von sperling

8/9/2019 Von Sperling

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PRINCÍPIOS DO TRATAMENTO BIOLÓGICO

DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS

VOLUME I

2 Edição Revisad.i

Introdução à

5

qualidade das águas e

ao tratamento de esgotos

MARCOS VON SPERLING

Í C E F E T E S . B IB LIO TE CA

I r e g i s t r o n . ® —

| DATA: i — j

Belo Horizonte

Depar tam ento de Enge nhar ia Sanitár ia e Ambiental - DESA_

Universidade Federal de Minas Gerais - U F M G



Copyright© 1995,1996, by Marcos von Sperling

Este livro não pode ser reproduzido por qualquer meio

sem autor ização escr i ta do autor.

C apa , Editoração Eletrônica e Impressão: S E G R A C (031) 411-7077

Impresso no Brasil

I

a

ed ição (1995) - 1000 exemplares

T edição (1996) - 1000 exemplares

2" reimpressão (1998) - 1500 exemplares

F icha catalográf ica

von Sper l ing , Marcos

V945 i In trodução à qualidade dtis águas e ao tratamento de esgotos / Marcos

von Sperling. - 2. cd Helo

I

lo i i /on te : Depar tamen to de E ngenhar ia

Sanitár ia e Ambicnial;

1

Niivcrsídade Federal de Minas Gerais ; 1996.

.'•13 p (l'i iiu'i|iiii-. do liiilanicnlo bio lógico de águas residuárias; v. 1)

1. Aguas residuát ia • Trniainento b io lógico . I. Títu lo . II. Sér ie

CDU: 628.35.

ISBN: 85-7041-1 14-6

Apo io :

• D E S A - U F M G ( D e p a r t a m e n t o de Engenhar ia Sanitár ia e Ambiental da

• Universidade Federal de Minas Gerais)

• Projeto DESA/GTZ (Sociedade Alemã de Cooperação Técnica)

• CNPq (Conselho Nacional de Desenvolvimento Científ ico e Tecnológico)

Como solicitar o livro:

Marcos von Sper l ing

Depar tamento de Engenhar ia Sanitár ia e Ambiental - U F M G

Av. Conto rno 842 - 7 ° andar - 30110-060 - Belo Horizonte - M G

Brasil

Te l : ( 031 )238 -1880

Fax: (031) 238-1879



PREFÁCIO

Prefác io da Secunda Edição

É al tamen te grat i ficante observar que. poucos meses ap ós o lançamento, o Volume J

da p resen t e s é r i e j á pa r t e pa ra a s egun da ed i ção . N es t a opor t un i dade , f o r am i ncorpo-

r adas pequenas r ev i sões de d i g i t ação , bem como ac rescen t ados a l guns pa rágra fos ,

quadros e f i guras que compl ement am de t e rmi nado t óp i co que necess i t ava de ce r t a

expansão . Devi do ao cur t o i n t e rva l o en t r e a s duas ed i ções , não fo r am i nc l u í das

mo di f i caçõ es de cun ho ma i s e s t ru t u ra l. P e rmane ce , no en t an t o , o conv i t e aos co l egas

l e i t o r es pa ra encami nharem as suas suges t ões e coment á r i os , de fo rma a subs i d i a r

fu t u ras expansões e modi f i cações . Vol t o a r e i t e r a r os meus agradec i ment os a t odos

aque l es que , i ns t i t uc i ona l ment e e i nd i v i dua l ment e , con t r i bu í r am pa ra a consecução

d e s t a s e g u n d a e d i ç ã o , e s p e c i a l m e n t e o C N P q , D E S A - U F M G e G T Z .

Marcos vou Sporting

Maio cle 1996

Prefác io da Pr imeira Edição

É grande o desa f i o q u e sc apresen t a para os a tuais e os futuros engenhei ros

• an it a ri s ta s no Bras i l : há p r a t i cament e t u do as e f a z e r na á r ea de t r a t ament o de esgotos ,

1 ' f l ra que possamos vencer es t e inadiável desaf io, é necessá r i o q u e pro j e t emos e

( i pe remos es t ações de t r a t ament o de uma f o r m a e f i c i cn l e e econômi ca , po ss i b i l i t ando

I sus t en t ab i l i dade do empre end i m ent o e a sua expansão pa ra um número cada vez

m a i o r d e c o m u n i d a d e s e i ndús t r i a s . E s t e desa f i o , s em sombra de dúv i da , ex i ge a

i apac i t ação de um amp l o con t i ngen t e de p ro f i s s i ona i s .

A presente sér ie na área d e t r a t ament o b i o l óg i co de águas r e s i duá r i a s p r e t ende

s ot i i r ibui r nes te esforço de capaci tação, a começar dos a tuais es tudantes . É a e les que

•..lo ded icad os os l ivros co mp one ntes da sér ie . Por es ta razão, a grande ênfa se da sé r i e

r li.i ,ipresen t ação dc conce i t os e p r i nc í p i os , e s senc i a is pa ra o desem penh o consc i en t e

i l j t prof i ssão. A i n d a q u e os l i v ros t enham t ambém um ca rá t e r p r á t i co , r e f l e t i do n o

g u i n d e n ú m e r o d e exempl os de cá l cu l o , ev i t a - se a mensagem a t r avés de s i mpl es

" (Vt v i l a s de bo l o" . Não há , t ambém, uma p r e o c u p a ç ã o m a i o r c o m o d e t a l h a m e n t o



das unidades: para estes aspec tos, há ou t ro s livros, já c onsa g ra dos , a l é m de ca tá logos

de fa b r i c a n te s . A presente sé r ie e n foc a os proje tos ao n íve l de pré-dimensionamento ,

com o cá lculo apenas da s pr inc ipa is d imensões das un ida de s . D e f o r m a a tornar o

c on te údo ma i s a ss imi l á ve l , e v i tou -se apresentar um a p ro fu sã o de c i t a ç õe s bib l iográ-

f icas, c onc e n t ra ndo -se p r inc ipa lme n te nus te o r ia s e i n fo rm a ç õe s já consist idas, Ape-

sa r d o d i re c iona me n to expl íc i to ao públ ico estudant i l , e spe ra - se que os livros possa m

se r de u t i l idade t a mbé m a os p ro f i s s iona i s pra t icantes no meio .

A sér ie comple ta te rá os dois pr imeiros vo lume s de d ic a dos aos pr inc íp ios f u n d a -

me n ta i s . O s vo lume s subsequente?, serão orientados a t ravés dos p r inc ipa i s s i s t e ma s

de t ra tamento de e sgo tos : Iodos a t ivados, lagoas de estabi l ização, s is temas a na e ró -

b io s , s i s t e ma s a e rób ios co m biolili iu". e t ra tamento do lodo.

O p r ime i ro vo lume p roc u ra apivscnlar u m a visão in t e g ra da d e qua l idade das

á gua s , tanto a níve l dos c o rpos receptores, qua n to das carac te r ís t icas dos esgotos.

C o m o s u b s í d i o para a seleç.m do astenia de t ra tamento , são descr i tos os estudos

a mbie n ta i s q u e de ve m sei c\ei ti lados para se ava l ia r o impa c to dos lançamentos nos

c o rpos receptores. Km curai r i minidu lór io , são descr i tos os pr inc ipa is sis temas de

t ra t a me n to e suas va i ianir

•

<m|iii>:uln a e r i ié r ios técnicos e econômicos para a

se l e ç ã o da alternaii\

.1

1n.11

1

, adequada em cada si tuação em aná l ise .

P o r se tratai de uma serii

us hw tis pn .supuem

um a cont inuidade temát ica . No

entanto , p roc u rou

se

da i

um.i

* ei ia

milusi ihi

icacia cm cada v o l u m e , para reduz ir o

n ú m e r o de c onsu l t a s c ru / a da s a os deiitl l is volumes

A

presente sé r ie deve ser cucai

ada

apenas como uma contr ibuição, dentro de um

e s f o r ç o m a i s a mplo , que de ve se r a b ra ç a do por Iodos nós, de implanta r no nosso país

u m a in f ra e s t ru tu ra sani tá r ia qu e pe rmi t a a me lho r i a das c ond iç õe s ambienta is e da

qua l ida de de vida da nossa população.

F ina lme n te , gosta r ia de agradecer a todos aque les que contr ibuíram e que p ros -

s e g u e m c on t r ibu indo para a rea l ização desta sé r ie , A níve l individua l , um agradec i-

m e n t o a todos que se mo t iva ra m, j u n t a m e n t e c o m i g o , a dar forma e c on te údo aos

l ivros. A níve l inst i tuc iona l , às ent idades e agênc ias responsáve is pela viabi l ização

do e mpre e nd ime n to : D e pa r t a me n to de Enge nha r i a Sa n i t á r i a e A mbie n ta l da U F M G

( D E S A - U F M G ) , S o c i e d a d e A l e m ã de C o o p e r a ç ã o Técnica ( G T Z ) e C onse lho N a -

c iona l d e D e se nvo lv ime n to C ie n t í f i c o e Tecnológico (C N Pq) .

Marcos von Sperling

Julho de 1995



SUMÁRIO

E T F E S - B i b l i o t e c a

C A P Í T U L O 1

Noções d e q u al id ad e d as águ as

1. I N T R O D U Ç Ã O 1 1

2. A Á G U A NA NATU R EZA 12

2.1. Dist ribuiç ão da águ a na terra .' 12

2.2. Ciclo hidrol ógic o 13

3. A Á G U A E O H O M E M 15

3.1 . Usos da água , 15

Ciclo do uso da água 16

4. I M P U R E Z A S E N C O N T R A D A S N A Á G U A 17

4 .1 . Caracter ís t icas das impurezas 17

4.2. Sólido s present es na água 17

4.3. Orga nism os presentes na água 19

5. P A R Â M E T R O S D E Q U A L I D A D E D A Á G U A 2 2

5.1. Parâmetros f ís icos 23

5.2 . Parâmetros químicos 26

5.3 . Parâmetros bio lógicos 37

5.4 . Forma f ís ica representada pelos parâmetros de qualidade 37

5.5 . Uti l ização mais f requente dos parâmetros 39

6 . R E Q U I S I T O S E P A D R Õ E S D E Q U A L I D A D E D A Á G U A 4 0

6.1 . Requis i tos de qualidade 40

6.2. Pad rões de qualida de.. . . . 42

7. P O L U I Ç Ã O D A S Á G U A S 4 6

7.1 . Conce itos Básicos 46

7.2. Quan tif icação das cargas polu idoras 49



C A P Í T U L O 2

Característ icas i las águas res iduárias

1. C A R A C T E R I Z A Ç Ã O D A Q U A N T I D A D E D E E S G O T O S 5 1

1 .1 . Preliminares 51

1 .2 . Vazão dom éstica , 51

1.3. Vazão de infiltra ção 57

1.4. Vazão industrial 58

2 . C A R A C T E R I Z A Ç Ã O D A Q J A I I D A D E D O S E S G O T O S 5 9

2 .1 . Parâmet ro s de qualidade 59

2 .2 . Pr incipais característica' . da', .if u.i.s residuár ias 61

2 .3 . Pr incipais parâmet ro s 63

2.4 . R e lações dimensionar , en lie i arga e concentração 7 6

2.5 . Caracter ís t icas dou cigotoi domésticos 7 8

2.6. Característica*, do» ilr .prjo . industriais 81

2.7. E x e m p l o c

.i

i

.il

de

qinuililu

mi,

li

> ;ti|;.r. poluidoras 87

C A P I T U L O

Imp act o d o lan çam en t o d e i l lm i i lr s n os rm p os recep t ores

1 . POLUIÇ ÃO P O R M A T É R I A O R G Â N I C A E

A U T O D E P U R A Ç Ã O D O S C U R S O S D ' Á G U A 9 3

1.1. Introdução 9 3

1.2 . A spec to s eco lóg icos da autodepuração 94

1.3. O balanço do oxigênio d issolv ido 101

1.4. Cinética da desoxigena ção 108

1.5. Cinét ica da reaera ção 113

1.6 . Acurva de depleção do oxigênio d issolv ido 119

1.7 . Oblenção d os dados de entrada para o mo delo 123

——1.8. Formas d e contro le da poluição por matéria orgânica 131

1 .9 . Exe mplo de cálculo 133

2 . C O N T A M I N A Ç Ã O P O R M I C R O R G A N I S M O S P A T O G Ê N I CO S 141

2 .1 . In trodução 141

2.2. Padrões para coliformes em corpos d

á g u a 14 1

2 .3 . Cinética do decaimento bacter iano 142

2.4 . Contro le da contaminação por patogênicos 144

3 . E U T R O F I Z A Ç Ã O D O S C O R P O S D ' Á G U A 151

3.1 . Conceituação do fenôm eno 151



E T F E S -

B i

b l i o t e c a

3.2 . Problem as da eutrof izaçã o 154

3.3. Gra us de trofia 156

3.4. Dinâmica de lagos e reserva tórios 158

3 .5 . Nutr iente l imitante 158

3.6 . Es t imat iva da carga de fósforo af luente a um lago ou represa 159

3.7. Estimativa da concentração de fósforo no corpo d' á g u a 160

3.8 . Contro le da eutrof izaç ão 162

3 .9 . Exemplo da est imativa de fósforo em uma represa 166

C A P Í T U L O 4

Níve is , p roces sos e s is temas tle trutiimciilo

1. R E Q U I S I T O S D E Q U A L I D A D E DO EI 'I .UENT1Í 169

1.1. Preli min ares 169

1.2. Nív el do tratam ento 169

2.

O P E R A Ç Õ E S , P R O C E S S O S UNITÁR IOS

E S I S T E M A S D E T R A T A M E N T O .' 172

2.1. C lass i f icação dos métod os de tratamento 172

2.2. Operações , processos e s is temas de tratamento ( fase l íquida) 173

2 .3 . Operações, processos e s is temas dc tratamento do lodo ( fase sólida) 208

3 . A N Á L I S E E S E L E Ç Ã O D O P R O C E S S O D E T R A T A M E N T O 21 1

3.1. Critérios para a análise 211

3 .2 . Comparação entre os s is temas

f<

, 215

C A P Í T U L O 5

Estudos prel iminares para projetos

1. E S T U D O S P R E L I M I N A R E S 2 2 7

2 . E S T U D O S P O P U L A C I O N A I S 2 2 9

3 . PER ÍODO DE PR OJE TO E ETAPAS DE IMPL ANT AÇ Ã O 232

4 . P R É - D I M E N S I O N A M E N T O D A S A L T E R N A T IV A S 2 3 4

5 . E S T U D O E C O N Ô M I C O D A S A L T E R N A T IV A S 2 3 4

R E F E R Ê N C I A S B I B L I O G R Á F I C A S

239



CAPÍTULO 1

Noções dc qualidade das águas


1 . I N T R O D U Ç Ã O

Na ótica da Engenhar ia Ambien tal , o conceito de qualidade da água é mu i to mais

amplo do que a s imples caracter ização da água pela fórmula molecular IbO. Is to

porque a água, devido às suas propr iedades dc so lvente e li sua capac idade de

transpor tar par t ículas , incorpora a si d iversas impurezas , as quais def inem a qualidade

da água.

A qualidade da água é resultante de fenôm enos naturais e da atuação do h omem ,

De maneira geral , pode-se d ize r que a qualidade de uma determinada água é função

do uso e da ocupação do solo na bacia hidrográfica. Tal se dev e aos seguint es fatores:

• Con d ições n atu rais :

mesmo com a bacia h idrográf ica preservada nas suas condi-

ções naturais , a qualidade das águas subterrâneas é afetada pelo escoamento

superf icial e pela inf i l tração no solo , resultantes da precip itação atmosfér ica. O

impacto nas mesm as édep end ente do contato da água em escoamento ou inf i l tração

com as partículas, substâncias e impurezas no solo. Assim, a incorporação de

sólidos em suspensão (ex: par t ículas de solo) ou dissolvidos (cx: íons or iundos da

d is so lução de rochas) ocorreim esm o na condição e m que a bacia h idrográf ica es teja

to ta lmen te preservada em suas condições naturais (ex: ocupação do solo com matas

e f lorestas) . Neste caso , tem grande inf luência a cober tura e a compo sição do solo .

• In t er f erên c ia d o h omem:

a in ter ferência do homem, quer de uma forma concen-

trada, como na geração de despejos domésticos ou industr iais , quer de uma forma

dispersa, como na aplicação de defensivos agr ícolas no solo , contr ibui na introdu-

ção de compostos na água, afetando a sua qualidade. Portanto, a forma em que o

h o m e m usa e ocupa o solo tem uma implicação direta na qualidade da água.

A Figura 1.1 apresenta um exemplo de possíveis ín ler relnções entre o uso e

ocupação do solo e a geração de agentes al teradores da qualidade da água de rios e

lagos. O controle da qualidade da água está associado a um planejamento g lobal , a

nível de toda a bacia hidrográfica, e não individualmente, por agente alterador.

Em con t r apos ição à qualidade existente de um a determinada água, tem-se a

qualidade desejável para esta água. A qualidade desejável para uma determinada

água é função do seu uso previsto.

São diversos os usos previs tos para uma água, os

quais são listados no Item 3.1. E m resumo, tem-se:

Noções de qualidade das águas

I I



QUALIDADE DAS ÁGUAS E USO E OCUPAÇÃO DO SOLO NA BACIA HIDROGRÁFICA

F Í R . 1 .1 . Exem plo s dc i n l c iTc lu^ i i ocn tn . ' uso o o rupm, .»> < lu .< i ln > n ru i r - . i i l l c i a i l o rcs da qua l i dad e da água

• qualidade dc uma água existente:

fu nção do uso e da ocupaçã o do solo na bacia

hidrográf ica

• qualidade desejável para uma água:

função do uso previsto para a água.

Dentro do enfoq ue do presente texto , oestud o da qualidade da água é fundame ntal ,

tan to para se caracter izaras conseqüências de uma determinada at iv idade poluidora,

quanto para se es tabelecer os m eios para que se sat isfaça determinado uso da água.

Os capítu los in iciais abordam aspectos de quantidade de água e de qualidade da

água, uma vez que ambos estão extremam ente in ter relacionados. Não se pode analisar

um destes aspectos sem se avaliar o outro.

2.1. Distribuição da água na terra

A água é o consti tu in te inorgânico mais abundante na matér ia v iva: no homem,

mais de 60% do seu peso é constituído por água, e em certos animais aquáticos esta

porcentagem sobe a 98%. A água é fundamental para a manutenção da v ida, razão

pela qual é importante saber como ela se distribui no nosso planeta, e como ela circula

de um meio para o outro .

2 introdução à í/iialitliuli' das águas c ao tratamento de esgotos

2 . A A G U A N A N A T U R E Z A



O s

,36x 10

ls

m

1

de água d isponível exis tentes na Terra d is tr ibuem-se da seguinte

Forma:

- Água do mar: 97 ,0%

-Geleiras: 2 ,2%

- Agua doce: 0 ,8% água subterrânea: 97%

água superf icial : 3%

-TOTAL: 100 ,0%

Pode- se ver claramente que, da água d isponível , apenas 0 ,K'

í

pode ser utilizada

mais

facilmente para abastecimento público . Desta pequena f ração de 0 ,8%, apenas

3%

apresentam -se na forma de água superf icial , de extração m ais fácil . Esses valores

ressaltam

a

grande importância de sc preservar os recursos hídricos na Terra, c

de

se evitar a contaminação da pequena f ração mais facilmente d isponível .

2.2. Cic lo h id rológ ico

U m a vez v is to como a água se d is tr ibui em nosso p laneta, é impor tante também

o conhec imen to de como a água se movimenta de um meio para outro na Terra. A

essa circulação da água se dá o nome de ciclo hidrológico.

A Figura 2.1 apresenta o ciclo h idrológico de uma forma s implif icada. Nesse c iclo ,

d is l inguem-se os seguintes mecanismos de transferência da água:

• precipitação

• escoamento superficial

' E T . 3 . B i b l i o t e c a

• transpiração

a) Prec ip i t ação

A precip itação compreende toda a água que cai da atmosfera na superf ície da

ferra.

As pr incipais formas são: chuva, neve, granizo e orvalho. A precip itação é

fo rmada a partir dos seguintes estágios:

• resf r iamento do ar à p rox imidade da saturação

• condensação do vapor d ' agua na forma de gotículas

• aumen to do tamanho das gotículas porcoalisão e aderência até que este jam gra ndes

o suf iciente para f o r m a r a precip itação

b) Escoa men t o su p erf ic ia l

A precip itação que at inge a sup erfíc ie da Terra tem dois caminhos po r o n d e seguir:

escoar na superf íc ie ou infiltrar no solo. O escoam ento supe rf icial é responsável pelo

desloca men to da água sobre o so lo , formando córregos, lagos e r ios e ev entualm ente

Noções dc qualidade das agitas

13



CICLO HIDROLÓGICO

O

ter

(^PRECIPITAÇÃO

EVAPORAÇÃO

INFILTRAÇÃO

" ' « W C ; : ,

TRANSPIRAÇÃO

AGUA SUBTESIÍMM

F i g . 2 . 1 . C i c l o h i d r o l ó g i c o

atingindo o mar . A quantidade de água tpu- escoa depende dos seguintes fatores

pr incipais :

• in tensid ade da chuva

• capacidade de inf i l tração do solo

c) Inf i l tração

A inf i l tração corresponde à água que at inge o so lo , formando os lençóis d 'água .

A água subterrânea é grandemente responsável peia al imentação dos corpos d 'água

superf iciais , pr incipalmen te nos per íodos secos. Um solo cober to com ve getação (ou

seja, com menor impermeabil ização advinda, por exemplo , da urbanização) é capaz

de desempenhar melhor as seguintes impor tantes funções:

• menos escoamento superf icial (menos enchentes nos per íodos chuvosos)

• mais inf i l tração (maior al imentação dos rios nos per íodos secos)

• me nos carream ento de par t ículas do solo para os cursos d 'á gua

d ) Evap ot ran sp iração

A transferência da água para o meio atmosfér ico se dá através dos seguintes

pr incipais mecanismos, conjuntamente denominados de evapotranspiração:

• Evaporação', transferência da água superf icial do estado l íquido para o gasoso . A

evaporação depende da temperatura e da umidade relat iva do ar .

• Transpiração: as plantas retiram a água do solo pelas raízes. A água é transferida

para as fo lhas e então evapora. Esle meca nismo é importante, considerando-se que

1 4

introdução à /iialitliuli' d a s á gu as c a o t ra ta m en to d e e s go to s



e m u m a área cober ta com vegetação a superf ície de exposição das fo lhas para a

evaporação é bastante elevada.

3 . A Á G U A E O H O M E M

3.1. Usos da água

São os seguintes os principais usos da água:

• abastecimento doméstico

• abastecim ento industrial

• irrigação

• dessedentação de animais

• aquicultura

• preservação da flora e da fauna

• recreação e lazer

• harmonia paisagística

• geração de energia elétrica

• navegação

• diluição de despejos

1 les tes usos, o s quatro pr imeiros (aba ste cim en to doméstico, abastecimento indus-

h uil, irrigação epossivelmente dessedentação de animais) implicam na

retirada da

n|Miii

t ias coleções hídricas

onde se encontram. Os demais usos são desempenhados

ii.i própria coleção dc água.

li m termos gerais , apenas os dois pr imeiros usos (abastec imento doméstico e

iil><

istecimento industrial) estão f reque ntem ente associados a um t rat amen t o p rév io

• i

i água,

fa ce aos seus requis i tos de qualidade mais exigentes .

A interrelação entre o uso da água c a qualidade requer ida para a mesma é d ireta ,

ri .i lista de usos acima, pode-se considerar que o

uso mais nobre

seja representado

1«

li»

abastecim ento d e água domé stico , o qual requer a sat isfação de d iversos cr i tér ios

tii*

qualidade. D e forma oposta, o uso menos nobre é o da s imples d ilu ição de despejos ,

• i

qual não

possui nenhum requis i to especial em termos de qualidade. No entanto ,

• li - r sc lembrar que d iversos corpos d 'água têm usos múltiplos previstos para os

nu .mos,

decorrendo da í a necessidade da satisfação s imultânea de d iversos critérios

'I' qualidade. Tal é o caso , por exemplo , dc represas constru ídas com f inalidade de

iili.i .ii-L-imento d e água, geração de energia, recreação, ir r igação e outros.

Al)',uns dos usos da água permitem interpretaçõe s conflitantes com relação aos

Wtid objetiv os, A utilização de uma água para preservação da fauna c da flora possui

«uii. i dimensão bem ampla, e a caracterização específica dos seres que se pretende

jni *»i*i v .ir está sempre cercada de um cer to elemento de subjetiv idade. Esta subjetivi-

if>n li csiá associada ao arbítrio, por par te do homem , no sentido de quais espécies ele

fhn iV.v dc finalidade das águas

1 5



ju lga im portante sejam preservadas, e quais espécies cie considera não seja m im por-

tantes de ser preservadas. O mecanismo desse processo decisór io c , sem sombra de

dúvida, essencialmente polêmico.

3.2. Ciclo do uso da água

Além do ciclo da água no globo terrestre, existem ciclos internos, em que a água

perm anece na sua forma l íquida, mas tem as suas caracter ís t icas al teradas em vir tude

da sua utilização. A Figura 3.1 mostra um exemplo de um ciclo típico do uso da água.

Neste ciclo , a qualidade da água c al terada em cada etapa do seu percurso .

CICLO DO USO DA ÁGUA

REDE DE DISTRIBUIÇÃO

Fi f i . 3 .1 . C ic lo do uso da água

• Agua bruta.

Inicialmente, a água é retirada do rio, lago ou lençol

subterrâneo, possuindo uma determinada qualidade.

• Agua tratada.

Após a captação, a água sofre transforma ções durante o seu trata-

tamento para se adequai" aos usos previstos (ex: abastecimento público ou industrial).

• Agua usada (esgoto bruto).

Com a u ti l ização da água, a mesm a sofre novas

transform ações na sua qualidade, v indo a consti tu ir -se em um des pejo l íquido.

• Esgoto tratado. Visando remo ver os seus pr incipais poluentes , os despejos

sofrem um tratamento antes de serem lançados ao coipo receptor. O tratamento

dos esgotos c reponsável por uma nova alteração na qualidade do líquido.

• Corpo receptor. O ef luente do tratamento dos esgotos at inge o corpo

receptor , onde, face à d ilu ição e mecanismos de autodepuração, a qualidade

da água volta a sofrer novas mod if icações.

1 6

Introdução à qual idade das águas e ao tratamento de esgotos



E T F E S - B í b l l o t o r a

I • um papel fundame ntal da Engenhar ia Ambientai o gerenciamento deste ciclo,

inclu indo o p lanejamento , pro jeto , execução e contro le das obras necessár ias para a

manutenção da qualidade da água desejada em função dos seus d iversos usos. O

I ii i sente texto centra-se no aspecto do tratamento dos esgotos , embora , neste volume ,

M-|,I

analisado também o impacto do lançamento nos corpos receptores .

4 . I M P U R E Z A S E N C O N T R A D A S N A Á G U A

4. 1 . Caract er í s t icas d as imp u rezas

( )s d iversos comp onentes presentes na água, e que al teram o seu grau de pureza,

podem ser retratados, de uma maneira ampla e s implif icada, em termos das suas

11iracterísticas físicas, químicas e biológicas. Estas caracter ís t icas podem ser tradu-

zidas na forma de parâmetros de qualidade da água, os quais são abordados no Item

^ As pr incipais caracter ís t icas da água podem ser expressas com o:

• í 'aracterísticas físicas.

As impurezas enfoc adas do ponto de vis ta f ís ico estão

associadas, em sua maio r par te , aos só lidos presentes na água. Estes só lidos po dem

.ser em suspensão, coloidais ou dissolvidos, dependendo do seu tamanho.

• í

'aracterísticas químicas . As caracterís t icas química s de uma água podem ser

in terpretadas através de uma das duas classif icações: matér ia orgânica ou inorgâ-

nica.

• < 'aracterísticas biológicas. Os seres presentes na água podem ser vivos ou mortos .

I

lentre os seres vivos, tem-se os pertencentes aos reinos animai e vegetal, além dos

protistas.

A Figura 4 .1 apresenta de forma diagramática estas in ter relações. Os pr incipais

híp icos são explicados em maior deta lhe nos i tens seguintes . Antes de se proceder à

análise dos d iversos parâm etros de qualidade da água, apresenta-se uma in trodução

a dois tópicos de fundamental impor tância: (a) só lidos presentes na água e (b)

iHC.anismos presentes na água.

As caracter ís t icas específ icas das águas residuár ias encontram-se abordadas no

( ' iipftulo 2.

4.2. Sólidos presentes na água

lodos os contam inantes da água, com exceção dos gases d issolv idos, contr ibuem

pai

a

a carga de sólidos. Por esta razão, os sólidos são analisa dos separa dam ente , an tes

• 1 • sc apresentar os d iversos p arâmetros de qualidade da água. Sim plif icadam ente, os

fMilidos podem ser classificados de acordo com (a) as suas características físicas

i tamanho e es tado) ou (b) as suas caracter ís t icas químicas . Grande destaque é dado

m v. só lidos, em vár ios volumes desta sér ie , apresentando outras class if icações com-

plementares e mais aprofundadas.

A'i

^ ík

.v <la qualidade das águas

1 7



F i g . 4 . 1 . I m p u r e z a s c o n t i d a s n a á g u a ( a d a p t a d o d e Barnes et al , 1981)

• classificação pelas característica s físicas

- só lidos em suspensão

- só lidos colo idais

- só lidos d issolv idos

• classificação pelas caractcrístii n\ químicas

- só lidos orgânicos

- sólidos inorgânicos

a) Clas s i f i cação p or t aman h o

A divisão dos sólidos por tamanho é sobretudo uma divisão prática. Por conven-

ção, d iz-se que as par t ículas de menores d imensões, capazes de passar por um pape

de f i l t ro de tamanho especif icado correspondem aos sólidos dissolvidos, enquanto

q u e as de maiores d im ensões, ret idas pelo f i l t ro são consideradas sólidos em suspen-

são. A rigor, os termos sólidos fdtráveis e sólidos nã o filtráveis são mais adequados.

Numa faixa in termediár ia s i tuam-se os sólidos coloidais, d e grande importância no

tratamento da água, mas de dif íci l identif icação pelos métodos s implif icados de

filtração em pape l . N os resultados das análises de água, a maior par te dos sólidos

coloidais entra como sólidos dissolv idos, e o res tante como sólidos em suspensão,

A Figura 4 .2 mostra a dis tr ibuição das par t ículas segund o o tamanho . De maneira

geral , são considerados como sólidos d issolv idos aqueles com diâmetro infer ior a

IO"

3

| im, como sólidos colo idais aqueles com diâmetro entre IO'

3

e 10° (J.m, e como

sólidos em suspensão aqueles com diâmetro super ior a 10° | l m .

1 8

introdução à

/ i i a l i t l i u l i

d a s águas c ao tratamento de esgotos



DISTRIBUIÇÃO DOS SÓLIDOS

;

1

;

D

SSOLVIl

>OS c

VIRU

OLOIDA

;

1

F L O C Ò S BAC

visão a :

o lho nu ;

ÉRIAS

;

1

;

D

SSOLVIl

>OS c

VIRU

OLOIDA

;

1

f — r i - 1

i { |

i j

:

A L G Á S , P R O l b Z .

1

;

1

;

D

SSOLVIl

>OS c

VIRU

OLOIDA

1 i 1

BACTÉRIAS i

1 1

;

IS

j _

SUSPENSOS

(ex: sois.

notèrlo cjrgânica)

(

9x: oígile

>

1

-ó -5 -4 - 3 - 2 - 1 D I 2 3

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

TAM AN HO DAS PARTÍCULAS ( | l m )

I < (j. 4 .2 . C la ss i f i ca ção e d i s t r i b u i ç ã o d o s s ó l i d o s e m f u n ç ã o d o t a m a n h o

h) Class if icação pelas característ icas químicas

Ao se subme ter os só lidos a uma temperatura elevada (550°C) , a f ração orgânica

é volat i l izada, permanecendo'Spós combustão apenas a f raçã o inorgânica. Os sólidos

voláteis representam por tanto uma estimativa da matér ia

orgân ica

nos sólidos, ao

passo que os sólidos não voláteis (fixos) representam a matér ia

in orgân ica

ou

mineral .

