60x60x60, com cálculos, conforme NBR 8160/99 5. Cálculos e detalhes do sistema de tratamento de esgoto em escala igual ou inferior a 1 : 25, da fossa séptica conforme NBR 7229/93 e tratamento complementar conforme NBR 13969/97. 6. Locação do sistema de tratamento de esgoto, conforme NBR 7229/93. 7. Caixa de inspeção no final das valas de infiltração, para melhor acompanhar o funcionamento das mesmas. 8. Filtro anaeróbio retangular, desta forma padronizou-se a relação comprimento/largura de 2:1, cumprindo as determinações de dimensões retangulares conforme a NBR 13.969/97. 9. Cálculos e detalhes da lixeira interna e externa com ralo e torneira, conforme art. 45 §2º e §3º do Decreto Estadual 24980/85 e Decreto Municipal nº 121/98. 10. No caso de ser utilizado contentores deverá ter a locação dos mesmos, com os devidos cálculos com Volume = População x 0,0115, quantidade e volume de cada contentor, conforme Decreto Municipal nº 121/98. 11. Detalhe da tampa do reservatório de água, conforme art. 34 do Decreto Estadual 24980/85. 12. Todo o esgoto afluente e as águas servidas devem ser lançados primeiramente na fossa, que tem a função de reter os sólidos, para depois seguir para o tratamento secundário. 13. Caso a opção de tratamento seja de fossa séptica a mesma será única por edificação unifamiliar ou multifamiliar. Na impossibilidade, 2 ou mais fossas iguais, com mesmo volume e dimensões, com caixa para distribuição do esgoto afluente. 14. Todo projeto deve ser apresentado, preferencialmente, em folhas de mesmo formato, (não será aceito projetos em A4). 15. Toda folha deve ter espaço para carimbos de aprovação acima do selo. 16. Toda edificação já existente e que não tenha projeto aprovado na Vigilância Sanitária de Florianópolis, devem dar entrada como Análise e Habite-se, sendo que todos os projetos devem ser aprovados neste setor. 17. Projetos carimbados pelo Departamento Autônomo de Saúde Pública – (DASP) ou Fundação de Amparo à Tecnologia e ao Meio Ambiente – (FATMA), serão aceitos como aprovados. 18. Projetos até 70,00 m2, devem apresentar projeto hidro sanitário completo. 19. Caixa retentora de areia, com Taxa de aplicação superficial – Tas = 0,8 m³/m² x h e Tempo de detenção – Td = 60 minutos, com relação comprimento/largura de 2:1, com detalhes. 20. Caixa retentora de óleos e graxas, com Tas = 1,8 m³/m² x h e Td = 20 minutos, com relação comprimento/largura de 2:1 e caixa de inspeção no final, com detalhes. 21. Memorial de cálculo e desenhos assinados pelo proprietário e Responsável Técnico. 22. Anotação de Responsabilidade Técnica - ART (a mesma deverá ser legível). Florianópolis, 02 de janeiro de 2003. Cláudio Soares da Silveira Chefe Divisão de Vigilância Sanitária