4.3. Organismos presentes na água

A microbiologia é o ramo da b io logia que trata dos microrga nismos. Em termos

da avaliação da qualidade da água, os microrganismos assumem um papel de maior

importância dentre os seres v ivos, devido ã sua grande predominância em determi-

nados ambientes , à sua atuação nos processos de depuração dos despejos ou

à

sua

associação com as doenças l igadas à água.

Alguns grupos de microrganismos têm propr iedades cm comum com os vegetais ,

rnquanto outros possuem algumas caracter ís t icas de animais . Tradicionalmente, a

i liissificação dos seres vivos apresentava como os dois grandes reinos os Vegetais e

i iv

A n i m a i s ,

, tendo-se grupos de micro rgan ismos presentes em cada um a destas

grandes subdivisões .

Noções dc qualidade das agit as 1 9



Poster iormente, no entanto , os b ió logos adotaram uma div isão mais prática,

posicionando os microrganismos num reino separado, o dos

Prot istas .

A diferença

crucial entre os protistas e os demais (vegetais e animais) é o elevado nível de

diferenciação celu lar encontrado nos ú lt imos. Is to quer d izer que, num protis ta , as

célu las de um mesmo indivíduo são morfológica e funcionalmente s imilares , o que

reduz sobremaneira a sua capacidade de adaptação e desenvolvimento . Já em orga-

nismos com diferenciação celu lar ocorre uma div isão de trabalho. Nos organismos

super iores , as célu las d iferenciadas (mas geralmente de mesmo t ipo) , reúnem-se em

grupos maiores ou menores , denominados tecidos. Os tecidos, por su a vez, consti-

tuem os órgãos (ex: pulmão) , e estes formam os s is temas ou aparelhos (ex: s is tema

respiratório). O grau de d i f e r enc iação celular é, portanto, um indicativo do nível de

desenvo lv imen to de uma espécie. 0 Quadro 4. 1 apresenta as características básicas

dos reinos do mundo vivo.

M a i s recentemente, tem-se adotado uma nova proposta de classif icaçã o dos seres

vivos, englobando os seguintes reinos: (a ) monera (seres mais simples, sem núcleo

diferenciado, c o m o bnelci ias e i lanofícc as), (b) protista (seres s imples , mas com

núcleo diferenciado, com o algas , fungos c protozoár ios , (c ) vegetal e (d) animai

Quadro 4.1 Características básicas dus ir r. reinos du mundo vivo

Carac te r ís t i ca

Célula

Diferenciação celular

Fonte de energia

Clorofila

Movimento

Parede celular

Monerei / I ' rot lsN r.

Vage la i i i

An ima is

Un ice lu la i /m i i t l i co lu l tu Mu l t i ce lu la r Mu l t i ce lu la r

Inex i s ten te E levad a E leva da

L u z / m a t é r i a o r g â n j m a t é r i a i n o r g â n L u z M a t é r i a o r g â n i c a

Ausen te /p rese n te P resen te Ausente

Imóve is /m óve is Imóve is Móv e is

Ausen te /p rese n te P resen te Ausente

Observa-se, por tanto , que alguns grupos de protis tas apresentam caracter ís t icas

de p lantas , enquanto outros assemelham-se aos animais . Como comentado, a pr inci-

pal d iferença dos protis tas com relação aos demais é o n ível de d iferenciação celu lar ,

inexis tente nos pr imeiros .

Os microrganism os per tence m, de mane ira geral, ao reino dos protis tas . O Q uadro

4,2 apresenta uma descr ição sucin ta dos pr incipais microrganismos de in teresse

dentro da Engenhar ia Ambiental ,

2 0 introdução à


d a s águas c ao tr atam en to de e s go to s



Quadro 4 .2 Principais microrganismos de interesse

ETFES -B ib l io tec

M i c r o r g a n i s m o DftSCMçrln

- O r g a n i s m o s m o n e r a u n i c e l u l a r e s .

- A p r e s e n t a m - s e e m v á r i a s l o r m a s e t a m a n h o ;

- S â o o s p r i n c i p a i s r e s p o n s á v e i s p e t i e s t a b i l i z a ç ã o d a m a t é r i a o r g â n i c a .

- A l g u m a s b a c t é r i a s s ã o p , i k n | é n i . ; i- . . r . n j :,an< In | » in i : i | m lmen te d oe nç a s in tes t ina is .

Bactérias

- O r g a n i s m o s a u t o t r ó f i c o s , f o t o s s i n t e t i z a n ti . i i m l o n d o c l o r o f i la .

- I m p o r t a n t e s r i a p r o d u ç ã o d e o x i g ê n i o n i • • : n i u . i e e m a l g u n s p r o c e s s o s

d e t r a t a m e n t o d e e s g o t o s .

E m l a g o s e r e p r e s a s , p o d e m p r o l i f e i ar m u •< • • - e, ' m - i n d o u m a d e t e r i o r a ç ã o

d a q u a l i d a d e d a á g u a

Algas

- O r g a n i s m o s a e r ó b i o s , r n u l l i c e l u l a r e s , n â o f o t n . » In l ii t u I m l o r o t r ó f i c o s .

Fungos

- T a m b é m d e g r a n d e i m p o r t â n c i a n a d e c o m p o f l l ç a i » D. I I I I I I

I

I

V

M orgãniçsa.

- P o d e m c r e s c e r s m c o n d i ç õ e s d e b a i x o [ ' I I

Protozoários

Virus

Helmintos

• O r g a n i s m o s u n i c e l u l a r e s s e m p a r e d e c e l u l a i

- A m a i o r i a è a e r ó b i a o u f a c u l t a t i v a .

- A l i m e n t a m - s e d e b a c t é r i a s , a l g a s e o u t r o s m i c r o r u i i n i s n u r .

• S ã o e s s e n c i a i s n o t r a t a m e n t o b i o l ó g i c o p a r a a u i a n n t n i i . , . i " d r i e q u i l í b r i o e n t r e

o s d i v e r s o s g r u p o s .

- A l g u n s s ã o p a t o g ê n i c o s .

- O r g a n i s m o s p a r a s i t a s , f o r m a d o s p e l a a s s o e i a ç f i i i < li • m; i f< ir i . i i > j o f l é t i c o ( D N A o u

R N A ) e u m a c a r a p a ç a p r o t e i c a .

- Ca us am do en ç as e po de m s e r de d i f i c i l remoçi Ir > n o I r . i L i m u n t o d a á g u a o u d o

- A n i m a i s s u p e r i o r e s .

O v o s d e h e l m i n t o s p r e s e n t e s n o s e s g o t o s p o d e m <.. n r . : i i < f rw t t i ç as .

Fonls: Silva «• Mara (1979), Tchabanoglous

e

Schroeder (1985). Molcall & Eddy (1091)

Um resumo das pr incipais caracter ís t icas dos d iversos grupos componentes dos

reinos mon era e protisfa es tá apresentado no Quadro 4 ,3 ,

Quadro 4.3 Características básicas dos principais grupos

de

microrganismos

C a r a c t e r í s t i c a

M o n e r a

Pro t i s ta


B a c t é r i a s

A f q a s C i a n o f i c e a s A l g a s P i o t o z o á r i o s F u n g o s

Membrana nuclear

Fotossíntese

Movimento

A u s e n t e

M i n o r i a

A l g u m a s

A u s e n t e

M a i o r i a

A i g u m a s

P r e s e n t e

S i m

A l g u m a s

P r e s e n í e

N ã o

M ó v e i s

P r e s e n t e

N ã o

I m ó v e i s

Nota: adaptado de La Riviere (19&0)

Os microrganismos em que o núcleo das célu las encontra-se conf inado por uma

membrana celu lar (algas , pro tozoár ios e fungos) são denominados

eucariotas ,

ao

passo cjue os microrganismos que possuem o núcleo d isseminado

110

protoplasma

(algas cianof iceas e bactér ias) são denominados

procariotas .

De maneira geral , os

Noçoes de qualidade das águas

2 1



\n<", ci icar io tas apresentam um maior n ível de d iferenciação interna. Os vírus não

fo ram inclu ídos na classif icação acima po r possuírem caracter ís t icas to talmente

par t iculares .

Os pr incipais grupos de protis tas podem se r d iv id idos na seguinte classif icação

prática para o engenheiro ambiental , a qual não é necessar iamente f i logenética

(adaptado de B ranco , 1978):

• Bactérias

- patogênicas

- de v ida livre

. fo tossin tet izantes (u ti l izam a luz como fonte d e energia)

. quimiossin tet izantes (u ti l izam matér ia inorgânica c o m o fon te de energia)

. sap ró f i tas (decompositoras)

- co l i fo rmes ( a lgumas patogênicas , a maior ia de vida livre)

• Algas azuis (cianofíceas)

• Algas

- verdes

- vermelhas

- d iatomáceas

- f lagelados p igmentados

• Fungos

- f i lamentosos

- leveduras

• Protozoários

- amebas

- f lagelados não p igmentados

- ci l iados

5 . P A R Â M E T R O S D E Q U A L I D A D E D A Á G U A

A qualidade da água p o d e sei

1

representada através de diversos parâmetros , que

traduzem as suas pr incipais caracter ís t icas f ís icas , qu ímicas e bio lógicas . Os itens

seguintes descrevem os pr incipais parâmetros de forma sucin ta, apresentando o

conce i to do mesmo , a su a origem (natural ou antropogênica, isto é, causada pelo

h o m e m ) , a sua importância sanitár ia , a s ua utilização e a in terpretação dos resultados

de análise (compilado de Adad, 1972; von Sperling, 1983; Peavy et al , 1986;

Tchobanog lous & Schroeder, 1985; Richter e Netto, 1991; Vianna, 1992; ). Todos

esses parâmetros são de determ inação ro tineira em laboratórios de análise de água.

Os parâmet ro s abordados neste i tem podem ser de utilização geral, tanto para

caracter izar águas de abastecime nto , águas residuár ias , mananciais e corpos recepto-

res. E imp ortante es ta visão integrada da qua l idade da água, sem uma separação estrita

entre as suas d iversas aplicações. Dev ido a esta razão, apresenta-se neste texto a

2 2

introdução à


d a s águas c ao tr atam en to de e s go to s



descr ição de parâmetros que não são normalmente enfocados na l i teratura de trata

mento de esgotos . A caracter ização aprofundada da qualidade das águas residuár ias

encontra-se no Capítu lo 2 .

5.1. Parâmetros f ís icos

Cor

Con ce i t o:

R esponsáve l peia coloração na água

Forma do const ituinte responsável: Sólidos d issolv idos

Origem n at u ral :

- D e c o m p o s i ç ã o da matér ia orgânica (pr incipalmente vegetais - ácidos húmicos e

fú lv icos)

- Ferro e manganês

Origem an t rop ogên ica:

- Resíduos industr iais (ex: tinturarias, tecelagem, p rodução de papel)

- Esgo tos domésticos

Imp ort ân c ia:

- Or igem natural: não representa risco direto à saúde, mas consumido res podem

ques t ionar a sua conf iabil idade, e buscar águas de maior risco. Além disso , a

cloração da água con tendo a matér ia orgânica dissolv ida responsável pela co r pode

gerar produtos potencialmente cancer ígenos ( tr ihalometanos - ex: clorofórmio)

- Origem industr ial : pode ou não apresentar toxicidade

Util ização mais frequente do parâmetro:

- Caracter ização de águas de aba stecimento brutas e tratadas

Un id ad e:

uH (Unidade Hazen - padrão de plal ina-cobalto)

Interpretação dos resultados:

- Deve-se dis t inguir entre

cor aparente

e

cor verdadeira.

N o va lo r da cor aparente

pode estar inclu ída uma parcela devida à turbidez da água. Q u a n d o esta é r emov ida

por centr ifugação, obtém-se a cor verdadeira

- Em te rmos de tratamento e abastecimento público de água:

• va lo res de cor da água bruta infer iores a5 uH usua lmen te dispensam acoagu lação

química; valores super iores a 25 uH usualmente requerem a coagulação química

segu ida por filtração

• águas com cor elevada implicam em um mais delicado cu idado operacional no

tratamento da água

• ver Padrão dc Potabil idade

- E m termos de corpos d 'água

• ver Padrão para C orpos d 'Agua

Noções dc qualidade das agit as

2 3



Turb idez

C o n c e i t o : A turbidez represe nta o grau de interferência com a passage m da luz atravé s

da água, confer indo uma aparência turva à mesma

F o r m a d o c o n s t i t u i n t e r e s p o n s á v e l : Sólidos em suspensão

Origem natural:

- Partículas de rocha, argila e silte

- Algas e outros micro rgan ismos

O r i g e m an t rop ogên ica:

- D espejos domés ticos

- Despejos industr iais

- Micro rgan ismos

- Erosão

I m p o r t â n c i a :

- Or igem natural: não traz inconvenientes sanitários d iretos . Porém, é estet icamente

desagradável na água potável, e os só lidos em suspensão podem servir d e abr igo

para microrganismos patogênicos (d iminuindo a ef iciência da desinfecção )

- Or igem antropogênica: pode estar associada a compostos tóxicos e organismos

patogênicos

- Em corpos d 'ág ua: pode reduzir a penetração da luz, prejudicando a fo tossín tese

Util ização mais frequente do p arâmet ro:

- Caracter ização de águas de abastecimento brutas e tratadas

- Contro le da operação das estações de tratamento dc água

Un id ad e: uT (Un idade de Turbidez - unidade dc Jackson ou nefelométr ica)

In t erp ret ação d o s resultados:

- Em te rmos de tratamento e abastecimento público de água:

• numa água com turbidez igual a 10 uT, ligeira nebulosidade pode ser notada; com

turbidez igual a 500 uT, a água c praticamente opaca

• valores de turbidez da água bruta inferiores a 20 uT podem se r d ir ig idas direta-

men te para a f il tração lenta, d ispensando a coagulação quím ica; valores super iores

a 5 0 u T requerem um a etapa antes da filtração, que pode ser a coagulação química

ou um pré-f i l tro grosseiro

• ver Padrão de Potabil idade

- E m termos de corpos d 'água

• ver Pad rão para C orpos d 'Agua

Sabor e odor

C o n c e i t o : O sabor é a interação entre o gosto (salgado, doce, azedo e amargo) e o

odor (sensação o lfat iva) .

2 4

introdução à / i i a l i t l i u l i d a s águas c ao tr atam en to de e sgot os



| ' u rm;» do c o n s t i t u i n t e r e s p o n s á v e l : Sólidos em suspensão, só lidos d issolv idos,

(iases dissolvidos

<>i i j í tm na tu ra l:

• Matér ia orgânica em decomposição

Microrganismos (ex: algas)

• ( iases d issolv idos (ex: gás su lf ídr ico H;S)

<>rigem antropogciiica:

- Despejos domésticos


(iases d issolv idos (ex: HiS)

Importância:

Não representa r isco à saúde, mas consumidores podem questionar a s ua con f iab i -

l idade, e buscar águas de m aior r isco . Representa a maior causa de reclamações dos

consumido res

I i l il i za ç ã o m a i s f r e q u e n t e d o p a r â m e t r o :

- Caracter izaçã o de águas de abastecime nto brutas e tratadas

I Inidade:

Concentração l imite mínima detectável

lu lcrpretaçao dos resultados:

- Na in terpretação dos resultados, são importantes a identif icação o a v inculação com

a or igem do sabor e do odor

• Em termos de tratamento e abastecimento público de água:


Temperatura \

( 'onceito:

Medição da in tensidade de calor

Origem n at u ral :

Transferên cia de calor por radiação, condução e convecção (atm osfera e so lo)

Origem antropogcii ica:

Águas de torres de resf r iamento


Importância:

Elevações da temperatura aumentam a taxa das reações químicas e biológicas (na

faixa usual de temperatura)

Elevações da tempe ratura d iminue m a so lubil idade dos gases (ex: oxigênio d issol-

vido)

- Elevaçõ es da temperatura aum entam a taxa de transferência de gases (o que po de

gerar m au cheiro , no caso da l iberação de gases com odores desagradáveis)


Caracter ização de corpos d 'água

Caracter izaç ão de águas residuár ias brutas

Noções dc qualidade das ag it as 25



U n i d a d e :

°C


- Em te rmos de corpos d ' água :

• A temperatura deve ser analisada em conju nto com outros parâmetros , tais como

oxigênio d issolv ido

- Em termos de tratamento de águas residuár ias

• A temperatura deve proporcionar condições para as reações b ioquímicas de

remoção dos poluentes

• ver Padrão de Lançamen to de

Kl

Utentes

5 . 2. P a r â m e t r o s q u í m i c o s

PH

Con ce i t o:

Potencial h idmgoniônieo . Representa a concentração de íons h idrogênio

H

+

(em escala anti- Iogar i lmica) , dando uma indicação sobre a condição de acidez,

neutral idade ou alcalin idade da água. A faixa de pH é de 0 a 14.

F o r m a d« c o n s t i l i i i n lr responsável: Sólidos dissolvidos, gases dissolvidos

Origem n at u ral

- Disso lução dc rochas

- Abso rção de gases da atmosfera

- Ox idação da mnléria orgânica

- Fotossíntese

Origem «n l ropogênica:

- Despejos domésticos (oxidação da matér ia orgânica)

- Despejos industr iais (ex: lavagem ácida dc tanques)

Imp ort ân c ia:

- É importante em diversas etapas do tratamento da água (coagulação, desinfecção,

contro le da corrosiv idade, remoção da dureza)

- pH baixo: corrosiv idade e agressiv idade nas águas de abastecimento

- pH elevado: possib il idade de incrustações na s águas de abastecimento

- valores de pH afastados da neutral idade: podem afetar a vida aquática (ex: peixes)

e os microrganismos responsáveis pelo tratamento b io lógico dos esgotos


- Caracte r ização de águas de abastecimento brutas e tratadas

- Caracter ização de águas residuár ias brutas

- Contro le da operação de estações de tratamento de água (coagulação e grau de

incrustabil idade/corrosiv idade)

- Contro le da operação de estações de tratamento de esgotos (d igestão anaeróbia)

- Caracter ização de corpos d 'água

U n i d a d e : -

2 6

introdução à


d a s águas c ao t ra tam en to de e sgoto s




- Geral:

• pH < 7: condições ácidas í

• p H = 7: neutral idade

• p H > 7: condições básicas

- Em termos de tratamento e abastecimento público de água:

• d iferentes valores de pH estão associados a d iferentes faixas de atuação ó tim a de

coagulantes

• f r equen temen te o pH necessita se r corrigido antes e/ou depois da adição de

produtos químicos no tratamento

• ver Alcalin idade e Acidez


• valores de pH afastados da neutral idade tendem a afetar as laxas de crescimento

dos micro rgan ismos

• ver Padrão de Lançame n to de Ef luen tes

- Em termos de co rpos d ' água

• valores elevados de pH podem estar associados à proliferação de algas

• ver Padrão de Corpos d ' A g u a

Alca l in idade

Con ce i t o: Quan t idade de íons na água que reagirão para neutralizar os íons hidrogê-

nio. E uma medição da capacidade da água de neutralizar os ácidos (capacidade de

resistir às m u d a n ç a s de pH : capacidade tampão) . Os pr incipais consti tu in tes da

alcalin idade são os b icarbonatos (HC Oi ) , c ar bona to s (CO*

2

") e os hidróxidos (OH").

A distribuição entre as três formas na água é função do pi I .

Forma do const ituinte responsável:

Sólidos d issolv idos

Origem natural:

• Dissolução de rochas

- Reação do COj com a água ( C O 2 resultante da atmosfera ou da decomposição da

matér ia orgânica)




- Não tem signif icado sanitár io para a água potável , mas em elevadas concentraç ões

confere um gosto amargo para a água

- E uma determinação importante no contro le do tratamento de água, estando

relacionada com a coagulação, redução de dureza e p revenção da corrosão em

tubulações

- É uma determinação importante no tratamento de esgotos , quando há evidências

de que a redução do pH pode afetar os microrganismos respo nsáveis pela depuração

Noções dc qualidade das ag it a s

2 7



Uti l ização mais frequente do parâmetro:

- Caracterização de águas de abastecimento brutas e tratadas

- Caracterização de águas residuárias brutas

- Controle da operação de estações de tratamento de água (coagulação e grau de

incrustabi i idade/corrosividadc)

Unidade:

mg/ l d e C a C O i

Interpretação dos resultados

- E m termos de t ra tamento e abastecimento público de água

• a alcalinidade, o pH e o teor de gás carbônico estão interrelacionados

• pH > 9,4: hidróxidos e carbonatos

» pH entre 8,3 e 9,4: carbonatos e bicarbonatos

• pH entre 4,4 e 8,3: apenas bicarbonato

- Em termos de tratamen to de águas residuárias

• processos oxidativos (como a nitrilicnção) tendem a consumir alcalinidade, a qual,

caso atinja baixos teores, pode dar condições a valores reduzidos de pH, afe tando

a própria taxa dc cresc imento dos microrganismos responsáveis pela oxidação

Acidez

Conceito: Capacidade da água em resistir ; is mudanças de pH causadas pelas bases.

É devida principalmente à presença dc gás carbônico livre (pH entre 4, 5 e 8,2).

Forma do consti tuinte responsável: Sól idos dissolvidos e gases dissolvidos (COz,

H

2

S )

Origem natural:

- C O 2 absorvido da a tmosfera ou resultante da decomposição da matéria orgânica

- Gás sul f ídr ico

Origem antropogênica:

- Despejos industriais (ácidos minerais ou orgânicos)

- Passagem da água p or minas abandonadas, vazadouros de mineração e das borras

de minério

Importância:

- Tem pouco significado sanitário

- Á g u a s com acidez mineral são desagradáveis ao paladar, sendo recusadas

- Responsável pela corrosão dc tubulações e materiais

Uti l ização mais frequente do parâm etro:

- Caracter ização de águas de abastecimento (inclusive industriais) brutas e tratadas

Unidade: mg/l de CaCO.,


- Em termos de tra tamento e abastec imento públ ico de água

• o teor de C O 2 l ivre (diretamente associado â acidez), a alcalinidade e o pH estão

interre lac ionados

2 8

introdução à / i i a l i t l i u l i d a s águas c ao t ra tam en to de e s go to s



FTFFS- B ib l i o teca

• pl > 8 , 2 : C 0

2

l ivre ausente

• pH entre 4,5 e 8,2: acidez carbônica

• pll

< 4,5: acidez por ácidos minerais fortes (usualmente resultantes de despejos

industriais)

I

>u reza

t

'miceito:

Concentração de cá t ions mul t imetá l icos em solução. Os cá t ions mais

li

ri (uentemen te associad os à dureza são os cá tions di valentes C a

2+

e M g

2+

. Em

t litidições

de supersa turação, esses cá t ions reagem com ânions na água, formando

jTccipitados. A dureza pode ser c lassi f icada como dureza carbonato e dureza não

11it

bonato, dependendo do ânion com a qual cia está associada. A dureza correspon-

dente à alcalinidade é denom inada dureza carbonato, enquanto que as demais form as

«Ao caracterizadas como dureza não carbonato. A dureza carbon ato é sensível ao calor,

hicoipitando-se cm elevadas temperaturas.

I nrma do constituinte responsável: Sól idos dissolvidos

* Irigcm natural:

I

(issolução de minerais contendo cálcio c magnésio (ex: rochas calcáreas).

y »i

i gem antropogênica:

I

»espejos industriais

Importância:

N ão há evidências de que a dureza cause problemas sanitários, e alguns estudos

i ealizados em áreas com maior dureza indicaram uma menor i ncidência de do enças

cardíacas «

I m determinadas concentrações, causa um sabor desagradável e pode ter efeitos

laxativos

Reduz a formação de espuma, impl icando num maior consumo de sabão

i 'ausa incrustação nas tubulações de água quente, caldeiras e aquecedores (devido

,i maior precipitação nas temperaturas elevadas)

i l l l ização ma is freqüente do parâmetro:

( aracterização de águas de abastecimento (inclusive industriais) brutas e tratadas

Unidade: mg/ l CaCO?


- lim termos de tratamento e abastecimento público de água

• dureza < 50 mg/ l CaCOí: água mole

• dureza entre 50 e 150 mg/l CaCO.i: dureza moderada

• dureza entre 150 e 300 mg/l C a C O í : água dura

• d u re za > 3 0 0 m g /l C a C O á g u a mui to dura

Ni ji õvs de qualidade das águas

29



Ferro e manganês

Con ce i t o:

O ferro e o manganês estão presentes nas formas insolúveis (Fe

14

" e M n

< f

)

numa g rande quan t idade de tipos de solos. Na ausência de oxigênio d issolv ido (ex:

água subterrânea ou fundo de lagos), eles se apresentam na fo rma solúvel (Fe

2+

e

M n

2 +

) . Caso a água contendo as formas reduzidas seja exposta ao ar atmosfér ico (ex:

na torneira do consumidor) , o fer ro e o manganês voltam a se oxidar às suas fo rmas

insolúveis (F e

3 +

e M n

4 +

) , o que pode causar cor na água, além de manchar roupas

du ran te a lavagem.

Form a d o con s t i t u in t e resp on sáve l:

Sólidos em suspensão ou d issolv idos

Origem n at u ral :

- Dissolução de compos to s do solo



Imp ort ân c ia:

- Tem pouco s ignif icado sauilar io nas concen t r ações usualmente encontradas nas

águas naturais

- Em pequenas concentrações causam problemas de cor na água

- Em cer tas concentrações, podem causar sabor e odor (mas, nessas concentrações,

o consumidor já rejei tou a água, dev ido à cor)

Ut i l i zação m ais f req u en te d o p arâmet ro:

- C arac te r ização de águas de abas tec imen to brutas e tratadas

Un id ad e:

mg/l


- Em termos de tratamento e abastecimento público de água

• ver Pad rão de Potabil idade

- E m te rmos d o tratamento de águas residuárias:

• ver Pad rão de Lançamen to

- Em termos dos corpos d 'água

• ver Pad rão de C orpos d 'Água

Cloretos

Con ce i t o: Todas as águas naturais, em maior ou menor escala, contêm íons resultantes

da dissolução de minerais . Os cloretos (Cl") são advindos da dissolução de sais (ex:

cloreto de sódio) .

Form a d o co n s t i t u in t e resp on sáve l:

Sólidos d issolv idos

Origem natural;

- Disso lução de minerais

- In trusão de águas sal inas

3 0

introdução à

/ i i a li t l i u l i




3 a ^ ^ ^

o

C>

( )ngem antropogen ica:

Despe jos domést icos

- Desp ejos indust r ia is ^ •

>

- Águas util izadas em irrigação

Importância:

Hm determinadas concentrações im prime um sabor sa lgado à água

Utilização mais frequente do parâmetro:

(Caracterização de águas de abastecimento brutas

Unidade: mg/l

interpretação do s resultados:

lim

termos de tratamento e abastecimento público de água

• ver Padrão de Potabi l idade

l m termo s dos corpos d 'água

• ver Padrão de Corpos d 'Água

Nit rogênio

• unceito: Dentro do ciclo do nitrogênio na biosfera, este alterna se entre várias formas

f

CKtados

dc oxidação. No meio aquático, o nitrogênio pode ser encontrado nas seguintes

luiinas: (a ) ni t rogênio molecular (N2), escapando para a atmosfera, (b) nitrogênio

tirânico (dissolvido e em suspensão), (c) amónia, (d) niti ito (NO > ) c (c) nitrato (NO.O-

l (irmã do constituinte responsável: Sól idos em suspensão e sól idos dissolvidos

< >1 Igem natural:

t Constituinte de proteínas, clorofila e vários o utros compostos biológicos

' igem antro pogê nica:

I )cspejos domést icos

Despejos industriais

I xcrementos de animais

fertilizantes

importância:

1» nitrogênio na forma dc nitrato está associado a doenças c o m o a me tahemoglo-

Imit-mia (síndrome do bebê azul)

1>

ni t rogênio é um elemento indispensável para o crescimento de algas e, quando

ri» elevadas concentrações em lagos e represas, pode conduzir a um cresc imento

exagerado desses organismos (processo denominado

eutrofização)

< >

nitrogênio, nos processos bioquímicos de conversão da amónia a nitri to e deste

•1

nitrato, implica no consumo de oxigênio dissolvido do meio (o que pod e afe tar a

vidn

aquática)

II nitrogênio na forma de amónia l ivre é diretamente tóxico aos peixes

() ni t rogênio é um elemento indispensável para o cresc imento dos m icrorganismos

1.".pousáveis pelo tratamento de esgotos

f f t n 1 ir .» ilc qualidade das águas

3 1



( ) .

I >n ii

i -.MI. ill i ionversãodo nitrogênio têm implicações na operação das estações

tic

it ,it.iiin'iito

de esgotos

I in um

•

IH p i d água, a determinação da forma predominante do ni t rogênio pode

II ii iii

i i i iiifot mações sobre o estágio da poluição (poluição recente está associada

II • iiUri>)"'nio na form a orgânica o u de amónia , enquanto uma poluição mais remota

i -,i,i .i-.-.iu iüda ao ni t rogênio na forma de nitrato)

I i l l l / i iriU) mais frequente do parâmetro:

i .ii leri

/ação de águas de abastecimento brutas e tratadas

< ai ai H-rização de águas residu árias brutas e tratadas

<

ai

autorização de corpos d 'água

I »Idade:

mg/l

interpretação do s resultados:

Km termos de tratamento e abastecimento público de água

• ve r Padrão de Potabilidade (nitrato)

bu i termos de tratamento de águas residuárias

• é necessár io um adequado balanço C:N:P no esgoto para o desenvolvimento dos

microrganismos

• ver Padrão de Lançamento (amónia)

Km termos dos corpos d 'agua

• ver Padrão de Corpos d 'Agua (amónia e nitrato)

I ósforo

( ' (di re i to O fósforo na água apresenta-se pr incipalmente nas formas de ortofosfato,

polifosfato e fósforo orgânico. O s ortofosfatos são diretamente disponíveis pnra o

metabol ismo biológico sem necessidade de conversões a fo rmas mais simples. As

lornias e m q u e os

ortofosfatos

se apresen tam na água (POa'". HPO.r", H2PO.1", HiPO.j)

dependem do pH, sendo

a

mais comu m na faixa usual de pH

o

H P O 4

2

.

Os

poli fosfatos

sáo moléculas ma i s complexas com dois ou mais átomos de fósforo. O fósforo

orgânico é norma lmente d e menor importância.

rorina tio constituinte responsável: Sól idos em sus pensão e sól idos dissolvidos

(Ir isem natural:

- dissolução de comp ostos do solo

decomposição da matéria orgânica


- Despejos domést icos

- Despejos industriais

- Detergentes

- Excreme ntos de animais

- Ferti l izantes

3 2

introdução à


d a s á gu as c a o t ra ta m en to d e e sg ot os



Importância:

- O fósforo não apresenta problem as de ordem sanitár ia nas águas de abastecim ento

O fósforo é um elemento indispensável para o crescimento de algas e , quando em

elevadas concentrações em lagos e represas , pode conduzir a um crescimento

exagerado desses organismos (eutrof ização)

O fó s fo ro é u m nutriente essencial para o c resc imen to dos microrganismos respon-

sáveis pela es tabil ização da matér ia orgânica

Util ização mais frequente do parâmetro;

- Caracter izaçã o de águas residuár ias brutas e tratadas


Unidade: mg/l



• é necessár io um adequado balanço C:N:P no esgoto para o desenvolvimento dos

microrganismos

• em lançamentos a montante de represas com p rob lemas de eutrof ização, f requen -

temen te se limita o P total em 1,0 mg/1

Eni termos dos corpos d ' água

• os seguintes valores de P total podem ser utilizados c o m o indicativos ap rox ima-

dos do estado de eutrof ização de lagos (lagos tropicais provavelmente aceitam

concentrações super iores) : (a) P < 0 ,01-0 ,02 mg/1: não eutróf ico; (b ) P entre

0 ,01-0 ,02 e 0 ,05 mg/l : es tágio in termediár io ; (c ) P > 0 ,05 mg/l : eu tróf ico

• ver Padrão de Corpos d 'Agua

Oxigên io dissolv ido

( 'onceito;

O oxigênio d issolv ido (OD ) c de essencial impor tância para os organismo s

aeróbios (que v ivem na presença de oxigênio) . Durante a es tabil ização da matér ia

orgânica, as bactér ias fazem uso do oxigênio nos seus processos respiratór ios ,

podendo vir a causar um a redução da sua concentração no meio . Dependendo da

magnitude deste f e n ô m e n o , podem vir a morrer diversos seres aquáticos , inclusive

iis peixes . Caso o oxigênio seja to talmente consumido, tem-se as condições anaeró-

liitis (ausência de oxigênio) , com geração de maus odores ,

f orma d o con s t i t u in t e resp on sáve l :

G á s dissolv ido

< ír igem natural:

Dissolução do oxigênio atmosfér ico

Produção pelos organismos fo tossin tét icos

<

( r igem an t rop ogên ica:

In trodução de aeração artificial

Imp ort ân c ia:

O oxigênio d issolv ido é vital para os seres aquáticos aeróbios


3 3



- O oxigênio d issolv ido é o pr incipal parâmetro de caracter ização dos efeitos da

poluição das águas por despejos orgânicos

Ut i l i zação mais frequente t io parâmetro:

- Contro le operacional de estações de tratamento de esgotos

- C arac te r ização de corpos d ' água

Un id ad e:

mg/l



• é necessár io um teor mínimo de oxigênio dissolv ido { 1 mg/l) no s reatores dos

sis temas aeróbios

- Em te rmos dos corpos d ' água

• a so lubil idade do OD varia com alt i tude e temperatura. Ao nível do mar, na

tempera tu ra de 20°C, a concentração de saturação é igual a 9,2 mg/l

• valores de OD superiores à saturação são indicativos da presença de algas

(fo tossín tese)

• valores de O D bem infer iores a saturação são indicativos da presença de matéria

orgânica (provavelmente esgotos)

• com O D em torno de 4-5 mg/l morrem os peixes mais exigentes; com OD igual

a 2 mg/l todos os peixes estão mortos; ei uri

< >1 >

igual a 0 mg/l tem-se condiçõe s de

anaerobiose


Matér ia orgânica

Con ce i t o:

A matér ia orgânica presente nos corpos d 'água e nos esgotos é uma

caracter ís t ica de pr imordial impo r tância, sendo a causadora do pr incipal problema de

poluição das águas: o consumo do oxigênio d issolv ido pelos microrganismos nos

seus processos metabólicos de u ti l ização e estabil ização da matér ia orgânica. Os

pr incipais componentes orgânicos são os compostos de proteína, os carboidratos , a

gordura e os óleos, além da uréia, surfactantes, fenóis, pesticidas e outros em menor

quantidade. A matéria carbonácea d iv ide-se nas seguintes f rações: (a) não b iodegra-

dável (e m suspensão e dissolvida) e (b) b iodegradável (em suspensão e d issolv ida) .

Em te rmos práticos , usualmente não há necessidade de se caracter izar a matér ia

orgânica em termos de proteínas , gorduras , carboidratos etc . Ademais , hã uma grande

dif iculd ade na determinação laborator ial dos d iversos componen tes da matér ia orgâ-

nica nas águas residuár ias , face à mult ip l icidade de formas e compostos em que a

m e s m a pode se apresentar. E m assim sendo, u t i l izam-se no rmalmen te métodos

indiretos para a quantif icaç ão da matéria orgânica, ou do seu potencial poluidor. Nesta

linha, exis tem duas principais categorias: (a) Medição do consumo de oxigênio

(Demanda B ioqu ímica de Ox igên io - D B O ; Demanda Qu ímica de Ox igên io (DQO)

e (b) Medição do carbono orgânico (Carbono Orgânico Total - C OT) . A

D B O

é o

3 4

introdução à





|Mi.imetro tradicionalmente mais u ti l izado, e encontra-se analisado em maiores

itiMalhes cm vários outros itens do presente texto.

I orma do const ituinte responsável:

só lidos em suspensão e sólidos dissolv idos

<

) i igem natural:

Matér ia orgânica vegetal e animal

< )r igcm an t rop ogcn ica:

Despejos industriais


• A matér ia orgânica é responsável pelo consumo, pelos microrganismos decompo-

'.itores, do oxigênio dissolvido na água

» A DBO retrata, de uma forma indireta, o teor de matéria orgânica nos-esgotos ou

no corpo d 'água, sendo, por tanto , uma indicação do potencial do consumo do

oxigênio d issolv ido

A D B O é um parâmetro de fundamental impor tância na caracter ização do grau de

poluição de um corpo d 'água

i l i l ização mais frequente d« parâmetro:

( aracter ização de águas residuár ias brutas e tratadas

Caracter ização de corpos d 'água

Unidade: mg/l

lu lerpretação dos resultados:

lím termos de tratamento de águas residuár ias

• a D B O dos esgotos domésticos es tá em torno de 300 mg/l

• a D B O dos esgotos industr iais var ia amplamente, com o t ipo de processo

industrial

• a D B O ef lu ente do tratamento e fun ção do n ível e do processo de tratamento

• ver Padrão de Lançamen to

fi m

termos dos corpos d 'água

• ver Pad rão de Corpos d 'A g u a

Micropoluentes inorgânicos

t 'nnceito : Um a grande par te dos microp oluentes inorgânicos são tóxicos. Entre es tes ,

leni especial destaque os metais pesados. Entre os metais pesados que se d issolvem

n.i água incluem-se o arsénio, cádmio, cromo', chumbo, mercúrio e prata. Vários

«testes metais se concentram na cadeia alimentar, resultando num grande perigo para

os organismos s i tuados nos degraus super iores . Felizmente as concentrações dos

melais tóxicos nos ambientes aquáticos naturais são bem pe quenas. Além dos metais

pesados, há outros micropoluentes inorgânicos de importância em termos de saúde

I

n íb lica, com o os cianetos , o flúor e outros.

• orma do const ituinte responsável: só lidos em suspensão e só lidos d issolv idos

I lespejos d omésticos

Nações de qualidade das ág uas

3 5



Origem natural:

- A origem natural c de menor imp ortância


- Despejos industriais

- At ividades mineradoras

- At ividades de gar impo

- Agricul tura

Importância:

- Os metais pesados são tóxicos para os habitantes dos ambientes aquáticos e para

os consumidores da água

Uti l ização mais frequente do parâmetro:

- Caracter ização de águas de abastecimento brutas e tratadas

- Cara cterização de águas rcsiduãrias brutas e tratadas


Unidade: pg/l ou mg/l


- Em termos de tratamento e abastecimento público de água

• ver Padrão de Potabilidade

- Em termos de tratamento águas residuárias

• ver Padrão de Lançamento

- Em termos dos corpos d 'água


Micropoluentes orgânicos

Conceito: Alguns materiais orgânicos são resistentes à degradação biológica, não

integrando os ciclos biogeocpiímicos, e acumulando-se em determinado ponto do

ciclo (interrompido). Entre estes, destacam-se os defensivos agrícolas, alguns t ipos

de detergentes (ABS, com estrutura molecular fechada) c um grande número de

produtos químicos. Uma grande parte destes compostos, mesmo em reduzidas

concentrações, está associada a problemas de toxicidade.

Forma do consti tuinte responsável: sólidos dissolvidos

Origem natural:

- Vegetais com madeira (tanino, lignina, celulose, fenóis)


- Despejos indust r ia is

- Detergentes

- Processam ento e ref inamento do pet róleo

- Defensivos agrícolas

Importância:

- Os compo stos orgânicos incluídos nesta categoria não são biodegra dáveis

3 6

introdução à / i i a li t l i u l i d a s águas c ao tratamento de esgotos



- Uma grande par te destes compostos são tóxicos

(Hil ização mais frequente do parâmetro:

i ' aracter ização de águas d e abastecimento brutas e tratadas

< 'aracterização de águas residuárias brutas e tratadas

( 'aracter ização de corpos d 'água

1 iiidade; frg/1 ou mg/l


l m termos de tratamento e abastecimento público de água


l m termos de tratamento de águas residuár ias

• ver Padrão de Lançamen to

h m termos dos corpos d 'água

• ver Padrão de Corpos d'Agua

5.3. Parâmetros biológicos

A relação dos microrganismos de in teresse na Engenhar ia Ambiental es tá apre-

sentada no Quadro 4 .2 . Os micro rgan ismos desempenham diversas funções de

lundamental impor tância, pr incipalmente as relacionadas com a transformação da

matéria dentro dos ciclos b iogeoquímicos. Um outro aspecto de grande relevância

I IH termos da qualidad e b io lógica da água é o relat ivo à possib il idade da transmissão

• Ir doenç as. O Quadro 5 .1 apresenta as pr incipais doenças relacionadas com a água.

A de te rminação da potencial idade de uma água transmitir doenças pode ser

• li-tuada de fo rma indireta, através dos organismos indicadores de contaminação

fecal,

p er tencentes pr incipalme nte ao grupo de

co l i f ormes .

O s co l i fo rmes encon t r am-

se descr i tos no Item 2.3.6 do Capítu lo 2.

Ou t ro s parâmetros b io lógicos dc in teresse são aos associados ao tratamento de

r \ j 'Otos . Os aspectos relacionados a es te i tem estão abordados em outro volume da

•.ei ie, no Capítu lo "Pr incíp ios do tratamento b io lógico".

5.4. Forma f ís ica representada pelos parâmetros dc qualidade

li impor tan te o conhec imen to da forma , em termos de sólidos ou gases, represen-

Ifida pelo s diversos parâmet ro s d e qualidade da água. Nos processos de tratamento ,

Ott só lidos em suspensão são removidos por operações e processos unitár ios d iferentes

• los u ti l izados para a remoção dos só lidos d issolv idos e também , naturalm ente, dos

rases d issolv idos. O Quadro 5 .2 apresenta a caracter ização, em termos de forma

Msica, dos principais parâmetros de qualidade.


3 7



Qu ad ro 5.1 Principais doenças associadas com a água

Ooençti

A g e n t e C a u s a l

S i n t o m a s

nifciinioiM h.uai.H

CAIara

I nptonplroso

'

inlmorwlose

I

obro lifóide

I i l M i n l e i i a a m e b i a n a

G l w d l a s e

I I c p u l i t e i n f e c c i o s a

( i . i s l r o e n t e r i t e

I ' n . i l i s ia in fan t i l

Ingestão de Água Contaminada

B a c t é r i a (Shigel la dysenler iae)

B a c t é r i a (Vibr io cholerae)

B a c t é r i a (L e p t o s p i r a )

B a c t é r i a (S a l m o n e l l a )

B a c t é r i a (S almone l la t yp h i )

P r o t o z o á r i o ( E n t a m o e b a

histolytica)

P r o t o z o á r i o (Giardia lamblia)

V i rus (v i rus da hepa t i te A )

V i r u s ( e n t e r o v ir u s , p a r v o v i r u s ,

r o t a v i r u s )

V i r u s

(P o l i o m i e l i t e s vi ru s)

F o r t e d i a r r é i a

D i a r r é i a e x t r e m a m e n t e f o r t e ,

d e s i d r a t a ç ã o , a l t a t a x a d e m o r t a l i d a d e

Ic te r íc ia , feb re

F e b r e , n á u s e a , d i a r r é i a

F e b r e e l e v a d a , d i a r r é i a , u l c e r a ç ã o d o

i n t e s t i n o d e l g a d o

D i a r r é ia p r o l o n g a d a , c o m s a n g r a m e n t o ,

a b s c e s s o s n o f í g a d o e i n t e s t i n o f i n o

D i a r r é i a l e v e a f o r t e , n á u s e a , i n d i g e s t ã o ,

f l a t u l ê n c i a

Ic te r íc ia , feb re

D ia r ré ia lev e a fo r te

Pa ra l i s ia

Contato com Água Contaminada

I sciibiose

Fracoma

S a r n a (

S arcop t es scab ie i )

C l a m í d e a

(Chlamydia tracomatis)

Ú l c e r a s n a p e l e

I n f l a m a ç ã o d o s o l h o s , c e g u e i r a

c o m p l e t a o u p a r c i a l

Verminoses. tendo a Água como um Estágio no Ciclo

I ••> i m M o s s o m o s e

H e l m i n t o

(Schistosoma)

D i a r r é i a , a u m e n t o d o b a ç o e d o f í g a d o ,

h e m o r r a g i a s

Transmissão através de Insetos, tendo a Água como Meio de Procriação

M.iliiini

I ob ru am c i ro la

I )engue

F i la r ios e

P r o t o z o á r i o (Plasmodium)

Ví rus ( f l a v iv í rus )

V i rus ( f l a v iv í rus )

H e l m i n t o

(

W uch erer ia bancro f t i )

F e b r e , s u o r , c a l a f r i o s , g r a v i d a d e v a r i á v e l

c o m o t i p o d e

Plasmodium

F e b r e , d o r d e c a b e ç a , p r o s t r a ç ã o ,

n á u s e a , v ô m i t o s

F e b r e , f o r t e d o r d e c a b e ç a , d o r e s n a s

j u n t a s e m ú s c u l o s , e r u p ç õ e s

O b s t r u ç ã o d e v a s o s , d e f o r m a ç ã o d e

t e c i d o s

Fontos: Benenson (1985). Tchobanoglous e Schroeder (1985)

3 8

introdução à /i i a l i t l i u l i ' d a s águas c ao tratamento de esgotos



(Juwlro 5 .2 F o r m a física preponderan t e represen t ada pe los parâmet ros de qua l i dade

Parâme tro

Só l idos em Só l idos Gases

Caracte r ís t i ca

Parâme tro

s u s p e n s ã o d isso lv idos d isso lv idos

Cor

X

fuiAmelros físicos Turb idez

X

Sabor e odo r X X X

p H X X

Alca l in idade

X

A c i d e z

X X

Dureza

X

Fer ro e man ganês X

X

fnr

/lmelros químicos

Clo re tos X

fnr

/lmelros químicos

Ni t rogên io X

X

Fósforo X

X

Oxigên io d isso lv ido X

Ma té r ia o rgân ica

X

X

Meta is pesados

X

X

Micíopo luen tes o rgân icos

X

O r g a n i s m o s i n d i c a d o r e s

X

1

'tiiAmetros biológicos Algas

X

Bacté r ias X

5.5, Ut i l ização mais frequente dos parâmetros

Ao se so lici tar uma análise de água, deve-se selecionar os parâmetros a serem

investigados pela análise. O Quadro 5 .3 apresenta uma relação da associação mais

lu 'quente entre parâm etros e tópico a ser es tudado.

A

lista inclui apenas os parâmetros

11Lás usuais, e deve-se lembrar que o conhecimento das particularidades de cada

m

luação é que deve def in ir os parâmetros a serem inclu ídos na análise. As pr incipa is

niilizações são:

caracter ização de águas para abastecimento

• águas superficiais (brutas e tratadas)

• águas subterrâneas (brutas e tratadas)

• caracterização de águas residuárias (brutas e tratadas)

- caracter ização ambiental de corpos d 'água receptores ( r ios e lagos)


3 9



(Juml i

i>

* l 'i im ipnis parâm etros a serem inve st igados num a anál ise de água

A g u a s p a r a a b a s t e c i m e n t o

Á g u a s

r e s i d u á r i a s

C o r p o s

r e c e p t o r e s

qlÉiflr,

Nul Ii HS

P a r â m e t r o

Á g u a

s u p e r f i c i a l

Á g u a

s u b t e r r â n e a

B r u t a T ra tada R io Lago

B r u t a T r a t a d a B r u t a T r a t a d a

L a g o

Cor .

I-HT IIIIM

I

IM

'. Tu rb ic fez

S a b o r e o d o r

T e m p e r a t u r a

X

(D

X

X

X

P H

A l c a l i n i d a d e

A c i d e z

D u r e z a

F e r r o e m a n g a n ê s

C io re tos

I' . ii .I n ie t ros N i t r o g ê n i o

q u í m i c o s F ó s f o r o

O x i g ê n i o d i s s o l v i d o

M a t é r i a o r g â n i c a

M í c r o p o l . i n o r g .

( d i v e r s o s ) '

3

'

M i c r o p o l . o r g â n .

( d i v e r s o s p

}

,(2>

I ' u n l m e t r o s

b l o l i g l o o s

O r g a n i s m o s

i n d i c a d o r e s

A l g a s ( d i v e r s a s )

B a c t é r i a s d e c a m p ,

( d i v e r s a s )

X

y

( 2 >

J2>

Nolnn

( t ) f ,iu ..ida po r F e e Mn

C ) [ )iimri|o o tra tamento, para contro le do processo

í Jiivíim r.or analisados aqueles q ue possuírem algu ma justiticaliva. devido ao uso e ocup ação d o solo na bacia hidrográ fica

6 . R E Q U I S I T O S E P A D R Õ E S D E Q U A L I D A D E D A Á G U A

<i.

L Requis itos de qualidade

<

'o rno comentado,

os requisitos de qualidade de uma água são função de seus

usos previstos.

O Quadro 6 .1 apresenta, de forma s implif icada, a associação entre os

pr incipais requis i tos de qualidade e os correspondentes usos da água. Nos casos de

corpos d 'água com usos múlt ip los , a qualidade da água deve atender aos requis i tos

dos diversos usos previstos.

4 0

introdução à


d a s águas c ao t ra tam en to de e sgoto s



( .h ladro 6 .1

A ssoc iação en t r e os usos da água e os r equi s i tos d e q u a l i d a d e

Uso Gera l Uso Espec i f i co Q u a l i d a d e R e q u e r i d a

- I sen ta de subs tânc ias qu ímicas p re jud i c ia i s à s a ú d e

• I sen ta de o rgan ismos p re jud i c ia i s á saúde

- A d e q u a d a p a r a s e r v i ç o s d o m é s t i c o s

- Ba ixa agress i v idade e dureza

- Es te t i camente agradáve l (ba i xa tu rb idez , cor ,

s a b o r e odor ; ausênc ia d e m a c r o r g a n i s m o s )

A b a s t e c i m e n t o

Indus t r i a l

Á g u a é i n c o r p o r a d a a o p r o d u t o

(ex : a l imento , beb idas ,

r e m é d i o s )

- I sen ta de sub s tânc ias qu ímicas p re jud i c ia i s à s a ú d e

- I sen ta de o rgan ismos p re jud i c ia i s ã s a ú d e

- Es te t i camente agradáve l (ba i xa t u r b i d e z , cor,

sabor e odor )


Indus t r i a l

Á g u a e n t r a e m c o n t a t o c o m o

p r o d u t o

- Var iáve l com o p rodu to

Á g u a n ã o e n t r a e m c o n t a t o c o m

0 produ to (ex ; re f r i geração ,

ca lde i ras )

- Ba ixa dureza

- B a i x a a g r e s s i v i d a d e

l i t i g a ç ã o

Hor ta l i ças , p rodu tos i nger idos

c r u s o u c o m c a s c a

- I sen ta de subs tânc ias qu f rn i cas p re jud i c ia i s á saúde

• I sen ta de o rgan ismos p re jud i c ia i s á saúde

- Sa l i n idade não excess i va

l i t i g a ç ã o

D e m a i s p l a n t a ç õ e s

- I sen ta de subs tânc ias qu ímicas p re jud i c ia i s ao so lo

e às p lan tações

Sa l i n idade não excess i va

D o s s e d e n i a ç ã o

i l n an ima is

•

- l í en ta de subs tânc ias qu ímicas p re jud i c ia i s

â saúde dos an ima is

- I sen ta de o rgan ismos p re jud i c ia i s à saúde dos

an ima is

1 ' i cservaçSo

da Hora e da

Inuna

-

- Var iáve l com os requ is i tos ambie n ta i s d a f l o ra e da

fauna que se dese ja p reservar

l l o c r e a ç ã o

Conta to p r imár io (con ta to d i re to

com o me io l i qu ido ; ex : na tação ,

esqu i , su r fe )

- I sen ta de subs tânc ias qu ím icas p re jud i c ia i s à saúd e

Isen ta de o rgan ismos p re jud i c ia i s â saúde

- Ba ixos teores de só l i dos em suspensão e ó leos e

g r a x a s

0

Inzer

C o n t a t o s e c u n d á r i o ( n ã o h á

conta to d i re to com o me io

l íqu ido ; ex ; navegação de l azer ,

pesca , l azer con templa t i vo )

- A p a r ê n c i a a g r a d á v e l

I ío ração

d a

e n e r g i a

Us inas h id re lé t r i cas

- B a i x a a g r e s s i v i d a d e

I ío ração

d a

e n e r g i a

Us inas nuc leares ou

termelétr icas (ex: torres de

res f r i amento)

- Ba ixa dureza

- Ba ixa p resença de mater ia l g rosse i ro que possa

por em r i sco as embarcações

D i lu i ção de

rínspejos


r io Agua

d o m é s t i c o


39



6.2. Padrões de qualidade

6.2.1, Introdução

Além dos requisitos de qualidade, que traduzem de uma forma generalizada e

conceituai a qualidade desejada para a água, há a necessidade de se estabelecer

t a m b é m padrões de qualidade, embasad os po r um supor te legal . Os padrões devem

ser cumpridos, por força da legis lação, pelas entidades envolvidas com a água a ser

u ti l izada. Da mesma forma que os requis i tos , também

os padrões são função do uso

previsto para a água.

Em termos práticos, há três tipos de padrão de interesse direto dentro da Enge-

nhar ia Ambiental no que tange à qualidade da água:

• Pad rões de lançamento no corpo receptor

• Padrões de qualidade do corpo receptor

• Padrõe s de qualidade para determin ado uso imediato (ex: padrões de potabil idade)

6 . 2 .2 . Pad rões d e lan çam en t o e de qualidade do corpo receptor

AR eso luç ão C ONA MA n" 20 , de 18/06/86, dividiu as águ as do território nacional

em águas doces ( sa lin idade < 0 , 0V <í s a l o b r a s (sal in idade entre 0 ,05% e 3%) e

salinas (salinida de > 3%). Hm funçã o dos usos previstos, foram criadas nove classes. O

Quadro 6 .2 apresenta um resu mo dos usos preponderantes das classes relativas à água doce,

em que a Classe Especial pre ssupõe os usos m ais nohn-s, e a Classe 4, os menos nobres.

Quadr o 6 .2 C l a s s i f i c a ç ã o d a s á g u a s d o c e s e m f u n ç ã o d o s u s o s p r e p o n d e r a n t e s

( R e s o l u ç ã o C O N A M A n° 20 , 18 /06 /86)

U s o

C l a s s e

U s o

E s p e c i a l 1

2 3

4

A b a s t e c i m e n t o d o m é s t i c o

X

X

(a )

X

<b)

X

í b )

P r e s e r v a ç ã o d o e q u i l í b r i o n a t u r a l

d a s c o m u n i d a d e s a q u á t i c a s

X

R e c r e a ç ã o d e c o n t a t o p r i m á r i o

X X

P r o t e ç ã o d a s c o m u n i d a d e s a q u á t i c a s

X X

I r r i g a ç ã o

X

(o )

X

( d )

X

(e )

C r i a ç ã o d e e s p é c i e s ( a q u i c u l t u r a )

X X

D e s s e d e n f a ç â o d e a n i m a i s

X

N a v e g a ç ã o

X

H a r m o n i a p a i s a g í s t i c a

X

U s o s m e n o s e x i g e n t e s

X

Notas:

(a) após Tratamento simples; (b) após tratamento convencional; (c) hortaliças e trutas rentes ao solo; (d) hortaliças e plantas

trutíferas; (e) culturas arbóreas, cerealíferas e forrageiras

40

introdução

à





ETF E S - B i b l i o t e c a

Noções dc qualidade das agitas

41



Quadr o 6 .3

Padrões de qua l idade para os corpos d ' água das d iver s as c l as ses ( água doce) e

p a d r ã o d e l a n ç a m e n t o ( R e s o l u ç ã o C O N A M A n ° 2 0 , 1 8 / 0 6 / 8 6 )

L A N Ç A M E N T O

C O R P O D Á G U A

Padrão pa ra Co rpo d 'Aç jua

. , . _ , _ , i - w - J P ad rã o d e

P a r â m e t r o U n i d a d e ,

L a n ç a m e n t o

Cor

uH 30 75 75

Turb idez

uT

40

100 100

-

Sabor o odo r

-

VA

VA VA

Tempera tu ra

"C

- - -

4 0

Maté r ia f lu tuan te

VA VA VA VA ause nte

Ó leos e g raxas

VA

VA VA

(1)

(2)

Co ran tes a r t i f i c ia is

VA VA VA

- -

P H 6 , 0 « 9 , 0

6,0 a 9,0 6.0 a 9,0 6 a 9 5 a 9

D BO

5

mg/1

3

5

(3)

10

(3>

-

(4)

DQO m g / l

- •

(4)

OD

m g /

s e 2 5

> 2

-

Só l idos em suspe nsão mg / l

-

(4)

Co l i fo rmes to ta is o rg /100 m l 1.000 5.000

20 .000

Co l i fo rm es feca is o rg /100 m l 200

1,000

4 .000

- -

Alumín io mgAI / l 0 ,1 0,1 0,1

-

Amón ia l i v re m g N H s / l 0 ,02 0,02

• - •

Amón ia to la l

m g N / l

-

1,0

-

5,0

Arsên io mgAs/ l

0 ,05 0,05 0,05

-

0,5

Bár io

m g B a / l 1 .0

1.0

1.0

-

5,0

Ber í l io mgBe/1 0 ,1

0,1 0.1

• -

Boro mgB/ l 0 ,75

0,75 0,75

-

5.0

C á d m i o

mgC d / l 0 ,001 0 ,001 0 ,01

-

0,2

Ciane tos

m g C N / i 0,01 0,01

0.2

-

0,2

C h u m b o m g P b / l 0 , 0 3 0,03 0,05 - 0,5

Clo re tos

mg Cl/ l

250 250 250

- -

Clo ro res idua l mgCÍ / l 0 ,01 0,01

- - -

C o b a l t o m g C o / l

0 .2

0 ,2

0,2

- -

C o b r e m g C u / l

0 ,02 0,02 0.5

1,0

Crom o VI mgC r / l 0 ,05 0 ,05 0 ,05

-

0,5

Cromo I I I

mgCr / l

0 ,05 0,05 0.5

-

2,0

Estanho mgSn / l

2,0

2,0 2,0

-

4,0

í n d i c e d e fenó is m g C

6

H

s

O H / 1 0,001 0,001 0,3

•

0,5

Ferro so lúv el mgF e/l 0 ,3 0,3 5,0

-

15,0

F luo re tos mgF/ l

1,4

1.4

1.4

-

10,0

Fosfato to ta l mgpyl 0 ,025 0,025 0,025

-

Lít io mg U/l 2 ,5 2.5 2.5

- -

42

introdução

à





P a r â m e t r o

U n i d a d e P a d r ã o p a r a C o r p o d ' A g u a

P a d r ã o d e

C l a s s e L a n ç a m e n t o

M a n g a n ê s m g M n / l

0 ,1 0 ,1

0 ,5

M a n g a n ê s s o l ú v e l m g M n / l

- -

.

1,0

M e r c ú r i o m g H g / l

0 , 0 0 0 2 0 , 0 0 0 2

0 , 0 0 2 0 , 0 1

N l q u e f m g N i / l 0 , 0 2 5 0 , 0 2 5 0 , 0 2 5 2 , 0

N i t r a t o mgN/ l 10 10 10 -

Nl t r i to mg N/ l 1 ,0 1 ,0 1 ,0

-

Pra ta m g A g / l 0 , 0 1 0 , 0 1 0 , 0 5 0 ,1

He lên io m g S e / l 0 , 0 1 0 , 0 1

0 ,01

0 ,05

S ó l i d o s d i s s o l v i d o s t o t a i s m g / l 500

5 0 0 5 0 0

-

I l i i b s t â n e i a s l e n s o - a t i v a s

m g LAS/1

0 ,5 0 ,5

0 ,5

í iu l fa tos

m g S o ^ / t 2 5 0 2 5 0 2 5 0

-

S u l f e t o s { H j S n ã o d i s s o c . )

m g S / l 0 , 0 0 2 0 , 0 0 2 0 , 3

1,0

Su l f i to s

m g S O a / l

- - -

1,0

Urân io to ta l m g U / l 0 , 0 2 0 , 0 2

0 , 0 2

V a n á d i o

m g V / l 0 . 1 0 ,1

0 . 1

-

Z i n c o

m g Z n / l 0 , 1 8 0 , 1 8 0 .5 5 ,0

I l e n z e n o m g / l

0 , 0 1 0 , 0 1 0 , 0 1

-

B e n z o - a - p í r e n o

m g / l

0 , 0 0 0 0 1 0 , 0 0 0 0 1

-

-

I »2 d i c l o r o e l a n o m g / l

0 , 0 0 0 3 0 , 0 0 0 3 0 , 0 0 0 3

1, 2 d i c l o r o e t a n o

. m g / l

0 , 0 1 0 , 0 1 0 , 0 1

-

P e n t a c l o r o i e n o l m g / l 0 , 0 1

0 , 0 1 0 , 0 1

i G t r a e l o r o e t e n o

m g / l

0 , 0 1

0 . 0 1

0 , 0 1 -

T n c l o r o e t e n o

m g / l

0 , 0 3

0 , 0 3 0 , 0 3

1.0

t e t r a c l o r e t o d e c a r b o n o m g / l ' 0 , 0 0 3 0 , 0 0 3 0 , 0 0 3 1 . 0

P e s t i c i d a s e o u t r o s - -

H o g i m e d e ( a n ç a m e n t o - ( 6 )

Notas

< Consultar a legislação para a lista completa dos parâmetros e para a redação oficial dos padrões

l lo Classe Especial não são permitidos lançamentos de qualquer natureza, mesmo que tratados

I m princ ip io , um e l luen le deve satisfazer, tanto ao padrão de lançamento, quanto ao padrão de qualidade d o corpo receptor

(negundo a sua c lasse). O padrão de lançamento po de ser excedido, com permissão do órgão am bienta l , caso os padrões

de qual idade do cor po receptor se jam resguardados, como demo nstrado por es tudos de impacto ambienta l , e desde que

lixados o tipo de tratamento e as condições para o lançamento.

VA: virtualmente ausente

1) Toleram-se eleitos íridescentes, isto é, que geram efeitos das cores do arco-íris

1'): Minera is: 20 mg/l; vegetais e gorduras animais; 50 mg/l

(>i): Pode ser u l trapassado caso estudos de autodepuração ind iquem que o OD deverá es tar dentro dos padrões, nas

condições criticas de vazão (média das mínimas de 7 dias consecutivos em 10 anos de recorrência)

(•1): Consulta r a leg is lação estadual pertinente (não estão inc lu ídas na Resolução CONAMA n

a

20)

(S). Várias substâncias: consultar a resolução

( '•).' Regim e d e lançamento: a vazão máxima deverá ser de até 1 ,5 vezes a vazão média do período d e at iv idade do agente

poluidor


43



Q u a d r o 6 . 4

P a d r ã o de po t ab i l i dade da água des t i nada ao consumo humano

(Portaria n° 36. 19/01/90, Ministério da Saúde)

P a r â m e t r o

Un id ade Va lo r Máx imo Permiss i va)

Características físicas e organolépticas

C o r a p a r e n t e

u H

5

O d o r

-

Não ob je tâve l

Sabor

- Não ob |e táve l

Turb idez uT

1

Componentes que atetam a qualidade organoléptica

A lumín io

mg/1 0,2

C lo re tos

mg/ l 250

C o b r e mg/l 1.0

Dureza to ta l

m g / l C a C 0

3

500

Ferro total

mg/ l 0 ,3

M a n g a n ê s mg/ l

0,1

S ó l i d o s to ta i s d i sso l v idos

mg/ l

1000

Componentes inorgânicos quo nfetnin n saúde

+

A r s ê n i o m g / l

0 ,05

C h u m b o

mg/ l

0 ,05

C i a n e t o s

mg/ l

0,1

M e r c ú r i o

mg/ l

0 ,001

Pra ta mg/ l 0 , 0 5

Componentes orgânicos que ateiam a saúde

Diversos : consu l ta r o padrão

Bacteriológicas

C o l i f o r m e s f e c a i s o r g / 1 0 0 m l a u s e n t e s

Co l i fo rmes to ta i s o r g / 1 0 0 m l d i v e r s a s c o m b i n a ç õ e s ( c o n s u l ta r o p a d r ã o )

7 . P O L U I Ç Ã O D A S Á G U A S

7. 1 . Con ce i t os B ás icos

Entende-se por

p o lu ição d as águ as

a adição de substâncias ou de formas de

energia que, direta ou indiretamente, alterem a natureza do corpo d'água de uma

maneira tal que prejudique os legítimos usos que dele são feitos.

Esta def in ição é essencialmente prática e , em decorrência, potencialmente polê-

mica, pelo fato de associar a polu ição ao conceito de preju ízo e aos usos do corpo

d 'águ a, conceito s esses atr ibuídos pelo própr io homem . No entanto , es ta v isão prática

é importante , pr incipalm ente ao se analisar as medidas de contro le para a reduçã o da

poluição .

O Q uadro 7 .1 l is ta as pr incipais fontes de poluentes , conjunta men te com os se us

efeitos polu idores mais representat ivos.

44

introdução à





ETFES

-

B ib l io teca

<Juadro 7.1

Principais agentes poluidores das águas

Fon te

1 ' o luen te

P r i n c i p a i s

P a r â m e t r o s

E s g o t o s

D r e n a g e m

S u p e r f i c i a l

Pos s ív e l

e f e i t o

r i n c i p a i s

P a r â m e t r o s

D o m é s -

t i c os

Indus - Reu t i -

I r i a i s l i z ados

A g r i c u l t u r a

U r b a n a ir

e P a s t a g e n s

p o l u i d o r

Sólidos

em

mispensão

S ó l i d o s e m

s u s p e n s ã o

to ta is

XXX

XX X

- P r o b l e m a s e s t é t i c o s

- D e p ó s i t o s d e l o d o

- A d s o r ç ã o d e p o l u e n t e s

P r o t e ç ã o d e p a t o g ê n i c o s

M.ttória

iiiilânica

hiode-

•ji.idável

D e m a n d a

B i o q u í m i c a

d e

O x i g ê n i o

XXX

<->

XX X

C o n s u m o d e o x i g ê n i o

M o r t a n d a d e d e p e i x e s

C o n d i ç õ e s s é p t i c a s

Nutrientes

N i t r o g ê n i o

F ó s f o r o

C r e s c i m e n t o e x c e s s i v o

d e a l g a s

T o x i c i d a d e a o s p e i x e s

( t i m ô g i a )

- D o e n ç a e m

r e c é m - n a s c i d o s ( n i t r a t o )

- P o l u i ç ã o d a á g u a


r.itogê-

IlliVS

C o l i f o r m e s

- D o e n ç a s d e v e i c u l a ç ã o

h í d r i c a

Khilória

P e s t i c i d a s

• ii//lnica A l g u n s

Mo biode- d e t e r g e n t e s

tinidàvel O u t r o s

T o x i c i d a d e ( v á r i o s )

• E s p u m a s ( d e t e r g e n t e s )

R e d u ç ã o d a t r a n s f e r ê n c i a

d e o x i g ê n i o ( d e t e r g e n t e s )

N ã o b i o d e g r a d a b i l i d a d e

M a u s o d o r e s ( e x : f e n ó i s )

Mohlis

i»>'-idos

E l e m e n t o s

e s p e c í f i c o s

(As . Cd , C r ,

Cu , Hg , N i .

Pb , Zn e tc )

• T o x i c i d a d e

I n i b i ç ã o d o t r a t a m e n t o

b i o l ó g i c o d o s e s g o t o s

• P r o b l e m a s n a d i s p o s i ç ã o

d o l o d o n a a g r i c u l t u r a

C o n t a m i n a ç ã o d a á g u a


Mihlas

lf\t 'it únicos

Ê$$olvidos

S ó l i d o s

d i s s o l v i d o s

to ta is

C o n d u t i -

v i d a d e

e l é t r i c a

- S a l i n i d a d e e x c e s s i v a -

p r e j u í z o à s p l a n t a ç õ e s

( i r r i g a ç ã o )

- l o x i c i d a d e a p l a n t a s

( a l g u n s í o n s )

- P r o b l e m a s d e

p e r m e a b i l i d a d e d o s o l o

( s ó d i o )

xx :

médio

em branco: usualmente não importante

\

lif.v

de qualidade das águas

4 7



N o presente texto , maior atenção é dada ao equac ionamen to da poluição dos

esgotos domésticos, através do seu adequad o tratamento . Dentro deste enfoque, a

maio r ê n fase é dada ao tópico do

c o n s u m o de oxigênio dissolvido,

o qual , apesar de

já equacionado nos países desenvolvidos, consti tu i-se possivelmente no pr incipal

problema de poluição das águas em nosso país . No entanto , são en focados também

os outros poluentes t íp icos dos esgotos domésticos , ou seja, patogênicos e nutrientes.

Exis tem bas icamen te duas fo rmas em que a fonte de poluentes pode at ingir um

corpo d 'água (ver Figura 7.1):

• poluição pontual

• poluição difusa

N a poluição pontual, os poluentes at ingem o corpo d 'água de forma conc entrada

no espaço. U m e x e m p l o é o da descarga em um rio de um emissár io transpor tando

os esgotos de uma comun idade .

N a poluição difusa, os poluentes adentram o corpo d 'água d is tr ibuídos ao longo

de parte da sua extensão. Ta l é o caso típico da poluição veiculada pela drenagem

pluvial natural, a qual é descarregada no corpo d 'á g u a de um a forma dis tr ibuída, e

não concentrada em um único ponto ,

P O L U I Ç Ã O P O N T U A L

fl DESCARGA

| CONCENTRADA

CURSO DÁGUA *

P O L U I Ç Ã O D I F U S A

DESCARGA

DISTRIBUÍDA

==ÀMMÁJJ

===

==========

C U R S O D Á G U A *

F i g . 7 . 1 . P o l u i ç ã o p o n t u a l i; p o l u i ç ã o d i f u s a

O enfoque do presente texto é para o contro le da poluição pontual por meio do

tratamento dos esgo tos p rev iamen te coletados e transpor tados. N os países desenvo l -

v idos, grande atenção tem sido dada à polu ição difusa, pelo fato do s lançamen tos

pontuais já terem sido em grande par te equac ionados. Entretanto, nas nossas condi-

ções, h á praticamente tudo a s e f azer ainda em termos do contro le da poluição pontual

or ig inár ia de cidades e indústr ias .

4 8

Introdução à qualidade deis águas e ao tratamento de esgotos



7 . 2 . Qu an t i f i cação d as cargas p olu id oras

Para a ava l iação do impacto da poluição e da ef icácia da s medidas de contro le, é

necessária a quantif icação das cargas polu idoras af luentes ao corpo d 'água. Para

lanto, são necessár ios levan tamen tos de campo na área em estudo, incluindo amos-

tragem dos poluentes , análises de laboratório, medição de vazões e outros . C aso não

Mija possível a execução de todos estes i tens , pode-se complementar com dados de

literatura, in fo rmações típicas a serem obtidas em um levantam ento sanitár io dc um a

bacia h idrográf ica são (Mota, 1988):

• Dados físicos da bacia: aspectos geológicos; precip itação p luviométr ica e escoa-

men to ; var iações cl imáticas; temperatura; evaporação etc .

• Informações sobre o comportamento hidráulico dos corpos d'água: vazões máxi-

m a, média e mínima; volumes de reservatór ios; velocidades de escoamento;

profundidade etc .

« Uso e ocupação do solo: t ipos; densidades; perspectivas de crescimento; d is tr itos

industriais; etc.

• Caracterização sócio-econômica: demograf ia ; desenvo lv imen to econômico etc .

• U sos múltiplos das águas.

• Requisitos de qualidade para o corpo d'água.

• Localizaçã o, quan tificação e tendência das principais fon tes poluidoras.

• Diagnóstico da situação atual da qualidade da água: caracter ís t icas f ís icas ,

químicas c b io lógicas .

C omo comen tado , de m aneira geral, os poluentes são f requente men te or ig inár ios

tl. is seguintes fontes principais:

• i-sgotos doméstico s

• despejos industriais

• escoam ento superficial,

t - área urbana

I - área rural

A quantif icação dos poluentes deve ser apresentada em termos de carga. A carga

r r vpressa em termos de massa por unidade de tempo, pode ndo ser calculada por um

•I"'. seguintes métodos, dependendo do t ipo de problema em análise, da or igem do

poluente e dos dados d isponíveis (nos cálculos , conver ter as unidades para se

lu ibalhar sempre em unidades consis tentes , como por exemplo , kg/d):

• carga = concentração x vazão

• enrga = contribuição per capita x população

• carga = contr ibuição por unidade produzida (kg/unid produzida) x produção (unid

produzida)

I carga = contr ibuição po r unidade de área (kg/km

2

.d ia) x área (km

2

)

wfoçÒes de qualidade das águas

4 9



Esgotos domést icos e industriais:

carga = concentração x vazão

concentração {g/m"). vazão (mVd)

carga (kg/d)= x.000 (g/kg)

Obs: g /nr = mg/l

Esgot os d omés t icos :

carga = populaçã o x carga per capita

/, / » populaçã o (hab). ca rua per capita (g/hab.d)

carga (kg/d) = - , .

000

Esgotos industriais:

carga = contr ibuição por unidade produzida x produção

carga (kg/d) = contribuição por unidade produzida (k g/unid) xprodução (unid/d)

Dren agem su p erf ic ia l :

carga = contribuição por unidade de área x área

carga (kg/d) = contribuição por unidade de área (kg/km

2

.d) x área (km

2

)

*

5 0

introdução à





CAPÍTULO 2

Caracterís t icas das águas residuárias

1 . C A R A C T E R I Z A Ç Ã O D A Q U A N T I D A D K D E E S G O T O S

1.1. Prel iminares

O s esgo tos or iundos de uma c idade e que contr ibuem à estação de tratamento de

esgotos sã o basicamente originados cie três fontes distintas:

• esgotos domésticos (incluind o residências, instituições e comércio);

• águas de infiltração

• despejos industriais (diversas origen s e tipos de indústrias).

No Brasil adota-se p redominan temen te o s i s t e m a s e p a r a d o r d e esgo tamen to

sanitár io , o qual separa as águas p luviais em linhas de drenagem independentes e que

não contr ibu em à ETE. Em outros países , no entanto , adota-se o s is tem a co m bin ad o,

no qual os esgotos e as aguas pluviais são veiculadas conjuntamente peio mesmo

.sistema (ver Figura 1.1), Neste caso , o d imensionamento da ETE tem de levar em

consideração a parcela correspondente às águas pluviais. No presente texto considc-

ra-se apenas os três componentes l is tados acima.

Para a caracter ização, tan to quanti tat iva, quanto quali tat iva, dos esgotos af luentes

ii ETE, é necessár ia a análise em separado de cada um destes três itens.

1.2. Vazão domest ica

1.2.1. Prel iminares

O conceito de vazão doméstica engloba usualmente os esgotos oriundos do s domi-

• ilios, bem como de ativ idades comerc ia i s e inst i tucionais normalmente componentes

de uma localidade. Valores mais expressivos or ig inados de fontes pontuais s ignif ica-

tivas devem ser compu tados em separado, e acrescentados aos valores g lobais .

N o r m a l m e n t e a vazão domés t ica de esgotos é calculada com base na vazão de

agua da respectiva localidade. Tal, por sua vez, é u sua lmen te calculada em funç ão da

população de projeto e de um valor atribuído para o consumo médio d iár io de água

• le um indivíduo, denominado Quota Per Capita (QPC).

Antes de se apresentar as fórmulas e os parâmetros de cálculo, é impor tan te

observar que para o projeto dc uma estação de tratamento de esgotos não basta

considerar apenas a vazão média. É necessár ia também a quantif icação dos valores

mín imos e máx imos de vazão, por razões hidráulicas e de processo.

1 iihu terísticas das águas residuárias

5 1



SISTEMA SEPARADOR

' i , - ' i , \ \ REDE PLUV IAL

SISTEMA COMBINADO

F i g . 1 . 1 . S i s t e m a s d e e s g o t a m e n t o s e p a r a d o r e c o m b i n a d o

1 . 2. 2 . Co n su m o m éd io d e águ a

Como comentado, a vazão doméstica é função do consumo de água. Valores

t íp icos da quota per capita de água para populações dotadas de l igações dom icil iares

encontram-se apresentados no Quadro 1 .1 .

Quadr o 1 .1

Consumo per cap i t a de águn

P o r t e d a c o m u n i d a d e F a i x a d a p o p u l a ç ã o ( h a b ) C o n s u m o p e r c a p i t a ( Q P C ) ( l / h a b . d )

P o v o a d o r u r a l

< 5

000

9 0 -

• 140

Vi la

5 . 0 0 0 -

1 0 . 0 0 0

1 0 0 -

160

P e q u e n a l o c a l i d a d e 1 0 . 0 0 0 - 5 0 . 0 0 0

1 1 0 -

180

C i d a d e m é d i a 5 0 . 0 0 0 -

2 5 0 . 0 0 0

1 2 0 -

2 2 0

C i d a d e g r a n d e

> 2 5 0 . 0 0 0

1 5 0 -

3 0 0

Fönte: Adaptado de CETESB (1977; 1978), Barnes et al (1981), Dahlhaus & Damrath (1982). Hosang & Bischof (1984)

5 2 in t r o d u ç ã o à í /i i a l i t l i u l i ' d a s águas c ao tratamento de esgotos



( ) Quadro 1.2 apresenta d iversos fatores que inf luenciam no consumo de água.

t Ui inl ro 1. 2 Fa tores de i n f l uênc i a

110

consumo de água

Fa to r de i n f l uênc ia Com en tá r i o

1 I n n, i C l i m a s m a i s q u e n t e s e s e c o s i n d u z e m a u m m a i o r c o n s u m o

1

111

k d a c o m u n i d a d e C i d a d e s m a i o r e s g e r a l m e n t e a p r e s e n t a m m a i o r Q P C

I

IH

i i l iç õ e s e c o n ô m i c a s d a c o m u n i d a d e U m m e l h o r n í ve l e c o n ô m i c o a s s o c i a - s e a u m m a i o r c o n s u m o

' ( M U d e i n d u s t r i a l iz a ç ã o L o c a l i d a d e s i n d u s t r i a li z a d a s a p r e s e n t a m m a i o r c o n s u m o

( 1 ni l i ç ã o d o c o n s u m o r e s i d e n c i a l A p r e s e n ç a d e m e d i ç ã o i n i b e u m m a i o r c o n s u m o

1

1

i ii ,t o da ãg ua Um cus to ma i s e l evad o reduz o con sum o

Cu ' isão d a á g u a E l e v a d a p r e s s ã o i n d u z a m a i o r e s g a s t o s

1 •" I • las no s i s tem a Pe rdas imp l i cam na necess idade d e uma ma io r p rodução de água

Os dados l is tados no Quadro 1 .1 são s implesmente valores médios , es tando

Mijcitos a todas as var iabil idades decorrentes dos fatores l is tados no Qua dro 1.2.

Campos e von Sper i ing (1995) obtiveram, para esgotos predominantemente

domiciliares, or iundos de nove sub-bacias de Belo Horizonte, a relação expressa na

l quação 1 .1 entre quota per capita de água e rendime nto fam iliar mensal médio (em

IH

micro de salários mínimos) (ver Figura 1.2). Tais relações foram oriundas de dados

t>|itidos pela COPASA-MG (1988) . Naturalmente que os dados guardam uma espe-

1 ilicidade regional, necessitando de cautela para a sua extrapolação para outras

1 «adições.

Renda

' / ( «™<i = (1.1)

A

0 ,021 + 0 ,003 X Renda

Olide:

t i j ' ( ' = quota per capita de água (1/hab.d)

Fenda = renda familiar mensal média (número de salár ios mínimos) (salár io

mín imo em 1995: US$ 100 por mês)

(>s Quadros 1.3 e 1.4 apresentam faixas de valores médios de consumo de ãgua

ils d iversos estabelecimentos comerciais e institucionais. Tais informaçõ es, que

devem ser usadas apenas na ausência de dados mais específ icos , são par t icula rmente

iHr is ao se d imensionar es tações de tratamento dos esgotos de pequenas com unidade s,

• IH que a contr ibuição de algum estabelecim ento pr incipal possa ter impor tância no

1 fimputo geral das vazões.


5 3



C O N S U M O P E R C A P I T A v s N Ú M E R O D E S A L Á R I O S M Í N I M O S

y = x / ( { 0 , 0 2 1 ) + ( 0 , 0 0 3 ) * x )

300

TJ

I

250

í

EE 200

o

a. 150

UJ

Q.

1

1 50

O

o

o

0 4 8 12 16 20

N Ú M E R O D E S A L Á R I O S M Í N I M O S

l

7

ig . 1 .2 . C o n s u m o p e r c a p i t a d e á g u a ( l / h n b . d ) e m f u n ç ã o d a r e n d a f a m i l i a r ( c o n s u m o d o m i c i l i a r )

Quadr o 1 .3

C o n s u m o d e á g u a t í p i c o d e a l g u n s e s t a b e l e c i m e n t o s c o m e r c i a i s

E s t a b e l e c i m e n t o U n i d a d e

F a i x a d e V a z ã o ( l / u n i d . d )

A e r o p o r t o P a s s a g e i r o

0 - 1 5

A l o j a m e n t o R e s i d e n t e 8 0 - 1 5 0

B a n h e i r o p ú b l i c o U s u á r i o 1 0 - 2 5

Ba r

F r e g u ê s S - 1 5

C i n e m a / t e a t r o

A s s e n t o

2 - 1 0

E s c r i t ó r i o

E m p r e g a d o

3 0 - 7 0

H o t e l H ó s p e d e

10 0 - 2 0 0

E m p r e g a d o 3 0 - 5 0

I n d ú s t r i a ( e s g o t o s s a n í l . a p e n a s )

E m p r e g a d o

5 0 - 8 0

L a n c h o n e t e

F r e g u ê s

4 - 2 0

L a v a n d e r i a - c o m e r c i a l

M á q u i n a 2 . 0 0 0 - 4 . 0 0 0

L a v a n d e r i a - a u t o m á t i c a

Má qu ina 1 .500 - 2 .SOO

L o j a

B a n h e i r o 1 , 0 0 0 - 2 . 0 0 0

E m p r e g a d o

3 0 - 5 0

L o j a d e d e p a r t a m e n t o

B a n h e i r o 1 . 6 0 0 - 2 . 4 0 0

E m p r e g a d o

3 0 - 5 0

m

z

d e á r e a

5 - 1 2

P o s t o d e g a s o l i n a

V e i c ul o s e r v i d o 2 5 - 5 0

R e s t a u r a n t e

R e f e i ç ã o 1 5 - 3 0

S h o p p i n g c e n t e r E m p r e g a d o

3 0 - 5 0

m

2

d e á r e a

4 - 1 0

Fonte:EPA (1977). Hosang s Bischof (1984). Tchobanogloiis <i Mni ronr lm (10H5) (Jar.im (1985). Metcalf & Erfdy (1991)

NBR-7329/93

5 4

Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de esgotos



(Quadro 1.4 Consumo de água t íp i co de a lguns es t abe lec imentos ins t i tuc iona i s

E s t a b e l e c i m e n t o

Un ida de Fa ix a de Va / iV ) ( l /mm I i I )

2 0 0 - 4 5 0

20-60

l l n i c a d e r e p o u s o

R e s i d e n t e

E m p r e g a d o

I »c o la

i o m l a n c h o n e t e , g i n á s i o , c h u v e i r o s

i i m l a n c h o n e t e , s e m g i n á s i o e c h u v e i r o s

, i ' m l a n c h o n e t e , g i n á s i o e c h u v e i r o s

F s t u d a n t e

E s t u d a n t e

E s t u d a n t e

5 0 - 1 0 0

4 0 - 8 0

20-60

I l i isp i ta l

Le i to

E m p r e g a d o

3 0 0 - 1 0 0 0

20-60

D e t e n t o

E m p r e g a d o

2 0 0 - 5 0 0

20-60

i

M

«

T

EP A(1977). Hosang e Bischot (1984), Tchobanoglous e Schroeder (1985), Qasim (1985), Metcalf & Eddy (1991)

1.2.3. Vazão media de esgotos

De maneira geral , a produção de esgotos corresponde aproximadamente ao

• ons umo de água. No entanto , a f ração de esgotos que adentra a rede de coleta pode

• nriar, devido ao fato de que parte da água consumida pode ser incorporada à rede

pluvial (ex: rego de jardins e parques). Outros fatores de influência em um sistema

eparador absoluto são: (a) a ocorrência de ligações clandestinas dos esgotos à rede

pluvial, (b) ligações indevidas dos esgotos à rede pluvial e (c) infiltração. Este último

ponto encontra-se abo rdado separad amen te no I tem 1 .2 .5.

A f ração da água fornecida que adentra a rede de coleta na forma de esgoto é

. lenominada coef ic iente de retorno (R: vazão de esgotos/vazão de água) . Os valores

i ip icos de R var iam de 60% a 100%, sendo que um valor usualmente a dotado tem

ido o de 80% (R=0,8).

O cálculo da vazão doméstica média de esgotos é dado por :

(1.2)

I U I

Pop . QPC . R

86400

/A)

(1 .3)

onde:

(>d

m(

;

c

i = vazão doméstica média de esgotos (mVd ou l/s)

(>I'C = quota per capita de água - ver Quadro I. I (1/hab.d)

l\ - coef iciente de retorno esgoto/água


5 5



1 .2 .4 . Va r ia çõ es d e v a zã o . Va zõ es m á x im a e m ín im a

O consumo de água e a ge ração de e sgo t os em uma l oca l i dade va r i am ao l ongo

do dia (var iações horár ias) , ao longo dn semana (var iações diár ias) e ao longo do ano

(va r i ações sazona i s ) .

A F i gura 1 .3 apresen t a um h i drograma t í p i co da vazão a f l uen t e a uma E T E , ao

l ongo do d i a . F ode- se obse rva r os do i s p i cos p r i nc i pa i s : o p i co do i n í c i o da manhã

(mais pronunciado) e o pico do iníc io da noi te (mais dis t r ibuído) . A vazão média

diár ia e aquela na qual as áreas acima e abaixo do valor médio se igualam.

H I D R O G R A M A T Í P I C O E M U M A E T E

hor as do d ia

Fig. 1.3. I lidrograma típico da vazão afluente a uma estação dc tratamento dc esgotos

T em s i do p rá t ica cor r en t e a adoção d os segu i n t e s coe f i c i en t e s de va r i ação da va zão

médi a de água (CE T E S B, 1978; Azevedo Ne t o e A l va rez , 1977) :

Ki = 1,2 (coeficiente do dia de maior consumo)

K2 = 1,5 (coeficiente da hora de maior consumo)

Âj = 0,5 (coeficiente da hora de menor consumo)

Ass i m, a s vazões máxi ma e mí n i ma de água podem se r dadas pe l a s fó rmul as :

Qclmáx = Qdméd- K1 . Kl — 1 ,8 Qd„u, \ (1.4)

Qd min = Qdméd-^3 = 0 ,5 Qd

mf(

\ ( 1 .5 )

Caso ha j a cond i ções de se e f e t ua r medi ções de vazão , de fo rma a se compor o

h i drograma cobr i ndo as va r i ações sazona i s , deve - se ado t a r os dados e spec í f i cos

5 6

introdução à / i i a li t l i u l i d a s águas c ao tratamento de esgotos



obtidos para a s i tuação e m estudo. Os coeficientes Ki, K.2 e K? são gcncrali/tnln

podendo não reproduzir com f idelidade a var iação de vazão na localidade cm J I I U I I M

Valores super ou subd imens ionados a f e tam d i r e tamen te o desempenho imi

econômico da estação em projeto .

A o se pensar em termos das var iações horár ias das vazões d e esgoto, deve si- levai

cm consideração que as f lu tuações são amortecidas ao longo da rede coletora. *) fácil

conceber-se que quanto maior a recle (ou a população), menores serão as chances das

vazões dc p ico s e superpo rem s imu l taneamen te na entrada d a estação. Assim, o ieni|

>0

<le

residência na rede coletora te m uma grande inf luência n o amortecimento dos picos

de vazão. Baseado neste conceito , alguns autores desenvolveram fórmulas para

correlacionar os coef icientes de var iação com a população, ou com a vazão média

(Quadro 1.5).

Quadr o 1 .5 Coef ic i en tes de var i ação horár i a da vazão de esgotos

OniWQméd

Qmir/ Oméd

A u t o r R e f e r ê n c i a

t + ( 1 4

/(4 + JP))

H a r m o n Q a s i m ( 1 9 8 5 )

5 P

- 0 . 1 6

Q 2 P 0 , 1 6

G i t f t

Fa ir e t al ( 1 9 7 3 )

Notas:

P = população. em mi lhares

A lórmuta de Git f l è ind icada para P í 200 (população < 200.000 hab)

A tí tu lo de i lustração, apresentam-se os coef icientes calculados pelas fórmulas

acima, para d iferentes populações:

_ , , OmAx/Orréd ~

P o p u l a ç ã o O

m

„ / O r r É d

H a r m o n G i t f t

1 .000 3 ,8 5 ,0 0 ,20

10 .00 0 3 ,0 3 .4 0 .29

1 0 0 . 0 0 0 2 , 0 2 , 3 0 . 4 2

1 . 0 0 0 . 0 0 0 1 , 4

De acord o com esta abordag em, observa-se que m esmo o produto dos coeficientes

K| e K.2, utilizado para o abastecimento de água, e frequentemente adotado como 1

pode induzir a uma relação

QmWQméd

subes tima da, para um a ampla faixa dc

populações.

1.3. Vazão dc inf i l tração

A inf i l tração no s is tema de esgotamento ocorre através de lubos defeituosos,

conexões, juntas ou paredes de poços de v is i ta . A quantidade de água inf i l trada

Características das águas residuárias

I

5 7



depende de diversos fatores , como extensão da rede coletora, área servida, tipo de

solo , profundidade do lençol f reático , topograf ia e densidade populacional (número

de conexões por unidade de área) (Metcalf & Eddy, 1991).

A laxa de inf i l tração é normalmente expressa em termos de vazão por extensão

de rede coletora ou área servida, isto quando não s e dispõe de dados específ icos locais .

Valores méd ios usualmente u ti l izados tê m sido da ordem de 0 ,3 a 0,5 l/s.km, o que

po r vezes pode s ignif icar valores elevados da vazão de inf i l tração, no caso de baixas

densidades populacionais .

No cálculo da vazão total afluente à E T E , pode-se considerar , para condições de

vazão média e máx ima, o valor médio da inf i l tração. Para condições de vazão mín ima,

pode- se exc lu i r a inf i l tração, caso se deseje f icar a f avo r da segurança (no caso da

vazão mín ima, a segurança se posiciona no sentido dc se estabelecer a men or vazão ) .

1.4. Vazão industrial

A vazão de esgotos advinda dos despe jo s industriais é função precípua do t ipo e

porte da indústria, processo , grau de reciclagem, exis tência de p ré - t ra tamen to etc.

Desta forma, mesmo no caso de duas indústrias que fabr iquem essencialmente o

mesmo p rodu to , as vazões dc despe jo s podem ser bastante d iferentes entre s i .

N o caso da exis tência de indústrias representat ivas , contr ibuindo à rede pública

e, em decorrência, à es tação d e tratamento , é dc grande impor tânc ia um a adequada

avaliação das respectivas vazões, já que os despejos industr iais podem exercer uma

grande inf luência no projeto e operação da E T E . Deve- se procurar obter dados

espec í f icos d e cada indústria mais s ignif icativa, através de cadastros industriais

tirientados no sentido dc se extrair dados de in teresse para o projeto . C om re lação ao

c o n s u m o de água c à geração de despe jo s , deve-se obter , pelo menos, as seguintes

informações das indústrias principais:

• Consumo de água

vo lume consumido total (por dia ou mês)

- volume consumido nas d iversas etapas do processamento

- recircul ações in ternas

- or igem da água (abastecimento público , poços etc)

- eventuais s is temas de tratamento da água internos

• Produção de despejos

- vazão total

- núm ero de pon tos de lançam en to ( c o m a e t a p a do p rocesso assoc iadaacadapon to )

- regime dc lançamento (contínuo ou in termitente; duração e f requência) de cada

pon to de lançamento

- ponto(s) de lançamento ( rede coletora, curso d 'água)

- eventual mistura dos despejos com esgotos domés t icos e águas pluviais

Ad ic iona lmen te , s e m p r e que possível , deve-se proceder a medições da vazão

5 8

introdução à / i i a l i t l i u l i d a s águas c ao tr at am ent o de e sgoto s




ef luente, de m o d o a registrar o padrão de descarga e suas variabilidades.

Caso não se d isponha de informações específ icas d a indústr ia , o Quadro I .(•> podi

servir como uma or ientação in icial para a est imativa da sua provável faixa de v a / a o

Os valores são apresentados em termos do consumo de água por unidade de produto

manufa tu rado . Po r s implicidade, pode-se admi t i r que a vazão de esgotos seja igual

ao consumo de água.

Pode- se observar pelo Quadro

Í

.6 a grande var iabil idade de consumo para um

m e s m o tipo de indústria. No caso de não se dispor de dados específ icos sobre a

indústria em análise, deve-se consultar referências b ib liográf icas relat ivas ao proces-

so industrial em foco. O quadro ap resentado v isa dar apenas um ponto de par t ida no

caso de estudos mais supe rf iciais ou generalizados.

O padrão de lançamento dos despejos industr iais , ao longo do d ia, não segue o

Indrograma da vazão doméstica, var iando substancialmente de indústr ia para indús-

tria. Os p icos industr iais não coincidem necessar iamente com os p icos domésticos ,

ou seja, a vazão máxima total (doméstica + industrial) costuma ser, na realidade,

infer ior ao somatór io s im ples das vazões m áxim as. Caso na legislação de lançamento

haja algum cr i tér io de l imitação da vazão máxima industr ial para lançamento na rede

de coleta (ex: 1,5 vezes a vazão média) , pode-se considerar, por segurança, q ue os

m á x i m o s se superpõem. Des ta fo rma, a vazão máx ima total será a soma das máx imas

doméstica e industr ial .

2 . C A R A C T E R I Z A Ç Ã O D A Q U A L I D A D E D O S E S G O T O S

2. 1 . Parâm et ros d e q u al id ad e

Os esgotos domésticos contêm aproximadamente 99 ,9% de água. A f r ação

restante inclui só lidos orgânicos e inorgânicos, suspensos e d issolv idos, bem como

microrganismos. Por tanto , é devido a essa f ração de 0 ,1% que há necessidade de se

tratar os esgotos.

A caracter ís t ica dos esgotos c fun ção dos usos à qual a água fo i submetida . Esses

lisos, e a forma com que são exercidos, var iam com o cl ima, s i tuação social e

econômica, e hábitos da população.

No projeto de uma estação de tratamento , normalmente não há in teresse em se

determinar os d iversos comp ostos dos quais a água resid uár iaé consti tu ída. Is to, não

só pela d if iculdade em se executar vár ios destes testes em laboratór io , mas também

peto fato dos resultados em si não serem diretamente u ti l izáveis como elementos de

projeto e operação. Assim, é prefer ível a u ti l ização de parâmetros indiretos que

traduzam o caráter ou o potencial poluidor do despe jo em questão . Tais parâmetros

def inem a qualidade do esgoto , podendo ser d iv id idos em três categor ias: parâmetros

físicos, químicos e biológicos.

Características d as águas residuárias



Quadro 1 .6 Vazão espec í f i ca média dc a lgumas i ndús t r i as

R a m o

T i p o U n i d a d e

C o n s u m o d e á g u a p o r

u n i d a d e ( m

3

1 u n i d ) ( ' )

F r u t a s e l e g u m e s e m c o n s e r v a s

1 t o n c o n s e r v a

4 - 5 0

D o c e s

1 t o n p r o d u t o

5 - 2 5

A ç ú c a r d e c a n a 1 t o n a ç ú c a r

0 , 5 - 1 0 , 0

M a t a d o u r o s 1 b o i o u 2 , 5 p o r c a s

0 , 3 - 0 , 4

La t i c ín io s ( le i te ) 100 01 le i te

1 - 1 0

Altmenlicid

L a t i c í n i o s ( q u e i j o o u m a n t e i g a ) 1 0 0 0 I le i le

2 - 1 0

M a r g a r i n a 1 t o n m a r g a r i n a

2 0

C e r v e j a r i a 1 0 0 0 I c e r v e j a

5 - 2 0

P a d a r i a 1 t o n p ã o

2 - 4

R e f r i q e r a n t e s

1000 I re f r ig e ran te 2 -5

A l g o d ã o 1 t o n p r o d u t o

1 2 0 - 7 5 0

L ã

1 t o n p r o d u t o 5 0 0 - 6 0 0

R a y o n 1 I o n p r o d u t o

2 5 - 6 0

Têxtil

N y l o n 1 t o n p r o d u t o

1 0 0 - 1 5 0

Po ly es te r 1 t o n p r o d u t o 6 0 - 1 3 0

Lav and e r ia da 13 1 ton lâ

2 0 - 7 0

T in tu ra r ia

1 I o n p r o d u t o

2 0 - 6 0

Couro e cu rtume

C u r t u m e

1 ton pe le

2 0 - 4 0

Couro e cu rtume

S a p a l q 1 0 0 0 p a r e s s a p a t o

5

F a b r i c a ç ã o d e f i o l p n 1 to n b i o d u t o

1 5 - 2 0 0

Pn/nD a naníí/

E m b r a n q u o n i r r i n n l o r l i p n t | M


8 0 - 2 0 0

1 LJIfJCI C f-lcif-lcl

F a b r i c a ç ã o d e p a p e l

1

t o n p r o d u t o

3 0 - 2 5 0

P o l p a e p a p e l i n t e g r a d o s

1 t o n p r o d u t o 2 0 0 - 2 5 0

T i n t a

1 e m p r e g a d o

110 l /d

V id ro

1 t o n v i d r o

3 - 3 0

S a b ã o 1 t o n s a b ã o 2 5 - 2 0 0

Á c i d o , b a s e , s a l

1 ton c lo ro

5 0

B o r r a c h a


1 0 0 - 1 5 0

B o r r a c h a s i n t é t i c a 1 I o n p r o d u t o

5 0 0

Indústrias

R e f i n a r i a d e p e t r ó l e o

1 ba r r i l (117 I )

0 , 2 - 0 , 4

químicas

D e t e r g e n t e 1 t o n p r o d u t o

1 3

A m ó n i a

1

t o n p r o d u t o

1 0 0 - 1 3 0

D i ó x i d o d e c a r b o n o


6 0 - 9 0

g a s o l i n a 1 t o n p r o d u t o

7 - 3 0

L a c t o s e


6 0 0 - 8 0 0

Enx o f re


8 - 1 0

P r o d u t o s f a r m a c ê u t i c o s ( v i t a m i n a s ) 1 t o n p r o d u t o

10 -30

Prnrít/tnç

M e c â n i c a f i n a , ó t i c a , e l e t r ô n i c a

1 e m p r e g a d o

2 0 - 4 0 l /d

manufaturados

C e r â m i c a f i n a 1 e m p r e g a d o

40 l /d

manufaturados

I n d ú s t r i a d e m á q u i n a s

1 e m p r e a a d o

40 l /d

F u n d i ç ã o

1 to n g u s a

3 -8

L a m i n a ç ã o 1 t o n p r o d u t o 8 - 5 0

Metalúrgicas Fo r ja


8 0

D e p o s i ç ã o e l e t r o l í tí c a d e m e t a i s

1 m

3

d e s o l u ç ã o

( - 2 5

i n d ú s t r i a d e c h a p a s , f e r r o e a c o

1 e m p r e g a d o

60 l /d

Minerações

Fe r ro

1 m m i n é r i o l a v a d o

16

Minerações

C a r v ã o

1 t o n c a r v ã o

2 - 1 0

(•) consumo em m3 par un idade produz ida o u l /d por empregado FonleCETESB (1976). Downing (1978). Arcetva la (1981).

Hosang e Bischo) (1984). Imholt e Imhotl (1985). Melcalf & Eddy (1991), Dsrisio(1992)

6 0

introdução à / i i a l i t l i u l i d a s águas c ao tratamento de esgotos



SÓLIDOS NOS ESGOTOS

^ ÁGUA

SÓLIDOS

POLUIÇÃO

T R A T A M E N T O

I i ^ . 2 . 1 . S ó l i d o s n o s e s g o t o s

2.2.

Principais característ icas das águas res iduárias

Os Quad ros 2 .1 ,2 .2 e 2 .3 apresentam as pr incipais caracter ís t icas f ís icas , químicas

c b io lógicas dos esgotos dom ésticos .

<Juadro 2.1 Pr inc ipa i s carac te r í s t i cas fí s i cas dos esgotos d om és t i co s

P a r â m e t r o D e s c r i ç ã o

• L i g e i r a m e n t e s u p e r i o r à d a á g u a d e a b a s t e c i m e n t o

V a r i a ç ã o c o n f o r m e a s e s t a ç õ e s d o a n o ( m a i s e s t á v e l q u e a t e m p e r a t u r a d o a r )

I n f l u ê n c i a n a a t i v i d a d e m i c r o b i a n a

I n f l u ê n c i a n a s o l u b i l i d a d e d o s g a s e s

I n l l u ê n c i a n a v i s c o s i d a d e d o l í q u i d o

Temperatura

Cor

E s g o t o f r e s c o : l i g e i r a m e n t e c i n z a

E s g o t o s é p t i c o : c i n z a e s c u r o o u p r e t o

E s g o t o f r e s c o : o d o r o l e o s o , r e l a t i v a m e n t e d e s a g r a d á v e l

E s g o t o s é p t i c o : o d o r f é t i d o ( d e s a g r a d á v e l ) , d e v i d o a o g á s s u l f í d r i c o e a o u t r o s

p r o d u t o s d a d e c o m p o s i ç ã o

D e s p e j o s i n d u s t r i a i s : o d o r e s c a r a c t e r í s t i c o s

Odor

C a u s a d a p o r u m a g r a n d e v a r i e d a d e d e s ó l i d o s e m s u s p e n s ã o

E s g o t o s m a i s f r e s c o s o u m a i s c o n c e n t r a d o s : g e r a l m e n t e m a i o r t u r b i d e z

urbidez

Fonte: adaptado de Q as im (1985)


6 1



Q u a d r o 2 , 2 Pr inc ipa is ca rac t e r ís t i cas qu ímicas dos esgo tos dom ést i cos

P a r â m e t r o D e s c r i ç ã o

SÓLIDOS TOTAIS

Orgânicos e inorgânicos: suspensos e dissolvidos; sedimentáve is.

• Em suspensão

- F raç ão do s s ó l idos o ígân ic o s e ino rgân ic os que não s ão f il t ráve is (não d is s o lv idos ) ,

- Fixos - C o m p o n e n t e s m i n e r a i s , n ã o i n c i n e r á v e i s , in e r t e s , d o s s ó l i d o s e m s u s p e n s ã o .

- Voláteis

- C o m p o n e n t e s o r g â n i c o s d o s s ó l i d o s e m s u s p e n s ã o

• Dissolvidos

- F r a ç ã o d o s s ó l i d o s o r g â n i c o s e i n o r g â n i c o s q u e s ã o f i l t r á v e i s

N o r m a l m e n t e c o n s i d e r a d o s c o m d i m e n s ã o i n f e r i o r a 1 0 "

3

- Fixos

- C o m p o n e n t e s m i n e r a i s d o s s ó l i d o s d i s s o l v i d o s

- Voláteis - C o m p o n e n t e s o r g â n i c o s d o s s ó l id o s d i s s o l v i d o s

• S e d i m e n t á v e i s

- F r a ç ã o d o s s ó l i d o s o r g â n i c o s e i n o r g â n i c o s q u e s e d i m e n t a e m 1 h o r a n o c o n e

I m h o f f - I n d i c a ç ã o a p r o x i m a d a d a s e d i m e n t a ç ã o e m u m t u r i q u e d e d e c a n t a ç ã o .

MATÉRIA ORGÂNICA

M i s t u r a h e t e r o g ê n e a d e d i v e r s o s c o m p o s t o s o r g â n i c o s . P r i n c i p a i s

c o m p o n e n t e s : p r o t e í n a s , c a r b o i d r a t o s e l i p í d i o s .

• Determinação indireta

-DBO$

- D e m a n d a B i o q u í m i c a d e O x i g ê n i o . M e d i d a a 5 d i a s, 20°C E s t á a s s o c i a d a à

f r a ç ã o b i o d e g r a d á v e l d o s c o m p o n e n t e s o r g â n i c o s c a r b o n á c e o s . É u m a

m e d i d a d o o x i g ê n i o c o n s u m i d o a p ó s 5 d i a s p e l o s m i c r o r g a n i s m o s n a

e s t a b i l i z a ç ã o b i o q u í m i c a d a m a t é r i a o r g â n i c a .

-DQO

D e m a n d a Q u í m i c a d e O x i g ê n i o R e p r e s e n t a a q u a n t i d a d e d e o x i g ê n i o

r e q u e r i d a p a r a e s t ab i l iz a r q u i m i c a m e n t e a m a t é r i a o r g â n i c a c a r b o n á c e a .

U t i l i z a f o r t e s a g e n t e s o x i d a n t e s e m c o n d i ç õ e s á c i d a s .

- DBO última

• D e m a n d a Ú l t i m a d e O x i g ê n i o . R e p r e s e n t a o c o n s u m o to t a l d e o x i g ê n i o , a o

f i n a l d e v á r i o s d i a s , r e q u e r i d o p e l o s m i c r o r g a n i s m o s p a r a a e s t a b i l i z a ç ã o

b i o q u í m i c a d a m a t é r i a o r g â n i c a .

• Determinação direta

-COT

- C a r b o n o O r g â n i c o T o t al , É u m a m e d i d a d i r e t a d a m a t é r i a o r g â n i c a c a r b o n á c e a ,

É d e t e r m i n a d o a t r a v é s d a c o n v e r s ã o d o c a r b o n o o r g â n i c o a g á s c a r b ó n i c o .

NITROGÉNIO TOTAL 0 nitrogênio total inclui o nitrogênio orgânico, amónia, nitrito e nitrato. É um

nutriente indispensável para o desenvolvime nto dos mictorganismos no

tratamento biológico. O nitrogênio orgânico e a amónia compreendem o

denomina do Nitrogênio Total Kjeldahl (NTK).

• Nitrogênio orgânico

- N i t r o g ê n i o r i a l o i m a d e p r o t e í n a s , a m i n o á c i d o s e u r é i a

• Amónia

P r o d u z i d a c o m o p r i m e i r o e s t á g i o d a d e c o m p o s i ç ã o d o n i t r o g ê n i o o r g â n i c o .

• Nitrito

- E s t á g i o i n t e r m e d i á r i o d a o x i d a ç ã o d a a m ó n i a . P r a t i c a m e n t e a u s e n t e n o

e s g o t o b r u t o .

• Nitrato

- P r o d u t o f i n a l d a o x i d a ç ã o d a a m ó n i a . P i a t i n a m e n t e a i r . c n t e n o e s q o t o b r u t o

FÓSFORO

O fósforo total existe na forma orgânica «inorgânica. 1 um nutriente

indispensável no tratamento biológicu.

• Fósforo orgânico

C o m b i n a d o á m a t é r i a o r g â n i c a

• Fósforo inorgânico

O r t o f o a f a t o ( ; p o l i f o s f ; i l o t

PH

Indicador das características ácidas ou básicas do esgoto. Um a solução ó

neutra em pH 7. Os processos de oxidação biológica normalmen te tendem a

reduzir o pH

ALCALINIDADE Indicador da capacidade tampão do meio (resistência ás variações do pH).

Devido à presença de bicarbonato, carbonato e Ion hidroxila (OH').

CLORETO S Provenientes da água de abastecimen to e d o s dejetos humanos.

ÓLEOS E GRAXAS Fração da matéria orgânica solúvel em hexanos. Nos esgotos domésticos, as

fontes são óleos e gorduras utilizados nas comidas.

Fonte: adoptado de Arce iva la(1901), Oas im (1985), Metca lt & Eddy (1391)

62 in t rodução à


d a s águas c ao tr atam en to de e sgot os



i i ii :»lr<> 2.3 Principais micr orga nism os pre sentes no s esgotos

M i c r o r g a n i s m o D e s c r i ç ã o

- O r g a n i s m o s p r o t i s t a s u n i c e l u l a r e s .

- A p r e s e n t a m - s e e m v á r i a s f o r m a s e t a m a n h o s .

- S ã o o s p r i n c i p a i s r e s p o n s á v e i s p e l a e s t a b i l i z a ç ã o d a m a t é r i a o r g â n i c a

- A l g u m a s b a c t é r i a s s a o p a t o g ê n i c a s , c a u s a n d o p r i n c i p a l m e n t e d o e n ç a s i n t e st i n ai s .

Dactérias

- O r g a n i s m o s a e r ó b i o s , m u i t i c e l u l a r e s , n ã o f o t o s s i n t é t i c o s , h e t e r o t r ó l i c o s .

- T a m b é m d e g r a n d e i m p o r t â n c i a n a d e c o m p o s i ç ã o d a m a t é r i a o r g â n i c a ,

• P o d e m c r e s c e r e m c o n d i ç õ e s d e b a i x o p H .

Fungos

- O r g a n i s m o s u n i c e l u l a r e s s e m p a r e d e c e l u l a r .

- A m a i o r i a é a e r ó b i a o u f a c u l t a t i v a .

• A l i m e n t a m - s e d e b a c t é r i a s , a l g a s e o u t r o s m i c r o r g a n i s m o s .

- S ã o e s s e n c i a i s n o t r a t a m e n t o b i o l ó g i c o p a r a a m a n u t e n ç ã o d e u m e q u i l í b r i o e n t r e

o s d i v e r s o s g r u p o s ,

- A l g u n s s ã o p a t o g ê n i c o s . _

Protozoários

- O r g a n i s m o s p a r a s i t a s , t o r m a d o s p e l a a s s o c i a ç ã o d b m a u s r i a l g e n é t i c o ( D N A o u

R N A ) e u m a c a r a p a ç a p r o t e i c a .

- C a u s a m d o e n ç a s e p o d e m s e r d e d i f í c i l r g m o ç f l o n o t r a t a r n o n t o d a á g u a o u d o

e s g o t o .

Vírus

Helmintos

- A n i m a i s s u p e r i o r e s ,

- O v o s d e h e l m i n t o s p r e s e n t e s n o s e s g o t o s p o d e m c a u s a r d o e n ç a : ; .

I < m e: S i lva e Mara ( 1979), Tchobarioglous e Schroeder {1985), Metca l l 4 Eddy (1991)

2.3. Pr in c ip ais p arâmet ros

2.3.1. Pre l imin ares

Os pr incipais parâmetros relat ivos a esgo tos p redominan temen te domés t icos a

merecerem des taque especial face à sua importância são:

• sólidos

• indicadores de matéria orgânica

• nitrogênio

• fósforo

• indicadores de contaminação fecal

2.3.2. Sólidos

Todos os contaminantes da água, com exc eção dos gases dissolv idos, contr ibuem

para a carga de só lidos. O s sólidos podem ser class if icados de acordo com (a ) o seu

tamanho e estado, (b) as suas características químicas e (c) a s ua decantabil ídade:




Sólidos nos esgotos

• classificação por tamanho e estado


- sólidos d issolv idos

• classificação pelas característica s químicas

- só lidos voláteis

- só lidos f ixos

• classificação pela decantabilida de

- só lidos em suspensão sedimentáveis

- só lidos em suspensão não sedimentáveis

a) Clas s i f i cação p or t aman h o

No I tem 4 .2 do C apitu lo 1 descreveu-se a pr incipal separação entre os só lidos,

tendo por base o seu tamanho. No caso específ ico de esgotos , pode-se adotar uma

classif icação mais s implif icada, d is t inguindo-se pr incipalmente os seguintes dois

tipos dc sólidos:

- só lidos d issolv idos


b) Class if icação pelas característ icas químicas

Ao se submeter os só lidos a uma temperatura elevada (550"C) , a f raçã o orgânic a '

é oxidada (volat i l izada) , permanec endo após a combustão apenas a f ração iner te (não

oxidada) . Os sólidos voláteis representam uma est imativa da matér ia

orgân ica

nos

sólidos, ao passo que os sólidos não voláteis (fixos ou ineriQi) representam a matér ia

in orgân ica

ou

min eral .

Assim, tem-se, em resumo:

sólidos voláteis (matéria orgânica)

/

Sólidos totais

sólidos f ixos (matér ia inorgânica)

c) Class if icação pela decantabil idade

C ons ideram-se como sólidos sedimentáveis aqueles que sejam capazes de sedi-

mentar no per íodo de 1 hora. O valor é expresso na unidade de ml/l , medido num

recip iente denominado cone Tmhoff . A f ração que não se sedimenta representa os

sólidos não sedimentáveis (usualmen te não expressos nos resultados de análise) .

A Figura 2.2 mostra uma distribuição típica entre os diversos tipos de sólidos

presentes num esgoto bruto de composição média.

2 . 3 .3 . M at ér ia o rgân ica carb on ácea

A matér ia orgânica presente nos esgotos é uma caracter ís t ica de pr imordial

importância, sendo a causadora do pr incipal problema de poluição das águas: o

64




D IS TR IB U IÇ Ã O D OS S OL ID OS D O E S GOTO B R U TO

I i ^ . 2 . 2 . D i s t r i b u i ç ã o a p r o x i m a d a d o s s ó l i d o s d o e s g o t o b r u l o ( e m t e r m o s d e c o n c e n t r a ç õ e s )

ronsumo de oxigênio d issolv ido pelos microrganismos nos seus processos metabó-

licos

de u ti l ização e es tabil ização da matér ia orgânica. As substâncias orgânicas

presentes nos esgotos são constituídas principalmente por (Pessoa e Jordão, 1982):

- compostos dc proteínas ( -40%);

- ca rbo id ra to s ( - 2 5 a -50% ) ;

• gordura e ó leos ( -1 0% )

uréia, surfactantes , fenóis , pest icidas e outros (menor quantidade)

A matér ia orgânica carbonácea (baseada no carbono orgânico) presente nos

esgotos af luentes a uma estação de tratamento d iv idc-sc nas seguintes f rações:

Matér ia orgânica nos esgotos

• class if icação quanto à forma e tamanho

- em suspensão (par t iculada)

- dissolvida (solúvel)

• classificação q uanto à biodegrada bilidade

- inerte

- b iodegradável

Em termos práticos , usualmente não há necessidade de se caracter izar a matér ia

• »rgânica em termos dc proteínas, gorduras, carboidratos etc. Ademais, há uma grande


6 5



d i f icu ldade na de te rminação laboratorial dos diversos componentes da matér ia orgâ-

nica nas águas residuár ias , face à multip l icidade de formas e compostos em que a

mesma pode se apresentar . Nes te sentido, podem ser adotados métodos diretos ou

indiretos para a de te rminação da matér ia orgânica:

• Métodos indiretos; medição do consumo de oxigênio

- Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO)

- Demanda Ultima cie Oxigênio (DBO„)

- Demanda Qu ímica de Ox igên io (DQO )

• Métodos diretos: medição do carbono orgânico

- Carbono Orgânico Total (COT)

a) Deman d a Bioq u ímica d e Oxigên io ( DBO)

O pr incipal efei to ecológico da poluição orgânica em um curso d*água é o

decrésc imo dos teores de oxigênio d issolv ido. Da mesma forma, no tratamento de

esgotos por processos aeróbios , é fundam ental o adequado fornecimento de oxigênio

para que os microrganismos possam realizar os processos metabólicos conduzindo à

estabil ização da matér ia orgânica. Ass im, surgiu a idéia de se medir a "força" de

poluição de um determinado despejo pelo consumo de oxigênio que e le traria, ou

seja, uma quantif icação indireta da potencial idade da geração de um impacto, e não

a medição d ireta do impacto em si.

Essa quan t i f icação poder ia ser obtida mesm o através de cálculos esteqinométr icos

baseados nas reações de oxidação da matér ia orgânica. Assim, no caso do substrato

ser, por exem plo, a glicose (C&HnOd), poder-se-ia calcular , na equação da respiração,

a quantidade de oxigênio requer ida para oxidar a dada quantidade de glicose. Tal se

consti tu i no pr incíp io da Demanda Teór ica de Oxigênio (DTeO).

Na prática, no entanto, um obstáculo se apresenta como de difícil transposição: o

esgoto possui uma grande heterogeneidade na sua composição , e tentar es tabelecer

todos os seus consti tu in tes para, a par t ir das reações químicas de cada um deles ,

calcular a d e m a n d a resultante de oxigênio , é to talmente desti tu ído de praticidade.

Ademais , ex trapolar o s dados para outras condiçõe s não ser ia possível .

A solução encontrada fo i a de se medir em laboratór io o consumo de oxigênio

que um volume padronizado de esgoto ou outro líquido exerce em 11111 per íodo de

tempo pré-f ixado. Foi, ass im, in troduzido o importante conceito da D e m a n d a B i o -

q u ímica d e Oxigên io ( DBO) . A DBO retrata a quantidade de oxigênio requerida

para estabilizai: através de processos bio químicos , a matéria orgânica carbonáce u.

E uma indicação indireta, portanto, do carbono orgânico biodegradável.

A estabil ização comple ta demora , em termos práticos , vár ios dias (cerca de 20

dias ou mais para esgo tos domésticos) . Tal corresponde à Demanda Ultima de

Oxigênio (DBO„) . Entretanto , para evitai' que o teste de laboratór io fosse su jei to a

uma grande demora, e para permitir a comparação de d iversos resultados, foram

efe tuadas a lgumas padronizações:

- convenc ionou-se proceder à análise no 5" dia. Para esgotos domésticos típicos, esse

66




i uns um odo qu in to d ia pode ser correlacionado com o consu mo total final

< I >H< >,. >

determinou-se q ue o tes te fosse e fe tuado à temperatura de 20"C, já que (empei alti

rn s diferentes interferem 110 metabolismo bacteriano, alterando as relações entre ,1

I ) B O de 5 dias e a DBO últ ima.

Tem-se, desta fo rma, a

D B O p a d r ã o ,

expressa por

D B O ;

2

".

Neste texto, sempre

que se referir à D B O s imp lesmen te , está-se implici tamente refer indo à DBO padrão

Simplif icadamente, o tes te da DBO pode ser entendido da seguinte maneira: 110

dia da coleta, determina-se a concenlração de oxigênio dissolv ido (OD) da amostra.

( nico dias após, com a amostra mantida em um frasco fechado e incubada a 20

U

C ,

• li icrmina-se a nova concentração , já reduzida, devido ao consu mo de oxigénio

durante o período. A diferença entre o teor de O D no di a zero e no dia 5 representa o

i>\igênio consumido para a oxidação da maté r ia orgânica, sendo, portanto, a DBO.s.

Assim, por exemplo , a amostra de um curso d 'ãgua apresentou os seguintes resultados

(ver Figura 2.3):

DBO - D e m a n d a B i o q u í m i c a d e O x i g ê n i o

OD = 7 mg/ l cpp OD = 3 m g / l , „

D B O ^ = 7 - 3 = 4 mg/ t

DIA

=

0

DIA =

5

I m- 2.3. Exemplo do conccilo da DBO?

;

"

No caso do s esgotos , alguns aspectos de ordem prática fazem com que o tes te

•,ofra algum as adaptaçõ es. Os esgotos, possuindo um a grande concentração d e

matér ia orgânica, consomem rapidamente (bem antes de 5 d ias) todo o oxigênio

dissolv ido no meio l íquido. Assim, é necessár io efetuar-se d ilu ições para reduzir a

concentração de maté r ia orgânica, possib il i tando a que o consumo de oxigênio a 5

dias seja numer icamen te in f e r io r no oxigênio disponível na amostra. Os esgotos

domés t icos possuem um a D B O da ordem de 300 mg/l, ou seja, 1 litro de esgoto

t onso me ap roxima dam ente 30 0 m g de oxigênio , em 5 d ias , no processo de estabil i-

zação da matér ia orgânica carbonãcea.

As principais v a n t a g e n s do teste da DBO, e ainda não igualadas por nenhum

ou tro tes te de determinação de matér ia orgânica, são relacionadas ao falo de que o


6 7



toste da DUO permite:

;i indicação aproximada da f ração b iodegradável do despejo ;

a indicação da taxa de degradação do despejo ;

;i indicação da taxa de consümo de oxigênio cm função do tempo;

a de te rminação ap rox imada da quantidade de oxigênio requer ido para a estabiliza-

ção bio lógica da matéria orgânica presente.

No entanto , as seguintes

l imi t ações

são ci tadas (Marais e Ekama, 1976):

pode-se encontrar baixos valores de DBO? caso os microrganismos responsáveis

pela decomposição não estejam adaptados ao despejo ;

- os metais pesados e outras substâncias tóxicas podem matar ou in ib ir os microrga-

nismos;

- há a necessidade da in ib ição dos organism os responsáveis pela oxidação da a mónia,

para evitar que o consumo de oxigênio para a nitr if icação (demanda n itrogenada)

in ter f ira com a demanda carbonácea;

- a relação DBO11/DBO5 varia em funç ão do desp ejo;

- a relação D B O u / D B O í var ia , para um mesmo despejo , ao longo da linha de

tratamento da ETE;

- o teste demora 5 dias, não sendo útil para efeito de controle operacional de uma

estação de tratamento de esgotos.

Apesar das l imitações acima, o teste da DB O continua a ter extensiva

ut i l ização,

par te por razões históricas, parte e m função ainda de alguns dos seguintes pontos:

- os critérios de dimensionamento das unidades de tratamento são mais f r equen te -

mente expressos em termos da DBO;

- a legislação para lançamento de efluentes e, em decorrência, a avaliação do

cumprimento aos padrões de lançamento , é normalmente baseada na DB O.

Várias pesquisas têm sido dirigidas para a substituição da D B O por outros

parâmetros . Na área de instrumentação, há equipamentos t ipo respirômetros que

fazem a medição automatizada ou que permitem reduzir o per íodo requer ido para o

lesle . No entanto , uma universalidade não fo i ainda at ingida quanto ao parâm etro ou

à metodologia, apesar de haver uma certa tendência atual para a utilização do teste

da DQO. Para manter consonância com a maior par te da literatura, o presente texto

m a n t é m a DB O como parâmetro básico de d imensionamento .

b ) Deman d a Últ ima d e Oxigên io ( DBO

u

)

A DBO5 corresponde ao consumo de oxigênio exercido durante os pr imeiros 5

dias . No entanto , ao final do quinto d ia a es tabil ização da matér ia orgânica não está

ainda completa, p rossegu indo , embora em taxas mais lentas, por mais um per íodo de

sema nas ou d ias. Após tal, o consumo de oxigênio pode ser considerado desprezível .

Neste sentido, a Demanda Última de Oxigênio co r r esponde ao consumo de oxigênio

exercido até es te tempo, a partir do qual não há consumo representat ivo .

Para esgotos domésticos , considera-se, em termos práticos , que aos 20 dias de

teste a es tabil ização esteja prat icamente completa. Pode-se determinar a DBOu,

I

lí

n t r o d u ç ã o à qualidade das águas e ao tratamento de esgotos



ETFES - B ib l io tec a

j inrlanto, aos 20 dias. Conceitualmente, o teste é similar à DBO padrao dr

>

tli.i.

.ti inndo tão som ente no que diz respeito ao tem po da de terminaç ão final do oxij ' i

mo

dissolvido.

() Q uadro 2.5 apresen ta faixa s t ípicas do fato r de conv ersão de DBO.s para DIU >,,

i

r .rotos domésticos). Tal conversão é importante, pois vários processos de tratamen

I* •

dc esgotos são dimensionado s tendo por base a DBO „.

(Quadro 2 . 5 F a i x a s t í p i c as d a r e l a ç ã o D B 0 u / D B 0 5

11

mie:

Calculado a partir do coeficientes apresentados por Fair et al (1973). Arceivala (1981)

Vários autores ad otam , de ma neira geral, a relação DBO»,/DBO.s igual a 1,46. Isto

quer dizer que, caso se tenha uma DBO.s de 300 mg/l, a DBO

u

será igual a 1,46x300

* 438 mg/l.

c) Demanda Química de Oxigênio (DQO)

O teste da DQO mede o consumo de oxigênio ocorr ido durante a oxidação

tmímica da matéria orgânica. O valor obtido é, portanto, uma indicação indireta do

leor de matéria orgânica presente.

A principal di ferença com re lação ao teste da DBO encontra-se c laramente

presente na nomencla tura de ambos os testes. A DBO re lac iona-se a uma oxidação

bioquímica da matéria orgânica, realizada inteiramente por microrganismos. Já a

DQO corresponde a uma oxidação química da matér ia orgânica , obt ida a t ravés de

um forte oxidante (dicromato de potássio) em meio ácido.

As principais vantagens do teste da DQO são:

o teste gasta apenas de 2 a 3 horas para ser realizado;

o resultado do teste dá uma indicação do oxigênio requerido para a estabilização

da matéria orgânica;

o teste não é afetado pela nitrificação, dando uma indicação da oxidação apenas da

matéria orgânica carbonácea (e não da nitrogenada).

As pr incipais l imi taçõ es do teste da DQ O são:

110

teste da DQO são oxidadas, tanto a fração biodegradável, quanto a fração inerte

do despe jo. O teste supere stima, portanto, o oxigênio a ser cons um ido no tratam ento

biológico dos despejos;

o teste não fornece informações sobre a taxa de consumo da matéria orgânica ao

longo do tempo;

certos constituintes inorgânicos podem ser oxidados e interferir no resultado.

(Características das águas residuárias 6 9

O r i g e m

D B O „ / D B O s

E s g o t o c o n c e n t r a d o

E s g o t o d e b a i x a c o n c e n t r a ç ã o

E f l u e n t e p r i m á r i o

E f l u e n t e s e c u n d á r i o

1 . 1 - 1 . 5

1,2 - 1.6

1.2-1,6

1 , 5 - 3 , 0



Pa ra esgotos domést icos brutos, a re lação DQO/DBO.s varia em torno de 1,7 a

2 ,4 . Pa ra esgotos industr ia is , no entanto , essa re lação pode va r i a r a mp la me n te .

D e p e n d e n d o d a magni tude da re lação, pode-se t i ra r conc lusões sobre a b iode g ra da -

b i l i da de dos de spe jo s e do processo de t ra tamento a se r empregado (Bra i le e

C a va lc a n t i . 1979):

• relação DQO/DB Os baixa:

- a f ração b iodegradáve l é e levada

- prováve l indicação para t ra tamento b io lógico

• relação DQO/DB Os elevada:

- a f ração iner te (não b iodegradáve l) é e levada

- se a f ração não b iodegradáve l não for importante em te rmos de poluição

do corpo receptor : possíve l indicação para t ra tamento b io lógico

- se a fração não b iodegradáve l for importante em te rmos de poluição d o

corpo receptor : prováve l indicação para t ra tamento f ís ico-qutmico

A re lação D Q O / D B O s va r i a t a mbé m à medida que o esgoto passa pe las d iversas

unidades da estação de t ra tamento . A tendênc ia para a re lação é de aumentar , devido

à redução paula t ina da fração b iodegradáve l , ao passo que a f ração iner te permanece

aproximadamente ina l te rada . Assim, o e f luente f ina l do t ra tamento b io lógico possu i

va lores da re lação DQO / D B O 5 usua lmente superiores a 3 ,0 .

d) Car bono Or gânic o T ota l (COT )

Neste teste , o carbono orgânico é medido d ir e tame nte , e não indire tamente

a t ravés da de te rminação do oxigênio consumido, como nos t rês testes ac ima. C O T é

um teste inst rumenta l , e tem se mostrado sa t isfa tór io em amostras com reduz idas

quant idades de matér ia orgânica (Tchobanoglous e Schroeder , 1985) . Ta l é o caso ,

p r inc ipa lme n te , de c o rpos d' á g u a . O teste do C O T me de todo o c a rbono l i be ra do na

fo rma de C O 2 . Para garant i r que o carbono sendo medido se ja rea lmente o carbono

orgânico , as formas inorgânicas de c a rbono (c omo CO2, HC Oi e tc ) devem ser

removidas antes da aná l ise ou corr ig idas quando do cá lculo (Eckenfe lder , 1980) .

e ) Re laç ão e ntr e os par âm e tr os r e pr e s e nta t ivos do c ons umo de ox igê n io

Dada uma amostra de esgoto , a re lação usua l entre os pr inc ipa is parâmetros

representa t ivos do consumo de oxigênio para a estabi l ização da matér ia orgânica

(DBO.s, DBO i e DQO) dá-se , aproximadamente , como indicado na Figura 2 .4 .

2.3 .4 . Nitrogênio

Dentro do c ic lo do n i t rogênio na b iosfera , este a l te rna-se entre vár ias formas e

estados de oxidação, como resul tado de d iversos processos b ioquímicos. No me io

aquát ico o n i t rogênio pode ser encontrado nas seguintes formas:

- nitrogênio molecular

(N2)

(escapando para a a tmosfera)

- nitrogênio orgânico (d issolv ido e em suspensã o)

I líi




R E L A Ç Ã O E N T R E O S P A R Â M E T R O S D E C O N S U M O D E O X I G Ê N I O

ZOO

D B 0 5 D BO u D Q O

NOTAS:

- D B 0 5 = DBO exe rc ida a 5 d ias

- DBÕu = DBO úi l ima, exercida ao f ina l de vár ios d ias (usualmente > 20 d ias)

- caso o subst ra to se ja to ta lm en te b io deg ra dáv e l ( ex : g l i cose ). DBOu = DQO = de ma nd a teó r i ca

l

í r

, 2 . 4 . R e l a ç ã o a p r o x i m a d a e n t r e o s p a r â m e t r o s d e c o n s u m o de o x i g ê n i o e m e s g o t o s d o m é s t i c o s

amónia (livre - NH i e ioniz ada - NH.i

+

)

- nitrito (NO2")

nitrato

(NOi~)

O nitrogênio é um com ponen te de grande importância em termos da geração e do

própr io contro le da poluição das águas, devido pr incipalme nte aos seguintes aspe ctos:

• Poluição das águas

- o n itrogênio é um elemen to indispensável para o crescimento de algas, podendo

por isso , cm cer tas condições, conduzir a f enômenos de e u t ro f ização de lagos e

represas;

- o n itrogênio , nos processos de conversão da amónia a nitrito e este a nitrato,

implica no consumo de oxigênio d issolv ido no corpo d 'água receptor.

- o n itrogênio na forma de amónia livre é d iretamente tóxico aos peixes;

- o nitrogê nio na forma de nitrato está associado a doenças como a metahemog lo -

binemia;

• Tratamento de esgotos

- o n itrogênio é um elem ento indispensável para o crescimen to dos microrganis-

mos responsáveis pelo tratamento de esgotos;

- o n itrogênio , nos processos de conversão da amónia a nitrito e este a nitrato

(nitrificação),

que event ualm ente possa ocorrer numa estação de tratamento de


71



esgotos , implica no consumo de oxigênio e alcalin idade;

- o n itrogênio , no processo de conversão do nitrato a n itrogênio gasoso (desnitr i -

ficação), que eventualmente possa ocorrer numa estação de t r a tamen to de esgo-

tos, imp l ica em : (a ) economia de oxigênio e alcalin idade (quando realizado de

f o r m a contro lada) ou (b ) deter ioração da decantabil idade do lodo (quando não

contro lado) .

Em um curso d ' á g u a , a de te rminação da forma predominante do nitrogênio pode

fornecer indicações sobre o estágio da poluição eventualmente ocasionada por a lgum

lançamen to de esgo tos a montante. Sc esta poluição é recente, o nitrogênio estará

bas icamen te na forma de n itrogênio orgânico ou amónia e, se antiga, bas icamen te na

d c nitrato (as concentrações de nitrito sã o normalmente mais reduzidas) . Em resumo,

pode-se v isualizar a s d is t in tas s i tuações da forma generalizada apresentada no Quadro

2.6 (abstraindo-se de outras fontes de n itrogênio que não os esgotos).

Quadr o 2 .6 D is t r ibu iç ão r e l a t iva das form as de n i t rogênio s egundo d i s t in tas condiçõ es

C o n d i ç ã o F o r m a p r e d o m i n a n t e d o n i t r o g ê n io

E s g o t o

bruto

- N i t r o g ê n i o o r g â n i c o

• A m ó n i a

Poluição recente em um c u r s o d'água

- N i t r o g ê n i o o r g â n i c o 1

A m ó n i a

Estágio intermediário da poluição em um curso

d'água

- N i t r o g f l n i o o r g â n i c o

- A m ó n i a

- N i t r i to ( e m m e n o r e s c o n c e n t r a ç õ e s )

• N i t ra to

Poluição r e m o í a em um curso d'água

- N i t ra to

Elluente de tratamento se m nitrilicação

- A m ó n i a

EHuente do tratamento com nitriticação

- N i t ra to

Elluente de tratamento com • C o n c e n t r a ç õ e s m a i s r e d u z i d a s d e t o d a s a s

nitriticação/desnilri/icação f o r m a s d e n i t r o g ê n i o

Nota Nitropônio orgâ nico + amónio - NTK (Nitrogênio Total Kjeldahl)

Nos esgotos domésticos brutos , as formas predominantes são o n i t r o g ê n i o

o r g â n i c o e a a m ó n i a . Estes dois , conjuntamente, são determinados cm laboratór io

pelo método Kjeldahl, consti tu indo o assim denominado Nitrogênio Total Kjeldahl

(NTK), As demais fo rmas de n itrogênio são usualmente de menor importância nos

esgotos af luentes a uma es tação de tratamento . Em resumo, tem-se:

I líi




• NTK = amónia + n itrogênio orgânico . . . ,

.... (forma predominante no s esgotos

domésticos)

• NT - NTK + N0

2

" + NO-."

... (nitrogênio total)

A amónia exis te em solução tanto na forma de íon (NH4

+

) como na forma l ivre,

não ionizada (NH.i). A distribuição relativa assume a seguinte forma em função dos

valores de pH:

Distr ibuição entre as formas de amónia

• pH < 8 Praticam ente toda a amónia na forma de

Aprox imadamen te 50% Nlh e 50% NH

4

+

Praticamente toda a amónia na forma de NHi

Assim, pode-se ver que na faixa usual dc p i I , próxima à neutral idade, a amónia

apresenta-se praticamente na forma ionizada. Is to tem importantes consequências

ambientais , pois a amónia l ivre é tóxica aos peixes em baixas concentraçõ es.

Em cursos d 'ágUa ou em estações de tratamento de esgotos a amónia po de sofrer

transform ações poster iores . No processo de nitrificação a amónia é oxidada a iiitrito

e este a nitrato. N o processo de desnitrificaçâo os nitratos são reduzidos a nitrogênio

gasoso.

2.3.5. Fósforo

O fósforo na água apresenta-se pr incipalmente nas seguintes três formas:

• orto fos fatos

• polifosfatos

• fósforo orgânico

Os

or t of os f at os

são d iretamente d isponíveis para o metabolismo biológico sem

necessidade d e conversões a formas mais s imples . As pr incipais fon tes deo r to fos fa to s

na água são o solo, detergentes , fer t i l izantes , despejos industr iais e esgotos dom ésti-

cos (degradação da matér ia orgânica) . A forma cm que os or tofosfatos se apresentam

na água depende do pH. Tais incluem PO4", HPO4

2

", H2PO4", H3PO4. Em esgotos

domés t icos típicos a fo rma p redominan te é o HPO4"

2

.

Os

p o l i f os f at os

sã o moléculas mais complexas com dois ou mais átomos de

fósforo . Os po l i fo s f a to s se transformam em or tofosfatos pelo mecan ismo de h idrólise,

mas tal t ransformação é usualmente lenta.

O f ós f oro orgân ico é normalm ente de menor importância nos esgotos d omésticos

típicos, mas pode ser importante em águas residuárias industriais e lodos oriundos do

tratamento de esgotos . No tratamento de esgotos e nos corpos d'água receptores , o

fósforo orgânico é conver t ido a or tofosfatos .

A importância do fósforo associa-se pr incipalmen te aos seguintes aspec tos:

- o fósforo é um nutr iente essencial para o crescimento dos microrga nismo s respon-


7 3



r

sáveis pela es tabil ização da matér ia orgânica. Usualmente os esgotos domésticos

possuem um teor suf iciente de fósforo , mas este pode estar def iciente em cer tos

despejos industr iais ;

- o fósforo é um nutr iente essencial para o crescimento d e algas , poden do por isso ,

em cer tas condições, conduzir a fenômenos de eutrof ização de lagos e represas .

2.3.6. Indicadores de contaminação fccal

A

detecção dos agentes

patogênicos ,

pr incipalmente bactér ias , pro tozoár ios e

vírus , em uma amostra d 'ãgua é extremamente d if íci l , em razão das suas baixas

concentrações, o que demandar ia o exame de grandes volumes da amostra para que

fosse detectado um único ser patogênico . As razões de tal devem-se aos seguintes

fatos:

• em uma população apenas uma determinada faixa apresenta doenças de veiculação

hídrica;

• nas fezes destes habitantes a presença de patogênicos pode não ocorrer em elevada

proporção;

• após o lançam ento 110 corpo receptor ou no sis tema de esgotos há ainda uma grande

dilu ição do despejo contaminado.

Em assim sendo, a concentraç ão f inal de patogê nico s por unidade de volum e em

um corpo d 'água é sem dúvida bastante reduzida, fazendo com que a sua detecção

através de exames laborator iais seja de grande d if iculdade.

Este obstáculo é superado através do estudo t ios chamados

organ ismos in d ica-

d ores d e con t amin ação f eca l .

Tais organismos não são patogênicos, mas dão uma

satisfatór ia indicação de quando uma água apresenta contaminação por fezes huma-

nas ou de animais e, por conseguinte, a su a p ot en c ia l id ad e para transmitir doenças.

Os organismos m ais comum ente u ti l izados com tal f inalidade são as bactér ias do

grupo coliforme. A Figura 2 .5 mostra esquem aticam ente a posição do grupo colifor-

me com relação às bactérias, de maneira geral.

BACTÉRIAS

Fig . 2 . S . S i t u a ç ã o e s q u e m á t i c a d o g r u p o c o l i f o r m e c o m r e l a ç ã o à s d e m a i s b a c t é r i a s ( a d a p t a d o de La

R i v i é r e , i 9 8 0 )

I líi Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de esgotos



São ns seguintes as pr incipais razões para a u ti l ização do grupo coliforme como

indicadores de con taminação fecal:

• Os coliformes apresentam-se em grande quantidade nas fezes humanas (cada

ind iv iduo elimina em méd ia de 10

10

a 10

11

célu las pordia ) (Branco e Rocha, 979).

D e 1/3 a 1/5 do peso das fezes humanas é constituído por bactérias do grupo

co l i fo rme. Com isto, a probabil idade de que sejam detectados após o lançamen to

é incomparave lmen te superio r à dos organismos patogênicos.

• Os co l i fo rmes apresentam-se em grande número apenas nas fezes do homem e de

animais de sangue quente. Ta l fato é essencial, pois se exis t issem também nos

intestinos de an imais de sangue fr io deixar iam de ser bons indicadores de poluição

(Chris tovão, 1974).

• Os co l i fo rmes ap resen tam

resistência aproximadamente similar à maioria das

bactérias patogênicas intestinais. Ta l caracter ís t ica é importante, pois não ser iam

bons indicadores de contaminação fecal se morressem mais r ap idamen te que o

agente patogênico . P or outro lado, se a sua taxa de mortal idade fosse menor que a

das bactér ias patogênicas , também deixar iam de ser ú teis , um a ve z que, sobrevi-

vendo por mais tempo, tornar iam suspeitas águas j á depuradas. Exceção deve ser

feita aos vírus, q u e apresentam uma resis tência super ior à dos co l i fo rmes (Chr is-

tovão, 1974).

• As técnicas bacter io lógicas para a detecção de co l i fo rmes sã o

rápidas e econômi-

cas.

Os pr incipais indicadores de contaminação fecal comumente uti l izados são:

coliformes totais (CT)

coliformes fecais (CF)

estreptococos fecais (EF)

O grupo de c o l i f o r m e s t o t a i s (CT) constitui-se em um grande grupo de bactér ias

que têm sido iso ladas de amostras de águas e solos poluídos e não poluídos, bem

como de fezes de seres humanos e outros an imais de sangue quente. Tal g rupo foi

bastante usado no passado co mo indicador , e continua a s er usado em algumas áreas,

embora as d i f icu ldades associadas com a ocorrência de bactérias não fecais seja um

problema (Thoma nn e Mue üer , 1987). N ão exis te uma relação quantif icável entre CT

[• m icro rgan ismos patogênicos.

O s

co l i f ormes f eca is

(C F) são um grupo de bactérias indicadoras de o rgan ismos

or ig inár ios do trato intestinal humano e outros animais . O teste para CF é feito a uma

t-k-vada temperatura, na qual o c resc imen to de bactérias de or igem não fecal é

sup r imido (Thom ann e Mueller , 1987), AEscherichiacolié uma bactér ia per tencente

.1 este grupo.

O s estreptococos fecais (EF) incluem vár ias espécies ou var iedades de estrepto-

cocos, tendo no intestino de seres humano s eo u t r o s animais o seu habitat usual. Co mo

rxc tnp los c i tam-se os Streptqcoccus faecalis, os quais representam contami nação

In al humana, e Streptococcus bovis e Streptococcus equinas, que representam


7 5



(

bactér ias indicadoras d e bois e cavalos , respe ctivamente.

A legis lação ambiental considera, implici tamente, uma relação entre coliformes

to tais e coliformes fecais igual a 5 (CT/CF = 5) . No entanto , exis te uma grande

dispersão em torno deste valor , que depende ainda do tempo decorr ido após o

lançamento dos esgotos na água.

A relação entre coliformes fecais e es treptococos fecais (CF/EF) é um bom

indicador sobre a or igem da contaminação. Quanto maior o valor da relação CF/EF,

considera-se que seja maior a contr ibuição relat iva da contaminação de or igem

humana . De maneira geral , adotam-se os seguintes l imites:

• C F / E F > 4 Contaminação predominantemente humana

(os esgotos domésticos são um componente importante)

. C F /EF < 1

Contaminação predominante cle outros animais de

sangue quente

(o escoamento superf icial é um

componen te impor tan te )

• 1 < C F / E F < 4

Interpretação duvidosa

No entanto , d iversos cuidados devem ser tomados, tanto nas condições corretas

para a obtenção dos dados de CFe l i l- quanto na in terpretação da relação CF/EF. De

manei r a geral, pode-se dizer que esla relação seja útil apenas como um indicador

amplo da provável or igem pr incipal da contaminação.

2 . 4 , Re lações d imen s ion ais en t re carga e co n cen t ração

Antes de se apresentar as concentrações t íp icas dos pr incipais poluentes presentes

nos esgotos , é impor tante relembrar com clareza os conceitos de carga per capim,

carga e concentração. ,

A

carga per capita

representa a contr ibuição de cada indiv íduo (expressa em

termos de massa do poluente) por unidade de tempo. Uma unidade c o m u m e n t e usada

é a de g /hab.d . Ass im, quando se diz que a contribuição per capita d e D B O é de 54

g/hab.d , equivale a dizer que cada indivíduo contribui por dia, em média, com o

equivalente a 54 g ramas de DBO.

A carga af luente a uma estação de tratamento de esgotos co r r esponde à quanti-

dade de poluente (massa) por unidade de tempo. Neste sentido , relações de impor-

tância são:

7 6




t iirga

=

população x carga per capita

( .Ml

, / população (hab). carga per capita (g/hab.d)

i •arga {k e/a) = —

1

1000 (g/kg)

2 . 2

carga - concentração x vazão

concentração (g/m

}

) . vazão (nv/cl)

carga (kg/cl) =

1000

(g/kg)

(2 .3)

(2 .4)

Obs: g /m ' = mg/l

A c o n c e n l r a v ã o d e um d espejo pode ser obtida através do rearranjo da s mesmas

relações d imensionais :

concentração - carga/vazão

(2 .5)

concentração (g/»S) =

carga(kg/J).

1000

(g/kg)

vazão (mVd)

2.6)

concentração = carga per capita / quota per capita

_ , . earva per capita (g/hab.d). 1000 (l/m )

concentração (g/ni ) =

L 112

—

1

quota per capita (l/hab.d)

(2 .7)

2.8)


7 7



Exemplo 2.I

Os habitantes de uma comunidade geram um a contribuição per capita de

DUO de 54 g/hab.d, e uma contribuição per capita de esgotos de 180 l/hab.d.

Calcular a concentração de DBO nos esgoto.

1

;.

Solução:

carga per capita

concentracao = "— .—

vazao per capita

18 0 l/hab.d

ò

Exemplo 2.2

a) Calcular a carga de nitrogênio total afluente a uma ETE, sendo dados:

- concentração =• 45 ingN/l

- vazão = 50 l/s

Solução

Expressando-se a vazão em m Vd, tem-se:

„ 50 l/s . 86400 s/d

Q = — Í = 4 . 3 2 0 ni/d

1000 l /m*

A carga de nitrogênio é:

45 g/n?. 4 3 2 0 w V d ,

carga

= — = 19 4

kgN/d

ò

ooo g kg

b) Nesta mesma estação, calcular a concentração de fósforo total afluente,

sabendo-se cjue a carga afluente é de 60 kgP/cl.

concentração = =

13, 9

gP/m* =

13,9

mgP/l

2.5. Característ icas dos esgotos d omés t icos

As caracter ís t icas quanti tat ivas químicas t íp icas de esgotos predominantemente

domésticos encontram-se apresentadas de forma s in tet izada no Quadro 2 .7 .

I

líi Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de esgotos



E T F E S

- B i b l i o t e c a

Quadro 2.7 Características químicas dos esgotos dom ésticos brutos

/

C o n t r i b u i ç ã o p e r c a p i t a ( g / h a b r í ) C o n c e n t r a ç ã o

F a i x a T í p i c o

U n i d a d e

Fa ix a T í p i c o

Sólidos Totais

1 2 0 - 2 2 0 1 8 0 m g / l 7 0 0 - 1 3 5 0 1 1 0 0 ^

• Em suspensão 3 5 - 7 0 6 0 m g / l 2 0 0 - 4 5 0 4 0 0

- Fixos 7 -14 10 m g / l

4 0 - 1 0 0 8 0

- Voláteis 2 5 - 6 0 5 0 m g / l

1 6 5 - 3 5 0 3 2 0

• Dissolvidos

8 5 - 1 5 0 120

m g / l 5 0 0 - 9 0 0 7 0 0

Fixos

5 0 - 9 0 7 0

m g / l 3 0 0 - 5 5 0

4 0 0

- Voláteis 3 5 - 6 0 5 0

m g / l 2 0 0 - 3 5 0 3 0 0

• Sedimentáveis

•

m g / l 10 -20

15

Matéria Orgânica

• Determinação indireta

-DBO

s

4 0 - 6 0 5 0 m g / l

2 0 0 - 5 0 0

3 5 0

-DOO

8 0 - 1 3 0 1 0 0 m g / l

4 0 0 - 8 0 0 7 0 0

- DBO última

6 0 - 9 0 7 5 m g / l

3 5 0 - 6 0 0 5 0 0

• Determinação direta

-COT 3 0 - 6 0

4 5

m o / i

1 7 0 - 3 5 0 2 5 0

Nitrogênio Total

6 , 0 - 1 1 2 , 0

8 ,0

m g N / l

3 5 - 7 0

5 0

• Nitrogênio orgânico

2 . 5 - 5 , 0

3 ,5

m g N / l

1 5 - 3 0 2 0

• Amónia

3 , 6 - 7 , 0

4 ,5

m g N H

3

- N / l

2 0 - 4 0

3 0

• Nitrito

. 0

= 0

m g N 0

2

- N / l

- 0

» 0

• Nitrato

0 . 0 - 0 , 5

= 0

m g N 0

3

- N / l

0 - 2

- 0

Fósforo

1 .0 -4 ,5

2 , 5 m g P / 5 - 2 5 1 4

• Fósforoorgãnico

0 , 3 - 1 , 5 0 , 8 m g P / 1

2 - 8 4

• Fósforo inorgânico

0 , 7 - 3 , 0

1,7

m g P / i 4 - 1 7 1 0

pH

^ .

6 , 7 - 7 , 5 7 , 0

Alcalinidade 2 0 - 3 0 2 5 m g C a C 0

3

/ l 1 1 0 - 1 7 0 1 4 0

Cloretos

4 -8

6 m g / l 2 0 - 5 0 3 5

Óleos e Graxas 10 -30

2 0 m g / l 5 5 - 1 7 0 1 1 0

Fontes: Arceivala {1381), Pessoas Jordão (1982), Qasim (1985). Metcalf & Eddy (1991) e experiência do autor

Campos e von Sper l ing (1995) obtiveram, para esgotos predominantemente

domiciliares, oriundos de nove sub-bacias de Belo Horizonte, as relações expressas nas

Equações 2 .9 e 2 .10 , entre carga per capita de DBO e concentração de DBO versus

rendimento fam iliar mensal médio familiar (em núm ero de salários mínimos) (ver Figura

2.7). Tais relações foram oriundas de dados obtidos pela COPAS A-M C (1988). No entanto,

é im portante reforçar que os dados guardam uma especificidade regional, ne cess itand o de

grand e cautela para a sua extrapolação para outras condições.


VI



C O N C E N T R A Ç Ã O D E D B 0 5 v s N Ú M E R O D E S A L Á R I O S M Í N I M O S

y=247+exp(5 .91 -0 .26 ' x )

C A R G A P E R C A P I T A D E D B 0 5 v s N U M E R O D E S A L A R I O S M Í N I M O S

y = 32.9 + 1.25'x

4 3 12 18

N Ú M E R O D E S A L Á R I O S M Í N I M O S

Fig. 2.7. Concentração de DBO (mg/l) e carga per capita de DUO (g/hab.d) em função cia renda familiar

(esgotos domiciliares)

Concentração de DBO (mg/l) = 247 + JW-M6xR««la)

(2 9)

Carga per capita de

DBO

(g/hab.d) = 32,9 + l,25xRenda (2.10)

onde:

Renda = renda familiar mensal média (número de salár ios mínimos) (salár io

mínimo em 1995: US$ 100 por mês)

As caracter ís t icas b io lógicas t íp icas de esgotos domésticos , em termos de orga-

nismos patogênicos, encontram-se apresentadas no Quadro 2 .8 .

I

líi




Quadr o 2 .8

Microrgani smos presen tes nos esgotos domés t i cos bru tos

M i c r o r g a n i s m o

C o n t r i b u i ç ã o p e r c a p i t a ( o r g / h a h . d ) C o n c e n t r a ç ã o ( o r g / 1 0 0 m l )

Hac té r ias to ta is

C o l i f o r m e s t o t a i s

C o l i f o r m e s f e c a i s

E s t r e p t o c o c o s f e c a i s

C i s t o s d e p r o t o z o á r i o s

O v o s d e h e l m i n t o s

V í rus

Adaptado parc ia lmente de Arce iva la (1981)

2.6. Característ icas dos despejos industriais

2.6.1. Conceitos gerais

Os despejos industr iais apresentam um a ampla var iabil idade das suas caracter ís-

ticas quali tat ivas , o que dif iculta uma generalização dos valores mais comuns.

Em termos do tratamento b io lógico dos despejos industr iais , as sumem importân-

cia os seguintes aspectos e conceitos:

• Biod cgrad ah i l id ad e: capacidade dos despejos de serem estabil izados por proces-

sos b ioquímicos, através de microrganismos.

• Trulahil idade:

fac tib i l idade dos despejos serem tratados por processos b io lógicos

convencionais .

• Con cen t ração d e mat ér ia orgân ica: DBO dos despejos , a qual pode ser: (a) mais

elevada do que os esgo tos domésticos (despejos predominantemente orgânicos,

tratáveis por processos bio lógicos) , ou (b) infer ior aos esgotos domésticos (despe-

jo s não predominantemente orgânicos, em que e menor a necessidade de r emoção

da

D B O ,

mas em que o caráter polu idor pode ser expresso em termos de outros

parâmet ro s de qualidade) .

• Disponibil idade de nutrientes: o tratamento b io lógico exige um equil íbr io har-

mônico entre os nutr ientes C:N:P. Tal equil íbr io é normalmente encontrado cm

esgotos domésticos .

• Toxidez:

determinados despejos industr iais possuem consti tu in tes tóxicos ou ini-

b idores , que podem afe ta r ou inviabilizar o tratamento b io lógico .

E cons iderada um a prática que sur te bons resultados a in tegração dos despejos

industr iais com os esgotos domésticos , na rede publica de coleta , para posterior

tratamento con junto na estação. Para q ue ta l prática seja ef icaz, é necessário qu e sejam

previamente removidas dos despejos industriais os contamina ntes que possam cativai

um dos seguintes problemas:

- Toxidez ao tratamento b io lógico .

- Toxidez ao tratamento d o lodo e a sua d isposição f inal .

- Riscos à segurança e problemas na operacionalidade da rede de coleta i- mm- . p

tação.

Características das águas residitárias

Hl



- Presença do

c o n t a m i n a n t e

no efluente do tratamento biológico, devido ao fato do

mesmo nao sei removido pelo tratamento.

2.6.2. Equivalente populacional

l Jm iinporlanle parâme tro caracterizador do s despejos indus triais é o equ ivalente

populacional , lai traduz a equivalên cia entre o potencial poluido r de um a indústria

(comuinenle em termos de matéria orgânica) e uma determinada população, a qual

produz, essa me sma carga poluidora. As sim, qua ndo se diz que uma indústria tem um

equivalente populacional de 20.000 habitantes, equivale a dizer que a carga de DBO

do efluente industrial corresponde à carga gerada por uma localidade com uma

população de 20 .000 h abi tantes. A fórmula para o cá lculo do equivalente populacio-

nal de DBO é:

_ _ , . , . . carga de DBO da indústria (kg/d)

L.P.

(equivalente

populacional) =

contribuição

per

capita

de DBO (kg/liab.d)

(2.11)

Caso se adote o valor f requentemente ut i lizado de 54 gDBO /hab.d, tem-se:

„ „ , . . . . .. carga de DBO da indústria (kg/d)

E.P. (equivalente populacional) =

1

(2.12)

0,054 (kg/hab.d)

Exemplo 2.3

Calcular o Equivalente Populacional (EP) de uma indústria que possui os

seguintes dados:

• vazão = 120 nr/d

• concentração de DBO = 2000 m g/l

Solução:

A carga de DBO é:

1

l O r r f / d . 2 0 0 0 g / m

3

carga = vazão . concentração = — — = 2 4 0 kg DBO/d

1 Q00g/kg

O Equivalente Pop ulacional é:

E P =

« g y , 2 4 0 k g / d

=4444hah

carga per capita 0,054 kg/hab.d

Assim, os despejos desta indústria possuem um potencial poluidor (em termos

de DBO ) equivalente a uma população de 4.444 habitantes.

I

líi Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de esgotos



2.6.3. Característ icas dos despejos industriais

As caracter ís t icas dos despejos industr iais var iam essencialmente com o t ipo da

indústria e com o processo industrial utilizado. O Quadro 2.9 apresenta os principais

I

larâmetros que devem ser investigados para a caracter ização dos desp ejos , em funç ão

do ramo de atividade da indústria. Tal tabela é apenas um guia geral, havendo sempre

possib il idade de que o ef luente de uma determ inada indústr ia possua um p arâm etro

de importância não listado, ou de que certo parâmetro incluído no quadro não seja de

relevância para a indústr ia em consideração.

O presente texto d ireciona-se pr incipalmente para o tratamento de esgotos p redo-

minantemente domésticos . Em assim sendo, o pr incipal parâmetro de in teresse é a

DBO. O Quadro 2 .10 apresenta informações gerais acerca da poluição orgânica

C.crada por determinadas indústrias, inclusive os equivalentes populacionais e as

cargas de DBO por unidade produzida. O E xemp lo 2 .4 i lustra a u ti l ização do quad ro

para a determinação da DBO dos despejos industr iais af luentes a uma HTE.

Características d as águas residitárias

Hl



Quadro 2.9.

Principais parâmetros de importância nos efluentes industriais, em função do

ramo de atividade da indústria

R a m o

A t i v i d a d e

D B O o u

D Q O

SS

Óleos

G r a x a s

Fenó is

P H

CN"

Meta i s

Us inas de açúcar e á l coo l

X

X

X

X

C o n s e r v a s c a r n e / p e i x e

X X X

Produtos

Lat i c ín ios

X X X X

alimentares

Matadouros e f r i go r í f i cos

Conserva de f ru tas e vege ta i s

M o a g e m d e g r ã o s

X

X

X

X

. X

X

X

X

Bebidas

Ref r i geran tes

Cerve ja r i a

X

X

X

X

x

X

X

X

A l g o d ã o

X X

Têxtil

L ã

X X X

Têxtil

S in té t i cos

X X

"Fingimento

X

X X X

Couros e peles

C u r t i m e n t o v e g e t a l

C u r t i m e n t o a o c r o m o

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

Papel

Process . da po lpa ce lu lose

X

X

X X

Papel

F a b r i c . d e p a p e l e p a p e l ã o

X

X X X

V idros e espa lhos

X

X X

X

Produtos minerais

Fibra de v id ro

X X X X

não metálicos

C i m e n t o

C e r â m i c a

X

X

X

X

X

X

Borrachas

Ar te fa tos de bor racha

P n e u s e c â m a r a s

X

X

X

X

X

X

X

X

Produtos qu ímicos (vár ios )

X

X X X

Produtos

químicos

Labora tó r i o fo tográ f i co

T in tas e coran tes

Inse t i c idas

Des in fe tan tes

X

X

X

X

X

X

Plásticos

P lás t i cos e res inas

X

X X X X

Perfum. e sabões

C o s m é t . , d e t e r g . e s a b õ e s

X X X

Mecânica

P r o d u ç ã o d e p e ç a s m e t á l i c a s

X X

Produção de fe r ro gusa

X X X

X

X X X

Metalúrgica

S i d e r ú r g i c a s

X

X X

X

X

Tra tamento de super f í c ies

X X X X X X

Mineração

At i v idades ex t ra t í vas X

X

Derivados de

Combus t íve i s e l ubr i f i can tes

X X X X

petróleo

Us inas de as fa l to

X

X

Ar tig. elétrico

Ar t i gos e lé t r i cos

X

X

Madeira

S e r r a r i a s , c o m p e n s a d o s

X

Serv. pessoais

L a v a n d e r i a s

X X X

8 4

>




Quadro 2 .10 Caracter ís t icas das águas residuárias de algumas indústr ias

Gênero T ipo

Unidade de

produção

Consumo

espec i f i co de

água (m

3

/unid)

Carga

espec i f i ca de

DEO (kg/unid)

Equiv . popul de

DE O ( hab/unid)

Concentração

de DBO (mg/ l )

Carga

espec í f i ca de

SS (kq/unid )

Carga

espec i f i ca de

SDT (kg/unid. )

A l iment íc ia

- Conservas ( f r utas / legumes)

- Doces

- Açúcar de cana

• Laticínio sem queijar ia

- Laticínio com queijar ia

- Margar ina

- Matadouros

- Produção de levedura

1 ton

1 ton

1 ton açúcar

10001 leite

10001 leite

1 ton

1 boí /2.5 porcos

1

ton

4-50

5-25

0,5-10,0

1-10

2-10

20

0.3-0.4

150

30

2-8

2.5

1-4

S-40

30

4-10

1100

500

40-150

50

20-70

90-700

500

70-200

21 000

600-7 500

200-1 000

250-5,000

300-2.500

500-4 000

1.500

15.000-20.000

7.500

4

20-250

300-400

5

19 2 250

Bebidas

- Des t i l ação de ál cool

- Cervejar ia

. Refr igerantes

- Vinha

1 ton

1 m

3

1 m

3

1

m

3

SO

5-20

2-5

5

220

8-20

3-6

0.25

4 OOO

150-350

50-100

5

3.500

500-4.000

600-2.000

260

1,400

400

Têx i t

- A lgodão

• L ã

- Rayon

- Ny lon

• Polyester

• Lavander ia de lã

- Tinturar ia

- A lvejamento efe tec idos

1 ton

1 ton

1 i on

1 ton

1 ton

1 ton

1 ton

1 ton

120-750

SOO-600

25-60

100-150

60-130

20-70

20-60

150

300

30

45

185

100-250

100-200

16

2.800

5.600

550

800

3.700

2-000-4.500

2 000-3.500

250-350

200-1 500

500-600

500-1.200

350

1 500-3.000

2 000-5 000

2.000-5.000

250-300

70

200

55

30

100

200

480

100

100

150

Couro e Cur tume

- Cur tume

- Sapatos

11on pele

1000 pares

20-40

5

20-150

15

1 000-3.500

300

1 000-4.000

3.000

220-300 350-400

Polpa e Papel

- Fabri c de polpa sul fatada

• Fabr i cação de papel

- Polpa e papel integrados

1 ton

1 ton

1 ton

15-2CÜ

30-270

200-250

30

10

60-500

600

100-300

1000-10.000

300

3 0 0 - 1 0 0 0 0

18

400-1 000

170

Indús t r i a Química

- Tinta

• Sabão

- Retinaria de petróleo

- P V C

t e mp r e g a d o

1 ton

1 bar r i t { 1171)

1 ton

0.110

25-200

0.2-0.1

12.5

1

50

0 0 5

10

2 0

1000

1

200

10

250-2 000

120-250

800

1.5

Indus t r i a

Não-merál i ca

- V idro e sub produtos

- C imenta (processo seco)

1 ton

1 ton

50

S

-

0.7 8

0.3

Siderúrgi ca

- Fundição

• L a m i n a ç ã o

1 ton gusa

1 ton

3-8

8-50

0.6-1 6

0.4-2.7

12-30

8-50

100-300

30-200

-

Fontes CETESB (1976) , Brai le e Cavalcant i ( 1977) , Arceivala (1981) , Hcsan g e Bischof (1984) . Salvador< 1991) . Wel tzenfeld (1984)

Noia dados nâo preenchidos ( - ) podem s igni f i car dados não s igni fi cat i vos ou dados n io o bt idos



Exemplo 2.4

Um matadouro abate 30 cabeças de gado e 50 porcos po r dia. Dar as

características estimadas do efluente.

Solução:

Pelo quadro das características dos despejos industriais (Quadro 2.10),

adoiando-se como valor médio o de 7 kgDBO/boi abatido (1 bo i-2,5porcos):

a) Carga de DBO produzida

. . 7

kgDBO

30

bois . . . .

n D / 1 /

,

- bois: — j——

•

—— — = 2 10 kgDBO/d

1 kgDBO/boi 50 po rco s . . . . ,

- porcos: • — - = 140 kgDBO/d

2,5

porcos/boi a

- total: 210 + 140 = 350 kgDBO/d

b) Equivalente populacional (EP)

EP = ^ ^ 150 kgDBO/d

= M 8 | hab

carga per capita

0,054

kgDBO/hab.d

c) Vazão de esgotos

Pelo Quadro 2.10. adotando-se o valor médio de 0,35 m

y

/boi abatido (ou por

2 ,5 porcos abatidos):

, . 0,35 w

1

30 b ois . . . ,

- bois:

— :— :—

•

; — = 10,5

m /cl

bo i d

0,35 ir?/boi 5 0 p o r c o s

n

, . ,

- porcos: • — = 7 m /d

2,5 porcos/boi cl

- total: 10,5 + 7,0 = 17,5 m/d

d) Concentração de DBO nos esgotos

concentração-™ = kgDBO/d ^

= 2() 0{)()

,

=

vazao 17.5

n

?/

c

{

- 2 0 . 0 0 0 mg/l

I

lí

n t r o d u ç ã o à qualidade das águas e ao tratamento de esgotos



2.7. Exemplo geral de quant if icação de cargas poluidoras

2 . 7 . 1 . Con f igu ração d o p rob lema

Estabelecer as características dos esgotos a serem gerados pela cidade A até

o ano 20 de operação. A projeção populacional prevê os seguintes valores

para a população a ser atendida pela futura estação de tratamento de esgotos:

Ano Popu laçao (hab)

0 40 .000

5 47 .000

10 53 .000

15 58 ,000

20 62.000

A cidade possui ainda uma indústria de laticínios, com produção de leite,

queijo e manteiga, que processa atualmente cerca de 5.000 litros da leite por

dia. Há previsões de expansão para o ano 10, quando a capacidade será

duplicada.

A extensão da rede coletora de esgotos é prevista em torno de 50 km para o

an o 0, sendo a partir daí expandida num crescimento vegetativo de aproxi-

madamente I km por ano.

Dada a falta de tempo e condições, não foi possível obter-se dados amostrais

da s características atuais dos esgotos. Estabelecer hipóteses adequadas para

os diversos parâmetros de cálculo.

2.7.2. Est imat iva das vazões

a) Vazão d om és t ica

• Vazão média

Assumir :

- quo ta pe r capita de água: QPC= 160 1/hab.d (ver Quadro 1.1)

- coef iciente de retorno esgoto/água: R=0,8 (ver Item 1.2.3)

A vazão média para o ano 0 é (segundo a Equação 1.2):

Pop.QPC.R 40 .000 x 1 6 0 x 0 , 8 ,

= 1000 ÍÕÕÕ = 5 . 1 2 0 « / r f ( = 5 9 , 3 l/s)

As vazões dos demais anos são calculadas de form a s imilar , a l terando-se apenas

a população.

1 iihu terísticas das águas residuárias 87



• Vazão máxima

Adotando-se a fórmula de Harmon (Quadro 1.5), calcula-se a relação Q máx/Qméd

para a população de cada ano. Para o ano 0, tem-se:

- 1 + - V = 2 , 3 6

Qméd

4 + V p 4 + V 40

Os valores de Q

m;

-

ix

são obtidos mult ip l icando -se Qméd pela relação Qmáx/Qméd.

Assim, para o ano 0, tem-se:

Q

má x

= 2 ,36*59,3

l/s

= 139,6

l/s

As relações e as vazões para os demais anos são calculadas de maneira s imilar ,

al terando-se apenas o valor de P (população/1000) .

• Vazão mínima

Adotar Q mín/Q méd igual a 0 ,5 . Os valores de Q,„f

n

são obtidos m ult ip l icando-se

Qméd

pela relaç ão

Qmín/Qméd.

Assim, para o ano 0, lem se

Qntin = 0,5 x 59,3

l/s =

29,6

l/s

As relações e as vazões para os demais anos são calculadas de maneira similar.

b) Vazão de inf i l tração

Adotar Qini = 0,3 l/s.km de rede coletora. Considerar o valor resultante de cada

ano, como incid indo apenas nas vazões média c máxima.

Para o ano 0, tem-se:

Q i „ f = 50 km . 0,3 l/s.km= 15,0 l /s (= 1.296 nr/d)

As vazões para os demais anos são calculadas de maneira s imilar , lem brando-se

apenas que a cada ano a rede coletora aumenta I km.

c) Vazão industrial

Adotar o valor de 7 nr

1

de esgoto por 1000

1

de lei te processado (admitindo o

consumo de água igual à produção de esgoto) (ver Quadro 1.6).

Considerar , para os anos 0 e 5 , o processa mento de 5 .000 I de leite po r dia e, p ara

os anos de 10, 15 e 20, o processamento de 10.000 l/d (dado do problema).

Adm itir que a vazão máxima é 1 ,5 vezes a vazão m édia, e que a vazão mínim a é

0,5 vezes a vazão média,

Para o ano 0, tem-se:

-

Qmcd

= 5 nr leite x 7 nr' esgoto/nr leite = 35 nrVcl (= 0,4 l/s)

- Qmáx

= 1,5

X Qmcd

= 1,5

X

0 ,4 = 0 ,6 l / s

- Qmm = 0,5 X Qméd = 0,5 X 0 ,4 = 0 ,2 l / s

As vazões para os dem ais anos são calculadas de mane ira s imilar .

85

Introdução 1 1 qualidade das águas e ao tratamento dc esgolos



ETFES Bib l io teca

d) Vazão total

A vazno to tal corre spon de à soma das vazões doméstica, de inf i l tração e indiisii i.il

Ass im, para o ano 0 , a vazão total af luente à estação de tratamento é:

vazão total = vazão domestica + vazão infiltração + vazão industrial

- vazão média total =59,3 + 15,0 + 0,4 = 74,7 l/s (= 6.451 m

3

/d)

- vazão máxima total =139,6 + 15,0 + 0 ,6 = 155,2 l/s (= 13.409 té/d)

- vazão mínima total =29,6 + 0,0 + 0,2 = 29,8 l/s (= 2.575 m

3

/d)

As vazões para os demais anos são calculadas de maneira similar.

2.7.3. Carga dc DIU)

a) DBO d omés t ica

Adotar a produção per capita de 50 gDBOj/hab.d (ver Quad ro 2.7)

Para a popu lação do ano 0 , tem-se:

carga de DBOs doméstica = 50g/hab.dx40.000 hab = 2x

W>

g /d

=

2.000 kg/d

As cargas para os demais anos são calculadas de maneira similar.

b) DBO das águas de inf i l tração

Considerar como nula a carga dc D B O pelas águas de infiltração.

c) DBO industrial

Adotar o valor de 25 kg de D B O por 10001 d c lei te processado (ver Quad ro 2 .10).

Considerar , para os anos 0 e 5 , o processame nto de 5 .000 I de leite por dia e, para

os anos de 10, 15 e 20, o p rocessamen to de 10.000 l/d (dado do problema) ,

Para o ano 0 , tem-se:

carga de DBOs industrial = 2 5 kg/1000 l leite x 5.000 l leite/d = 125 kg/d

As cargas para os demais anos são calculadas de maneira similar.

d) Carga de DBO total

A carga de D B O total co r r esponde à s o m a das cargas de D B O domés t ica , D B O

de inf i l tração e D B O industrial. Assim, para o ano 0, a carga total de D B O é:

carga DBOs total - carga DBOs doméstica + carga

DBO<;

infiltração + carga

DBOs industrial

carga DBOs total = 2.000 + 0+ 12 5 = 2.125 kg/d

As cargas totais para os demais anos são calculadas de maneira similar.

2 . 7 . 4 . Con cen t ração d e DBO

A concen t r ação de D B O é dada pelo quociente entre a carga de D B O e a vazão

d e esgotos (ver Equa ção 2 .5) . Aco ncentra ção de D B O do s esgotos af luentes à es tação

de tratamento no ano 0 é:

Características das águas residuárias VI



concentração = carga/vazão = (2.125 kg/cl) / (6.451 m

3

/d) = 0,329 kg/m

3

= 329

g/m

3

= 329 mg/l

As concentraçõ es de D BO para os demais anos são calculadas de maneira s imilar.

2.7.5. Apresentação dos resultados

O Quadro 2 .11 apresenta o resumo dos d iversos valores determinados segundo

os critérios propostos. Deve-se esclarecer que tal quadro pode ser ampliado para

incluir outras características dos esgotos, tais como sólidos em suspensão, nitrogênio

e fósforo . A metodo logia a ser empregada é a mes ma uti l izada para a DB O.

9 0

Introdução 11 qualidade das águas e ao tratamento dc esgolos



Quadro 2.11 Vazões e cargas afluentes à ETE

Dados

da

Comundade VazSoEsgolosf/s)

Carga Je DBO Méda

W d )

Equival

Concenraçâo

de DBO

(mo/0

AiD

ExensSo Prod.

Pop

Rede Induslr.

(hah

(km) ( leie)

Vazão

Doméstca

Vaz®

Inlltr.

Vazäo Industrial

VazSo Tota

(ft) ^

Domés-

Infiltr. IrduSK- Talai

tea

Popul.

Induslr

(hab)

Inlillr. Industr. Tota

l o

ExensSo Prod.

Pop

Rede Induslr.

(hah

(km) ( leie)

Vazäo Vazäo Vazäo

Minima Média Máiira

Vaz®

Inlltr.

Vazio Vazão Vazas

Mínima Média Máii™

Méda

Vazäo Vazäo Vazäo

Minima Média Máxma

Domés-

Infiltr. IrduSK- Talai

tea

Popul.

Induslr

(hab)

Inlillr. Industr. Tota

l o

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

11

12

13 14 15 16 17 18

19

20 21 22

23 24

0

40000

50

5000

29.6 59.3 139.6 15.0

02

0,4

0,6

29â 74? 155.2 645:

:

2000 0 126 : 2725 :

2500 391 0 3571 529

5 47000 55 5000 34,8 69.6 159.4 16.5 0 2 0.4

0,6 35.0 35,5 176,5 7477 2350

0 125 2475 2500 391 0 3571 331

10

53000 60 10000 39,3 78.5 176,0 18,0

0,4

0.8

1.2

39.7 97,3 195.2 8409: 2550 0

250 2900 : 50D0 391 0 3571 346:

IS 58000 65 loooo

43.0 65.9 169.5 19.5

0.4

0.8

1,2

43,4 106 2 210,2 9179. 2900

0 250 3150 5000 391 0 3571

343

20 62000

70

loooo 45,9 91,9

200,1

21,0

0,4

0.8

1,2

46.3

222.4 9820 3100

0 250

3350

5000 391 0 3571

341

col1: dados do problema

col 2

dados

do problems

col 3: dados do problema

col 4: dados do problema

col 5 = col 6 x 0.5

col 6« col 2 x (160 l/hab. d x 0.8) /86400 s/d

col 7 = colSx (1 t 14(4 f(cOl 1/1000?*))

col 8 = col 3 x 0.3 l/s. km

col 9

—

col 10x0.5

col 10 = col 4

X

7 nf esg/rrr lei

re

x 1000 f/rrf /86400 s/d

col 11 = col 10 x 1.5

col 12 = col 5 + col 9

col 13 = col 6

+

col 8 + col

10

col

14

= col 7 * col 8 + col

11

col 15 = col

13

x 86400 s/d /

1000

l/rrf

col 16 = col 2x0.050 kg/hab d

col 17 = 0

col 18 = col 4x25 kg/1000 I Isle

col 19 = cot 16 + col 17+col 13

col 20= col 18/0.050 kg/habM

col 21 = col 16 x 1000 /irr x 1000 g/kg/(co 6 x 86400 s/d)

col 22 = col 17 x

1COO 1/irP

x

1000

g/kg / (col 8 x 86400 s/d)

col23 = col ISx

1000 Urr?

x

1000

g/kg/(col

10

x 86400s/d)

CO 124 - (col 19/col 15) x 1000 g/kg



CAPÍTULO 3

Imp acto do lançamento de

efluentes nos corpos receptores

1 . P O L U I Ç Ã O P O R M A T É R I A O R G Â N I C A E

A U T O D E P U R A Ç Ã O D O S C U R S O S D ' Á G U A

14. In t rod u ção

O presente i tem aborda um dos pr incipais problemas de poluição dos cursos

d 'águ a, já so lucionad o nos países mais desenvolvido s, mas ainda de grande vulto em

nosso país , a saber , o consu mo do oxigênio d issolv ido após o lançamen to de esgotos ,

A importância da compree nsão deste fenôm eno no contexto da área de tratamento de

esgotos relaciona-se à determinação da qualidade permitida para o ef luente a ser

lançado, incluindo o nível de tratamento necessário e a eficiência a ser atingida na

remoção de DBO.

. inirodnç ãn de matéria orgânica em um corpo d 'agu a resu Ita, indi rettameale^no

cçinsumo de oxistêniodissolvido. Tal se dev e aos proces sos de estabili zação da matéria

orgânica realizados pelas bactérias decompositoras, as quais utilizam o oxigênio dispo-

nível no meio líquido para a sua respiração. O decréscimo da concentração dc oxigê nio

dissolv ido tem diversas implicações do ponto de v is ta ambiental , consti tu indo-se,

com o já d ito , em um dos pr incipais problema s de poluição das águas em nosso meio .

O objetivo deste texto éo estudo do fenôm eno do consum o do oxigênio d issolv ido

e da autodepuração, através da qual o curso d 'água se recupera, por meio de

mecanismos puramente naturais . Ambos os fenômenos são analisados do ponto de

vis ta ecológico e, poster iormente, mais especif icamente, através da representação

matemática da trajetór ia do oxigênio d issolv ido no curso d 'água.

Hm te rmos mais amp los , o f enômeno da au todepu ração es tá v incu lado ao

restabelecimento do equilíbrio no meio aquático, por mecanismos essencialmente

luih.trais^qprísasjilteraç ões induzidas pelos despejos afluentes. Dentro de uma visão

mais específ ica, tem-se que, como par te in tegrante do fenômeno de autodepuração,

us compostosjirgânicos são conver t idos eQixomimsl&sjner tes e não prejudiciais do

| ioníg_de v is ta eco lógic o .

Deve ser entendido que o conceito de autodepuração apresenta a me sma relatividade

<|tie o conceito d e poluição. Um a água pode ser considerada depurada, sob um ponto de

Impacto do lançamen to de efluentes nos corpos receptores

9 3



vista, mesm o que não esteja totalmente purificada em term os higiênicos, apresentando,

I >or exemplo, organismos patogênicos. Dentro de um enfoq ue prático, deve-se co nsiderar

que um a água esteja depurada quan do as suas características não mais sejam c onflitantes

com a sua utilização prevista em cada trecho do curso d'água . Isto porque não existe um a

depuração absoluta: o ecossis tema atinge novamente o equil íbr io , mas em condições

diferentes das anter iores , devido ao incremento da concentração de cer tos produtos

e subprodutos da decomposição . Em decorrência destes compostos , a comunidade

aquática se apresenta de uma forma diferente, ainda que em novo equil íbr io .

É de grande importância o conhecime nto do fenôm eno de autodepuraç ão e da sua

quantif icação, tendo em vis ta os seguintes objet ivos:

• Utilizara capacidade de assimilação dos rios. Dentro de uma visão prática, pode -se

considerai

-

que a capacidade que um corpo d 'água tem de assimilar os despejos ,

sem apresentar problemas do ponto de v is ta ambiental , é um recurso natural que

pode ser explorado. Esta v isão realís t ica é de grande importância em nossas

condições, em que a carência de recursos just if ica que se u ti l ize os cursos d 'água

com o complem entaçã o dos processos que ocorrem no tratamento de esgotos (desd e

que fei to com pa rsimônia e dentro de cr i tér ios técnicos seguros e bem def in idos) .

• Impedir o lançamento de despejos acima do que possa suportar o corpo d'água.

Desta forma, a capacidade de assimilação do corpo d 'água pode ser u t i l izada até

um ponto aceitável e não prejudicial , não sendo admitido o lançamento de cargas

poluidoras acima deste l imite.

1 . 2 . Asp ect os eco lóg icos d a au t od ep u raçã o

1.2.1. Aspectos gerais

O ecossis tema de um coipo

d

1

água antes do lançamento de despejos encontra-se

usualmente em um estado de equil íbr io . Após a entrada da fonte de poluição , o

equil íbr io entre as comunidades é afetado, resultando numa desorganização in icial ,

seguida por uma tendência poster ior à reorganização.

Neste sentido, a autodepuração pode ser entendida como um fenômeno de

sucessão

ecológica.

H á uma sequência sistemática de substituições de uma comu nidade por outra,

até que uma comu nidade estável se es tabeleça em equil íbr io com as condições locais .

A presença ou ausência de poluição pode ser caracter izada através do conceito de

divers idade de espécies , como exposto a seguir :

- Ecoss i s t ema em con d ições n at u rais :

elevada diversidade de espécies

elevado número de espécies

reduzido número de indiv íduos em cada espécie

- Ecoss i s t ema em con d ições perturbadas: baixa diversidade de espécies

reduzido número de espécies

elevado número de indiv íduos em cada espécie

I

líi




A Figura 1,1 apresenta a visualização esquemática da relação entre poluição e

diversidade de espécies.

Divers idade

de espéc ies


Polu ição

F i g . 1 . 1 . R e l a ç ã o q u a l i t a t i v a e n t r e p o l u i ç ã o e d i v e r s i d a d e d e e s p é c i e s ( a d a p t a d o d e A r c e i v a l a , 1 9 8 1 ) .

A redução na diversidade de espécies se deve ao fa to d e q ue a poluição é seletiva

para as espécies: somente aquelas bem adaptadas às novas condições ambienta is

sobrevivem e, mais do que isso, proliferam (resultando em um elevado número de

indivíduos nessas poucas espécies). As demais espécies não resistem às novas

condições ambienta is , podendo vi r a sucumbir (conduzindo a um reduzido número

total de espécies).

1.2.2. Zonas dc autodepuração

Por ser a autodepuração um processo que se desenvolve ao longo do tempo, e

considerando-se a dimensão do curso d 'água receptor como predominantemente

longi tudinal , tem-se qu e os estágios da sucessão ecológica podem ser associados a

zonas fisicamente identificáveis no rio. São quatro as principais

zonas de autodepu-

ração:

-^zona de degradação

-_zona de decomposição-alhia

- zona de recuperação

- zonade águas limpas^

A jusante do lançamento de um despejo predominantem ente orgânico e biode-

gradável, tem-se as seguintes características de cada zona (von Sperling, 1983).

Deve -se ressaltar que , a montante do lançamento d os despejos, tem-se

a

zona de águas

limpas, caracterizada pelo seu equilíbrio ecológico e elevada qualidade da água. A

Figura 1.2 apresenta a trajetória dos três principais parâmetros (matéria orgânica,

bactér ias decomposi toras e oxigênio dissolvido) ao longo das quatro zonas.


9 5



Z O N A D E D E G R A D A Ç Ã O O

7


D e s c r i ç ã o

Característica

geral

Esta zona tem in íc io l ogo após o l ançamento c ias águas res iduár ias no curso

d 'água. A p r i nc ipa l ca rac te r ís t i ca qu imica é a a l ta concent ração de matér ia

o r g â n i c a , a i n d a e m s e u e s t á g i o c o m p l e x o , m a s p o t e n c i a l m e n t e d e c o m p o n í v e l .

Aspecto estético

N o p o n t o d e l a n ç a m e n t o a água se apresen ta tu rva , d e v i d o a o s s ó l i d o s p r e s e n t e s

n o s e s g o t o s A s e d i m e n t a ç ã o d e s ó l i d o s resu l ta n a f o r m a ç ã o d e b a n c o s de l odo .

Matéria orgânica

e oxigênio

dissolvido

C o m o o n o m e b e m c a r a c t e r i z a , n e s t a z o n a h á u m a c o m p l e t a d e s o r d e m , e m r e l a ç ã o

ã c o m u n i d a d e e s t á v e l a n t e s e x i s t e n t e . 0 p r o c e s s o d e d e c o m p o s i ç ã o d a m a t é r i a

o r g â n i c a , e f e t u a d o p e l o s m i c r o r g a n i m o s d e c o m p o s i t o r e s , p o d e t e r u m i n ic i o l e n t o ,

d e p e n d e n d o d a a d a p t a ç ã o d o s s e r e s d e c o m p o s i t o r e s a o s d e s p e j o s N o r m a l m e n t e ,

r i o c a s o d e d e s p e j o s p r e d o m i n a n t e m e n t e o r g â n i c o s , o s m i c r o r g a n i s m o s p r e s e n t e s

n a s á g u a s r e s i d u á r ia s s ã o o s r e s p o n s á v e i s p e l o in í c io d a d e c o m p o s i ç ã o . C o m o e s t a

p o d e s e r a i n d a i n c i p ie n t e , o c o n s u m o d e o x i g ê n i o d i s s o l v i d o p a r a a s a t i v i d a d e s

r e s p i r a t ó r i a s d o s m i c r o r g a n i s m o s p o d e s e r t a m b é m r e d u z i d o , p o s s i b i l i t a n d o a q u e

se ja encon t rad o ox igên io d i sso l v ido su f i c i en te para a v ida de pe i xes . Apó s a

a d a p t a ç ã o d o s m i c r o r g a n i s m o s , a t a xa d e c o n s u m o d a m a t é r i a o r g â n i c a a t i n g e o

s e u m á x i m o , i m p l i c a n d o t a m b é m n a t a x a m á x i m a d e c o n s u m o d e o x i g ê n i o

d i s s o l v i d o .

Microrganismos

decompositores

A o ó s o p e r í o d o d e a d a p t a ç ã o , i n i ci a - s e a p r o l i fe r a ç ã o b a c t e r i a n a , c o m u m a

p r e d o m i n â n c i a m a c i ç a d a s l o r m a s a e r ó b i a s , o u s e j a , q u e d e p e n d e m d o o x i g ê n i o .

Microrganismos

decompositores

d i s p o n í v e l n o m e i o p a r a o s s e u s p r o c e s s o s m e t a b ó l i c o s , A s b a c t é r i a s

d e c o m p o s i l o r a s , p o s s u i n d o a l i m e n t o e m a b u n d â n c i a , n a f o r m a d a m a t é r i a o r g â n i c a

in l rodOz ida pe tos despe jos , e com su f i c ien te ox igên io para a sua resp i ração , têm

a m p l a s c o n d i ç õ e s p a r a o d e s e n v o l v i m e n t o e r e p r o d u ç ã o . 0 t e o r d e m a t é r i a

o r g â n i c a a p r e s e n t a o s e u m á x i m o n o p o n t o d e l a n ç a m e n t o e . d e v i d o à

d e c o m p o s i ç ã o p e l o s m i c r o r g a n i s m o s , p r i n c i p i a a d e c r e s c e r .

Subprodutos da

decomposição

H á u m a u m e n t o n o s t e o r e s d e g á s c a r b ô n i c o , u m d o s s u b p r o d u t o s d o p r o c e s s o

r e s p i r a t ó r i o m i c r o b i a n o . C o m o a u m e n t o d a s c o n c e n t r a ç õ e s d e C O 2 , c o n v e r l i d o a

á c i d o c a r b ô n i c o n a á a u a , p o d e h a v e r u m a q u e d a n o p H d a á q u a , t o r n a n d o - a m a i s

á ç i d a

Lodo de fundo

N o t o d o d e f u n d o , d e v i d o â d i f i c u l d a d e d e i n t e r c â m b i o g a s o s o c o m a a t m o s f e r a ,

p a s s a m a p r e v a l e c e r c o n d i ç õ e s a n a e r ó b i a s , i s t o ê , d e a u s ê n c i a d e o x i g ê n i o

d i s s o l v i d o . C o m o c o n s e q u ê n c i a d e t a l, h á a p r o d u ç ã o d e g á s s u l f í d r ic o , p o t e n c i a l

g e r a d o r d e o d o r e s d e s a g r a d á v e i s .

Nitrogênio

O s c o m p o s t o s n i t r o g e n a d o s c o m p l e x o s a p r e s e n t a m - s e a i n d a e m a l t o s t e o r e s ,

e m b o r a j á o c o r r a a c o n v e r s ã o d e g r a n d e p a r t e d o s m e s m o s a amón ia .

Comunidade

aquática

hfà 1 i m a s ff p s í ve l d i m j f l j j i í ã e - d a j i ú m e r o d e e s p é c i e s d e s e r e s v i v o s , e m b o r a 0

Comunidade

aquática

n n m p r n H p i n rl j u ir f u o s e m c a d a u m a s e j a b e m e l e v a d o , c a r a c t e r i z a n d o u m

Comunidade

aquática

e c o s s st e m a _ 2 ê r t u [ b a d o , H á 0 d e s a p a r e c i m e n t o d a s f o r m a s m e n o s a d a p t a d a s e a

p r e d o m i n â n c i a e d e s e n v o l v i m e n t o d a s f o r m a s r e s i s t e n te s e m e l h o r a p a r e l h a d a s à s

n o v a s c o n d i ç õ e s . A q u a n t i d a d e d e b a c t é r i a s d o j j r u p o c o l i t o r m e . o r i u n d a s d o t r a t o

/

i n tes t i na l humano, é bas tan te e levada, quando a po lu i ção tem como fon te

c o n t a m i n a ç õ e s d e o r i g e m h u m a n a , c o m o e s g o t o s d o m é s t i c o s . O o o r r e m t a m b é m

p r o t o z o á r i o s q u e s e a l im e n t a m d e b a c t é r i a s , a l é m d e f u n g o s q u e s e a l i m e n t a m d a

m a t é r i a o r g â n i c a . A p r e s e n ç a d e a l g a s é ra r a , d e v i d o à d i f i c u l d a d e d e p e n e t r a ç ã o

da luz , em razão da tu rb idez da água, f ru to dos só l i dos em suspensão in t roduz idos ,

p e l o s e s g o t o s . O c o r r e u m a e v a s ã o d e h i d r a s , e s p o n j a s , m u s g o s , c r u s t á c e o s . . j j

mo lusco s e pe i xes . "

I líi




Z O N A D E D E C O M P O S I Ç Ã O A TIV A


D e s c r i ç ã o

Característica

geral

A p ó s a f a s e inic ial de per tu rbação do ecoss i s tema, es te p r i nc ip ia a se o rgan izar ,

c o m o s m i c r o r g a n i s m o s d e s e m p e n h a n d o a t i v a m e n t e s u a s f u n ç õ e s d e

d e c o m p o s i ç ã o d a m a t é r i a o r g â n i c a . C o m o c o n s e q u ê n c i a , o s r e f l e x o s n o c o r p o

d ' á g u a a t i n g e m os s e u s n íve i s ma is acen tuados , e a q u a l i d a d e d a á g u a

apresenta -se em seu es tado ma is de te r i o rado .

Aspecto estético

O b s e r v a - s e a i n d a a c e n t u a d a c o l o r a ç ã o n a á g u a e os d e p ó s i t o s d e l o d o e s c u r o n o

fundo.

Matéria orgânica

e oxigênio

dissolvido

N e s t a z o n a o o x i g ê n i o d i s s o l v i d o a t i a g a â ^ ü O 3 ê I 2 L 5 i 2 2 £ ® n í â £ â

0

C a s o

a

q u a n t i d a d e d e e s g o t o l a n ç a d a t e n h a s i d o d e u m a c e r t a m a g n i t u d e , p o d e s e r q u e o

o x i g ê n i o d i s s o l v i d o v e n h a a se r to t a l m e n t e c o n s u m i d o p e l o s m i c r o r g a n i s m o s . N e s t a

s i t u a ç ã o , t e m - s e c o n d i ç õ e s d e a n a e r o b i o s e e m t o d a a m a s s a j i g u i d g , n o t r e c h o e m

q u e s t ã o , D e s a p a r e c e , c o n s e q u e n t e m e n t e , a v i d a a e r ó b i a , d a n d o l u g a r â

p r e d o m i n â n c i a d e o r g a n i s m o s a n a e r ó b i o s

Microrganismos

decompositores

A s b a c t é r i a s d e c o m p o s i t o r a s p r i n c i p i a m a s e r e d u z ir e m n ú m e r o , d e v i d o

p r i n c i p a l m e n t e à r e d u ç ã o n a d i s p o n i b i l i d a d e d e a l i m e n to , e m g r a n d e p a r t e j á

es tab i l i zado . Out ros fa to res i n te ragem a inda na sua redução, como luz , f l ocu laçâo ,

a d s o r ç â o , p r e c i p i t a ç ã o .

Subprodutos da

decomposição

C a s o h a j a r e a ç õ e s a n a e r ó b i a s , o s s u b p r o d u t o s s ã o , a l é m d o g á s c a r b ô n i c o e d a

água. o metano , gás su l f íd r i co , mercap tanas e ou t ros , vá r ios de les responsáve is

p e l a g e r a ç ã o d e m a u s o d o r e s .

Nitrogênio

0 n i t rogên io aprese n ta -se a ind a na fo rma org ân ica , emb ora a ma io r par te j á se

encont re na fo rma de amón ia . No f i na l da zona, j á com a p resença de ox igên io

d i sso l v ido , pode p r inc ip ia r a ox idação da amón ia a n i t r i to .

Comunidade

aquática

0 n ú m e r o d e b a c t é r i a s e n t é r i ca s , q u e r p a t o g ê n i c a s o u n ã o , d im i n u i r a p i d a m e n t e

I s to s e d e v e a q u e t a is b a c t é ri a s , a d a p t a d a s à s c o n d i ç õ e s a m b i e n t a i s p r e v a l e c e n t e s

no t ra to i n tes t i na l humano, não res i s tem ãs novas cond ições ambien ta i s ,

p r e d o m i n a n t e m e n t e a d v e r s a s à s u a s o b r e v i v ê n c i a . 0 n ú m e r o d e p r o t o z o á r i o s s e

e leva , o que imp l i ca na ascençâo em um degrau na p i râmide a l imentar , den t ro do

p r o c e s s o d e s u c e s s ã o e c o l ó g i c a . O c o r r e a p r e s e n ç a d e a l g u n s m i c r o r g a n i s m o s e

la rvas de i nse tos , do tados de me ios para sobrev i ver nas cond ições p redominantes .

No en tan to , a macro fauna é a inda res t r i ta em espéc ies . Não vo l ta ram a surg i r a inda

as h id ras , espon jas , musgos , c rus táceos , mo luscos e pe i xes .

Impado do lançamen to de efluentes nos corpos receptores

9 7



Z O N A D E R E C U P E R A Ç Ã O


D e s c r i ç ã o

Característica

qeral

A p ó s a f a s e d e i n t e n s o c o n s u m o d e m a t é r i a o r g â n i c a e d e d e g r a d a ç ã o d o a m b i e n t e

aquá t i co , i n i c ia -se a e tapa de r ecupe ração.

Aspecto estético

A áqua es tá ma is c la ra e a sua aparênc ia gera l apresen ta -se g randemente

m e l h o r a d a . O s d e p ó s i t o s d e l o d o s e d i m e n t a d o s n o ( u n d o a p r e s e n t a m u m a t e x t u r a

mais n ranu la r i a e não tâo li n a . n ã o h a v e n d o m a i s d e s p r e n d i m e n t o d e a a s e s o u d e

mau che i ro .

Matéria orgânica

e oxigênio

dissolvido

A matér ia o rqàn ica , i n tensamente consumida nas zonas an te r io res , j á se encont ra

g r a n d e m e n t e e s t a b i l iz a d a , o u s e j a , t r a n s f o r m a d a e m c o m p o s t o s i n e r lf i s . Is t o i m p l i c a

em que o consumo de ox igên io , a t ravés da resp i ração bac te r i ana , se ja ma is

r e d u z i d o , C o m i s s o , p a r a l e l a m e n t e á i n t r o d u ç ã o d e o x i g ê n i o a t m o s f é r i c o n a m a s s a

l i q u i d a , a u m e n t a m o s t e o r e s d e o x i g ê n i o d i s s o l v id o ( a p r o d u ç ã o d e o x i g ê n i o p e l a

r e a e r a ç ã o a t m o s f é r i c a p a s s a a ser ma io r que o consumo de ox igên io para a

e s t a b i l i z a ç ã o d a m a t é r i a o r g â n i c a ) . A s c o n d i ç õ e s a n a e r ó b i a s p o s s i v e l m e n t e

p r e p o n d e r a n t e s n a z o n a an te r io r nã o m a i s o c o r r e m . Is to tr a z c o m o c o n s e q u ê n c i a

u m a n o v a m u d a n ç a n a l a u n a e na t l o ra aquát i cas .

Nitrogênio

A arnõn ia é conver t i da a n i t ri tos e es tes a n i t ra tos A lém des te s , os com pos tos de

f ó s fo r o s ã o t r a n s f o r m a d o s

a

l os fa tos . Ocor re , por tan to , uma fe r t i l i zação do me io ,

pe la p rodução dos sa i s m inera i s (n i t ra tos e - fos fa tos ) , os qua is são nu t r i en tes para as

a l g a s .

Algas

D e v i d o á p r e s e n ç a d e n u t r i e n t e s, e ã m a i o r t r a n s p a r ê n c i a d a á g u a { p r o p o r c i o n a n d o

u m a m a i o r p e n e t r a ç ã o d a l u z ). t i ^ _ c o n t i i ç c i e s i i a i a . o d e s a Q r o i w n e n t s J a s j j l g a s .

C o m a s u a p r e s e n ç a , h á a p r o d u ç ã o d e o x i g ê n i o p e l a l o lo s s i n t e s e , e le v a n d o a i n d a

mais os teores de ox igên io d i sso l v ido no me io . A inda em decor rênc ia da p resença

de a lgas , ocor re uma ma io r d i vers i f i cação da cade ia a l imentar , em razão do

d e s e n v o l v i m e n t o d e m i c r o r g a n i s m o s h e t e r o t ró f i c o s q u e d e l a s s e a l im e n t a m .

Comunidade

aquática

0 n u m e r o d e b a c t é r i a s e n c o n t ra - s e b e m m a i s r e d u z i d o e , c o m o c o n s e q u ê n c i a ,

t a m b é m o d e p r o t o z o á r i o s b a c l e r i ó l a g o s . A s a l g a s a p r e s e n l a m - s e e m f r a n c a

r e p r o d u ç ã o . A s p r ime i ras a aparecer são as a lgas azu is , na super f í c ie e nas

mar gens , depo i s os f lagelados e a iga s verde s e , f i na lmen te , as d ia tomác eas , Os

m í c r o c r u s t á c e o s o c o r r e m e m s e u m á x i m o , a p r e s e n t a n d o - s e a i n d a e m g r a n d e

n ú m e r o o s m o l u s c o s e v á r io s v e r m e s , d i n o f l a g e l a d o s . e s p o n j a s , m u s g o s e l a r v a s d e

inse tos . A cade ia a l imen la r e s t á m a i s d i v e r s i f ic a d a , g e r a n d o a a l i m e n t a ç ã o d o s

pr ime i ros pe i xes , ma is to le ran tes ,

I líi




Z O N A D E Á G U A S L I M P A S ^

C a r a c t e r í s t i c a D e s c r i ç ã o

Característica

geral

A s á g u a s a p r e s e n t a m - s e n o v a m e n t e l i m p a s , v o l t a n d o

a

s e r a t in g i d a s a s c o n d i ç õ e s

norma is an te r i o res à po lu i ção , pe lo menos no que d i z respe i to ao ox igên io

d i sso l v ido , á matér ia o rgân ica e aos teores de bac té r i as e , p rovave lmente , de

o r g a n i s m o s p a t o g ê n i c o s

Aspecto estético

A aparênc ia da água encont ra -se s im i l a r á an te i i o r á ocor rênc ia da po lu i ção

Matéria orgânica

e oxigênio

dissolvido

Na massa l i qu ida h á a p r e d o m i n â n c i a d a s f o r m a s c o m p l e t a m e n t e o x i d a d a s e

e s t á v e is d o s c o m p o s t o s m i n e r a i s , e m b o r a o l o d o d e f u n d o n ã o e s t e j a

n e c e s s a r i a m e n t e e s t a b i l i z a d o , A c o n c e n t r a ç ã o d e o x i g ê n i o é p r ó x i m a â d e

s a t u r a ç ã o , d e v i d o a o b a i x o c o n s u m o p e l a p o p u l a ç ã o m i c r o b i a n a e à p o s s i v e l m e n t e

e l e v a d a p r o d u ç ã o p e l a s a lgas .

Comunidade

aquática

Dev ido à minera l i zação ocor r i da na zona an te r io r , as águas são agora ma is r i cas em

nu r i en tg£-dQ_que a j j tes da po lu i ção . Ass im , a p rod ução d e a lgas é bem m aio r . Há o

r e s t a b e l e c i m e n t o d a c a d e i a a l i m e n t a r n o r m a l . S ã o e n c o n t r a d a s n i n f a s d e o d o n a t a s ,

e f e m é r i d e s , a s s i m c o m o g r a n d e s c r u s t á c e o s d e á g u a d o c e , m o l u s c o s e v á r i o s

p e i x e s . A d i v e r s i d a d e d e e s p é c i e s é g r a n d e . 0 e c o s s i s t e m a e n c o n t r a - s e e s t á v e l e a

c o m u n i d a d e a t i n g e n o v a m e n t e o c l i m a x .

ETFES -B ib l i o tec a


99



Z O N A S D E A U T O D E P U R A Ç Ã O ^

ESGOTOS

CURSO DÁGUA

Matér ia

orgân ica

M A T E R I A O R G Â N I C A

distância

Bactérias

BA C T É R I A S

distância

Ox ig ê n io

dissolvido

O X I G Ê N I O D I S S O L V I D O

distância

Z O N A S

Aguas l impas

D egr adação

Decomposição a t iva

Recuperação

Águas l impas

r i u , | , 2 , I V i í il e s q u e m á t i c o d a c o n c e n t r a ç ã o ci a m a t é r i a o r g â n i c a , b a c t é r i a s d c c o m p o s i t o r a s e o x i g ê n i o

dissolvido

nu li in j;i) do [ l u r c i i rs o n o c u r s o d ' A g u a . D e l i m i t a ç ã o d a s z o n a s d e a u t o d e p u r a ç ã o .

I líi




^ E T

r

E S - B i b l i o t e c a

1.3. O balan ço do oxig ênio dissolvido 7

1.3.1. Fatores interagcntes no balanço dc O D

1.3.1.1. Introdução

Em termos ecológicos, a repercussão mais nociva da poluição de um corp o d 'águ a

por matéria orgânica é a queda nos níveis de oxigênio dissolvido, causada pela

respi ração dos microrganismos envolvidos na depuração dos esgotos. O impacto é

estendido a toda a comunidade aquática, e cada redução nos teores de oxigênio

dissolvido é seletiva para determinadas espécies.

O oxigênio dissolvido tem sido util izado tradicionalmente para a determinação

do grau de poluição e de autodepuração em cursos d 'águ a. A sua medição é simples,

e o seu teor pode ser expresso em concentrações, quantificáveis e passíveis de

modelagem matemát ica .

As águas con st i tuem amb ientes bastante pobres em oxigênio, em v ir tude da baixa

solubilidade deste. Enquanto no ar a sua concentração é da ordem de 270 mg/l, na

água, nas condições normais de temperatura e pressão, a sua concentração se reduz

aproximadamente a apenas 9 mg/ l . Desta forma, qualquer consumo em maior

quantidade traz sensíveis repercussões quanto ao teor de oxigênio dissolvido na massa

líquida.

No processo de autodepuração há unnf Ibalançohntre as fontes de consum o e as

fontes de produção de oxigênio. Quandó a taxa de consumo é superior à taxa de

produção, a concentração de oxigênio tende a decrescer , ocorrendo o inverso quand o

a taxa de con sum o é inferior à taxa de produ ção. Os principais fenô me nos interagentes

no balanço do oxigênio dissolvido em um curso d 'água encontram-se apresentados

na Figura 1.3, e l istados no Quadro 1.1.

FENÔMENOS INTERAGENTES NO BALANÇO DO OD

r e a e r a ç õ o

a tmos fé r i c a

DBO solúvel OD " rftriB^^A«

e f inamente par l icu l ada mtr i t ica çao

(ox idaç ão )

d e m a n d a b e n t ô n i c a

DBO suspensa

QQQ

q d

(s ed imen taç ão )

O D

D BO J r e vo lv i me n to

Fig. 1.3. Mecanismos interagentes no balanço do oxigênio dissolvido


1 0 1



Qu ad ro 1.1 Principais fenômenos intcragentes no balanço do OD

C o n s u m o d e o x i g é n i o

P r o d u ç ã o d e o x i g ê n i o

- , o x i d a ç ã o d a m a t é r i a o r g â n i c a ( r e s p i r a ç ã o )

• reaera ção a tmos fé r i ca

- d e m a n d a b e n t ò n i c a ( l o d o d e 1 u n d o )

- fo toss ín tese

- n i t ri f i c a ç ã o ( o x i d a ç ã o d a a m ó n i a )

1.3.1.2. Con su mo d c ox igên io

a) Oxid ação d a mat ér ia orgân ica

A matér ia orgânica nos esgotos se apresenta cm duas formas: em suspensão c

dissolvida. A m atér ia em suspensão tende a sedimentar no co rpo d ' água , formando

o lodo de fundo. A matér ia d issolv ida, c o n j u n t a m e n t e com a matér ia suspensa de

pequenas dimensões (d if ici lmente sedimentável) permanece na massa líquida.

A ox idação desta matér ia orgânica corresponde ao principal fator d c consumo de

oxigênio . O consumo dc OD se deve à respiração dos microrganismos decomposit«-

* . _ - _

res , p r inc ipa lmen te as bactér ias hetero tróf icas aeróbias . A equação simplif icada da

estabil ização da matér ia orgânica é:

matéria orgânica + O2 + bactérias —> CO 2 + /h() + bactérias energia {1.1)

As bactérias, na presença de oxigênio , conver tem a matér ia orgânica a com postos

simples e iner tes , como água e gás carbônico . Com is to , elas tendem a crescer e se

reproduzir , gerando mais bactér ias , enquanto houver d isponibil idade de a l imen to

(maté r ia orgânica) c oxigênio no meio .

I)) De m an da bcn tô i i ica

A matér ia orgânica em suspensão que se sedimentou, formando o lodo dc fundo,

necessi ta ser também estabil izada. Grand e par te desta es tab i l ização seda em cond i -

ções anaeróbias , em vir tude da d if iculdade da penetração do oxigênio na camada dc

lodo. Esta fo rma de estabil ização, por ser anaeróbia, não implica, portanto, em

consumo de oxigênio .

No entanto , a camada super ior do lodo, da ordem dc alguns milímetros de

espessura, tem ainda acesso ao oxigénio da massa líquida sobrenadantg^A estabil i-

zação do lodo se dá aerobiamente nesta fina cam ada , resultand o 110 con sum o de

ox igên io . Ademais , alguns subprodutos parciais da decomposição anaeróbia podem

se dissolver, atravessar a camada aeróbia do lodo, e se difundir na massa líquida,

exercendo uma demanda de oxigênio . A demanda de oxigênio or ig inada por es te

con jun to de fatores gerados pelo lodo de fundo é denominada demanda bentônica.

Um outro fator que pode causar consum o de ox igên io é a rein trodução na massa

líquida dn matéria orgânica anter iormente sedimentada, causada pelo revolvimenlo

a camada de lodo. Este revol vi mento oc orre em ocasiões de aumen to de vazão e da

1 0 2




ETFES - B ib l io tec a

velocidade de escoamento das águas. O lodo, não estando ainda to talmente es tabil i-

zado, representa uma nova fonte de demanda de oxigênio .

A representat iv idade da demanda bentônica e do revolvimento do lodo no balanço

do oxigênio depende de uma sér ie de fatores s imultaneamente in teragentes , vár ios

deles dc d if íci l quantif icação.

c) Nitrif icação

Um outro processo de oxidação é o referente às formas n itrogenadas, responsável

pela transformação da amónia em nitr i tos e es tes em nitratos , no fenômeno denomi-

nado nitrificação.

Os microrganismos envolvidos neste processo são autó trofos quimiossin tet izan-

tes, para os quais o dióxido de carbono é a principal fonte de carbono, e a energia é

obtida através da oxidação de um substrato inorgânico , como a amónia.

A transforma ção da amónia em nitr itos se dá segundo a seguinte reação s implif i-

cada:

amónia + O2 —> nitrilo + H

+

+ H?0 + energia (1-2)

A transfo rma ção do nitri to em nitrato ocorre a seguir, de acord o com a reaçã o

simplif icada:

ni trilo + O2 — > nitrato + energia (1.3)

Observa-se que em ambas as reações há consumo de oxigênio . Este consumo é

re fe r ido como

d eman d a n i t rogen ad a

ou demanda de segundo estágio , por ocorrer

numa fa se poster ior à das reações de desoxigenaç ão carboná cea. Tal se deve ao fato

de que as bactérias nitrificantes têm uma taxa de crescimento mais lenta do que as

bactér ias hetero tróf icas , implicando em que a n itr if icação ocorra também mais

lentamente.

1.3.1.3. Produção dc oxigênio

a) Reaeração at mos f ér ica

A reaeração atmosfér ica é f requentemente o pr incipal fator responsável pela

in trodução de oxigênio no meio l íquido.

A transferência dc gases é um fenôm eno f ís ico , através do qual m oléculas de gases

• >ão interc am biada s en tre o líquido e o gás pela sua interface, liste interc âm bio resulta

num au mento da concentração d o gás na fase l íquida, caso esta fase não esteja saturada

com o gás.

Is to é o que ocorre em um curso d 'água , cu

ja

concentraçã o de oxigênio d issolv ido

reduziu-se devido aos processos de estabil ização da matér ia orgânica. Assim, os

Icores de OD são inferiores aos de saturação, que são ditados pela solubilidade do

ms a dadas condições de temperatura e pressão . Nesta s i tuação, d iz-se haver um

déf icit de oxigênio.

Desta forma, desde que haja

11111

déiicit, há uma busca para uma


1 0 3



nova s i tuação de equil íbr io , permi t indo que haja uma maio r absorção de oxigênio

peln massa líquida.

A transferência de oxigênio da fase gasosa para a fase l íquida se dá bas icamen te

através dc dois mecanismos:

d i fu são mo lecu la r

f

d i f u s ã o turbulenta

l im um corpo d 'água com a massa líquida praticamente parada predomina a

difusão molecular . Esta pode ser descr i ta como a tendência de qua lquer substância

• li sc espalhar uniformemente por todo o espaço d isponível . No entanto , es te

mecanismo é bastante lento , requerendo muito tempo para que um gás atin ja as

t atuadas mais profundas do corpo d 'água.

( ) mecanismo da

difusão turbulenta

é be m mais ef iciente, pois envo lve os dois

pr incipais fatores de uma ef icaz aeração: criação de interfaces e renovação destas

interfaces. O pr imeiro é importante, pois é através das in ter faces que ocorrem os

in tercâmbios gasosos. O segundo é também signif icativo , pois a pronta renovação

• l.r . Interfaces permite que se evite pontos de saturação localizada, além de conduzir

d j'as p.ira as várias profundidades da massa l íquida, devido à maior mistura.

A cond ição de d ifusão a predominar é função das caracter ís t icas h idrodinâm icas

do corpo d 'água. Um r io de menor profundidade, com corredeiras , apresenta exce-

lentes condições para uma ef iciente turbulência. Nestas condições, a d i fu são mo le-

n i la r é desprezível . Por outro lado, em lagos, tende a predominar a d ifusã o molecular ,

.1 meno s que o vento promo va um a maior mistura e renovação da in ter face.

I>) F otoss íntese

A fotossín tese é o pr incipal processo u ti l izado pelos seres auto tróf icos para a

s ín tese da matér ia orgânica, sendo característica dos organismos clorof i lados.

O processo se realiza somente em presença de energia luminosa, segundo a

seguinte equação s implif icada, pois ocorrem inúmeras etapas in termediár ias :

CO2 + Hi O + energia luminosa —> matéria orgânica + O2 (1.4)

A respiração apresenta uma reação exatamente oposta à da fotoss íntese.

Knqunnto a fo tossín tese consti tu i um processo de f ixação da energia luminosa e a

fo rmação de moléculas de g licose d e alta energia potencial , a respiração é essencial-

mente o inverso, isto é, a l iberação desta energia para sua posterior utilização nos

processos metabólicos (Branco, 1976) .

A dependênc ia da luz condiciona a dis tr ibuição dos seres fo tossín tet izantes a

locais aonde essa possa penetrai". Em águas com cer ta turb idez, or iunda quer da

desag regação de par t ículas do solo (bastante f requente e m nossa condições) , quer da

in trodução de só lidos em suspensão contidos nos despejos , a possib il idade da

pii- .cnva di' alj.;as r menor e , por conseguinte, mais reduzido o fenômeno da fo tos-

• ii]li".< lv.it é patentea do nas prime iras zonas de autodepura ção, on de há pre dom i-

10 0





nância quase que exclusiva de organismos heteró trofos , ou seja, a respiração supera

a produção.

No cômputo gerai , os seres auto tróf icos realizam muito mais s ín tese do que

oxidaçã o, gerando sem pre um saldo de com postos orgânicos que consti tuem a reserva

de energia para os seres hetro tróf icos , além de um superávit de oxigênio que perm ite

a respiração dos outros organismos. .

1 . 3 .2 . Fat ores ab ran gid os p e los mo d e los s imp l i f i cad os

1 . 3 .2 . 1 . Fen ôm en os in corp orad os n o b alan ço d o ox igên io d i s so lv id o

Existem modelos matemáticos que incoiporam todos os fenômenos descr i tos

acima no balanço do oxigênio dissolv ido (Camp , 1954; EPA, 1985). No entanto, no

presente texto , são abordados unicam ente os dois pr incipais fatores , a saber :

• consumo de oxigênio: oxidação da matér ia orgânica ( respiração)

• produção de oxigênio: reaeração atmosfér ica.

Natu ra lmen te há casos em que se just if ica a inclusão dos outros fatores, p or se rem

estes , em determ inadas s i tuações, impor tantes no balanço do oxigênio d issolv ido. No

entanto , os trabalhos de cam po e laboratór io necessár ios para uma conf iável avaliação

destes parâmetros necessi tam se r realizados in tensivamente e com o máximo r igor ,

o que reveste o es tudo de uma grande complexidade. A adoção de modelos matemá-

ticos mais sof is t icados exige a d isponibil idade de equ ipamen tos modernos, tempo e

recursos f inanceiros compatíveis com a formu lação proposta, o que nem semp re pode

se tornar realidade em nosso país . Desta forma, no presente texto se adota a versão

mais s implif icada do modelo , que possib il i ta a identif icação mais fácil de eventuais

problemas na su a estru tura e nos valores dos parâmetros . Esta postura é ado tada em

grande par te dos modelos de qualida deda s águas superficiais , pr incipalmen te aqueles

uti l izados com o in tu ito de dar supor te ao p lanejamento da bacia h idrográf ica. Uma

amp la d iscussão sobre este ponto é apresentada em von S per l ing (1983) .

Deve-se esclarecer ainda que o modelo a ser descrito é

restrito

à s

con d ições

aerób ias n o corp o d 'águ a.

Em condições anaeróbias , a taxa de estabil ização da

matér ia orgânica é infer ior , sendo processada por uma biomassa de caracter ís t icas

to talmente d iversas . Exis tem modelos que levam em consideração os trechos em

condições anaeróbias (Gundelach e Casti l lo , 1976; Del Picchia, sem data) .

1.3.2.2. Representação hidráulica

Na estru tura do modelo , deve ser levado em consideração o regim e hidráulico do

curso d 'ág ua. H á basicam ente três t ipos de modelos h idráulicos para um corpo d 'águ a

(ver Figura 1.4):

• fluxo em pistão •/

• mistura completa

• fluxo disperso


1 0 5



PRINCIPAIS MODELOS HIDRÁULICOS PARA UM CORPO D'ÂGUA

Fí

K

- 1

.4 .

D i f e r e n t e s r e g i m e s h i d r á u l i c o s p a r a u m c o r p o d ' ; S g u í i .

U m corpo d ' á g u a em reg ime de mistura completei ideal se caracteriza por ter em

todos os pontos dn massa l íquida a mesma concentração. Assim, a concentração

ef luente é igual à concentração em qualquer ponto do corpo d 'água. Tal se aplica

pr incipalm ente ao caso de lagos e represas bem misturadas.

Um co rpo d ' água predom inantem ente l inear , com o um r io, pode ser caracter izado

através do regime defluxo em pistão. No fluxo em pistão ideal não há inte rcâm bios

entre as seções de jusa nte e de montante. Cada seção fun ciona como um êm bolo (ou

um pis tão), no qual a qual idade da água c a m esm a em todo s os pontos, e a comun idade

sc apresenta adaptada às cond ições eco lóg icas prevalecentes em cada instante, A

me dida em que o êmb olo f lui para jusante , nele vão sc processando as d iversas reações

da autodepuração,

1

I idraulicamente, es te modelo é s imilar ao cnso em que um

recip iente com água, igual ao êmbolo , perm anece o m e s m o per íodo dc tempo, su jei to

às mesmas reações c fenômenos do r io , apresentando em cada instante, por tanto , n

mesm a qualidade que o êmb olo no curso d 'ág ua (ver Figura 1 .5) . /

1 0 6 Introdução 11 qualidade das águas e ao tratamento dc esgolos



ETFES - B ib l io teca

COMPARAÇÃO ENTRE A REAÇÃO EM UM REATOR

DE FLUXO EM PISTÃO E EM UM RECIPIENTE

t=0

Fij». 1.5.

Com paração entre um recipiente c um êmbolo cm um fluxo em pistão

As duas representações acima são para situações idealizadas. Na realidade, os corpos

d 'agua apresentam uma caracter ís t ica de d ispersão dos poluentes in termediár ia entre

as duas s i tuações extrem as: d ispersão to tal (mistura com pleta) e d ispersão nula ( f luxo

em p is tão) . Assim, os corpos d 'águ a, ou trechos deles , podem ser caracter izados por

um coef iciente de d ispersão . Coef icientes elevados aproximam o corpo d 'água ao

regime de mistura completa, ao passo que coef icientes reduzidos aproximam-no ao

f luxo em pis tão . Há alguns modelos matemáticos que representam o corpo d 'água

através do regime de fluxo disperso (EPA, 1985). Tal é partic ularm ente re leva nte

quan do se tem r ios sob inf luênc iaestuar in a ou com velocidades de fluxo bem ba ixas .

No presente texto , adota-se a so lução s implif icada dc considerar o curso d 'água

através do regim e de f luxo e m pis tão , suf iciente para a maior par te das s i tuações.

1 .3 .3 . A cu rv a do oxigên io d iss olv ido

Ao decrésc imo do oxigênio d issolv ido na massa l íquida dá-se o nome de depleção

do oxigênio.

Em termos de engenhar ia ambiental , assume in teresse a análise da depleção ao

longo do curso d 'águ a, represenlando-se graf ica men te o fenôm eno por uma curva do

perfil de OD (oxigênio dissolvido). Neste, o eixo vert ical representa as concentrações

de OD, e o eixo horizontal, a distância ou o tempo de percurso, ao longo do qual se

processam as transformações dc ordem bioquímica. Pela análise do gráf ico , podem

ser obtidos, entre outros, os seguintes pontos:

- identificação das consequências da poluição

- vinculação da poluição com as zonas de autodepuração

- importância relativa do consumo e da produção de oxigênio

- ponto crítico de menor concentração de OD

- comparação entre a concentração crítica de oxigênio no corpo d'água e a

concentração mínima estabelecida pela legislação

- loca onde o curso d'água volta a atingir as condiçõe s desejadas


1 0 7



A m o d e l a g e m d e s t e s a s p e c t o s d e p e n d e f u n d a m e n t a l m e n t e d a c o m p r e e n s ã o d o s

do i s p r i nc i pa i s f enômenos i n t e r agen t es no ba l anço do ox i gên i o d i s so l v i do : desox i -

genação e r eae ração a t mos fé r i ca . E s t e s t óp i cos são abordados nos i t ens a s egu i r .

^ . 4 . C i n é t i c a d a d e s o x i g e n a ç ã o

1 . 4. 1 . F o r m u l a ç ã o m a t e m á t i c a

C o m o j á v i s t o , o p r i nc i pa l e f e i t o eco l óg i co da po l u i ção o rgân i ca em um cur so

d ' água é o dec résc i mo dos t eores de ox i gên i o d i s so l v i do . E s t e dec résc i mo es t á

as soc i ad o à Dema nda B i oquí m i ca de Oxi gên i o (DB O) , desc r i t a 110 Capi t u l o "Cara c -

t e r í s t i cas das Águas Res i duá r i a s " . P or uma ques t ão de padron i zação , u t i l i za - se

f r e q u e n t e m e n t e o c o n c e i t o d a D B O p a d r ã o , e x p r e s s a p o r

DBO5

20

c

. No entanto, o

consumo de ox i gên i o na amos t r a va r i a ao l ongo do t empo, ou se j a , o va l o r da DBO,

em d i as d i s t in t os , é d i f e r en t e . O ob j e t i vo do p resen t e it em é ana l is a r ma t e mat i ca men t e

c o m o o c o n s u m o d e o x i g ê n i o p r o g r i d e ao l o n g o d o t empo.

O conce i t o da DBO, r epresen t ando t an t o a ma t é r i a o rgân i ca q u a n t o o c o n s u m o

de ox i gên i o , pode se r e n t e n d i d o por es tes dois ângulos dis t intos :

• DBO remanescente:

c o n c e n t r a ç ã o de ma t é r i a o rgân i ca r emanescen t e na massa

l í qu i da em um dado i ns t an t e

• DBO exercida: ox i gê n i o consu mi do pa ra e s t ab i l iza r a ma t é r i a o rgân i ca a t é es te

i ns t an t e

A progres são da DBO ao l ongo do t empo, s egundo es t e s do i s conce i t os , pode se r

vis ta na Figura 1.6.

PROGRESSÃO TEMPORAL DA OXIDAÇÃO DA MATÉRIA ORGÂNICA

/

consumo acumulado

de oxigênio

(DBO exe rcida)

\ /

\ /

/ S

/ / ^

' matéria orgânica

$ / (DBO remanes cente)

Tempo (dias)

Fig. 1.6. DBO exercida (oxigênio consumido) c D130 remanescente (matéria orgânica remanescente) ao

longo do tempo

108




A s duas curvas são s imétr icas , em imagem de espelho. No tempo igual a zero , a

matér ia orgânica se apresenta em sua concentração to tal , enquanto o ox igên io

consumido é zero . Com o passar do tempo, a matér ia orgânica remanescente vai se

reduzindo, implicando no aumento do consumo acumulado de oxigênio . Após um

per íodo de vár ios d ias , a matér ia orgânica está prat icamente toda estabil izada (DB O

remanescente igual a zero) , ao passo que o consumo de oxigênio está p ra t icamen te

lodo exercido ( D B O totalmente exercida) . É importante a compreensão des te f enô -

meno, pois ambas as curvas são par te in tegrante do modelo de oxigênio dissolv ido.

A cinética da reação da matér ia orgânica remanescente (DBO remanescente) se

processa segundo uma reação de primeira ordem, Uma reação de pr imeira ordem é

aquela na qual a taxa de m udança da concen t ração de uma substância é proporcional

à pr imeira potência da concentração. As reações de pr imeira o rdem sã o de f u n d a m e n -

tal im por tânc ia dentro da Engenhar ia A mbiental , já que vár ias reações são modeladas

segundo esta cinética. A equação da progressão da DB O remanescen te pode se r

expressa de acordo com a seguinte equação d iferencial :

~ = - * i . L ( 1.5 )

onde:

L = concen t r ação de DB O remanescen te (mg / l )

t = tempo (d ia)

K j = coef ic ien te de desox igenação (dia"')

A in terpretação da Equação 1.5 se faz no sentido de q ue a taxa de oxidação da

matér ia orgânica (dL/dt) é proporcional à matér ia orgânica ainda r emane scen te (L) ,

em um tempo t qualquer . Assim, quanto maior a concentração de D B O , mais

rapidamente se processará a desoxigenação. Após um cer to tempo, em que a DBO

estiver reduzida pela es tabil izaçã o, a taxa de reação será menor , em vir tude da menor

concentração da matér ia orgânica.

O coeficiente de desoxigenação Ki é um parâmetro de grande importância na

mod elagem do oxigên io d issolv ido, sen do d iscutido 110 i tem seguinte.

A integração da Equação 1.5, entre os limites de

L

=L

t

, e L=Lt, e t=0 e t=t. conduz a:

L L o . e ~

K

(1-6)

onde:

L = DB O remanescen te em um tempo t qualquer (m g/l)

Lo = D B O remanescen te em t= 0 (mg/l)

Deve-se atentar para o fato de que, várias vezes, esta equaçã o é escr i ta na fo rma

decimal (base

10),

ao invés da base

e.

A m b a s as formas são equivalentes , desde que

o coef icie nte Ki seja expresso na forma correta (Ki „ - 2,3. Ki hvxe to)- No presente

texto , os valores dos coef icientes são apresentados na

base e .


1 0 9



Em termos de consumo de oxigênio, é importante a quant i f icação da DBO

exercida. Esta é obtida através da Equação 1.6, conduzindo a:

y = U.{\-e'

Ki

')

(1.7)

onde:

y = DBO exerc ida em um tempo t (mg/ l ) . Notar que y= L

0

-L.

Lo

•

D B O remanescente , em t=0 (como definido acima), ou D B O exercida (em

l=oo). Também denominada demanda última, pelo fato de representar a D B O total

ao final da estabilização (mg/l).

Exemplo 1.1.

A interpretação de análises de laboratório de uma am ostra de água de um rio

a jusante de tini lançamento de esgotos cond uziu aos seguintes valores: (a)

Coeficiente de desoxigenação: Ki = 0,25 d'

1

; (b) demanda última L„ ' 100

mg/l. Calculara DBO exercida a 1, 5 e 20 d ias.

Solução:

Utilizando-se a Equação 1.7, onde y - L,,. (1-é

• Para t-1 dia:

-KI.I

). tem-se:

„-0.25* 1

) = 22 mg/l

, = 100 (1-e*

• Para t-5 dias:

y$ = 100 (l-e

0

-

2

™) = 71 mg/l (= DB0>)

• Para t=20 dias:

y

2

o = 100 (l-e

0

'

25

*

20

) = 99 mg/l

P R O G R E S S Ã O D O C O N S U M O D E O X I GÊ N I O

DeO(mg 50

/

I

líi

5 10 15 20

TCMPO{ia«

Observa-se que a 20 dias a DBO

já

está praticamente toda exercida

(_V20

praticamente igual a L,).

A relação entre a DBO-, e a demanda última L ,, é: 71/100 = 0,71. Assim, ao

quinto

dia,

aproximadamente 71% do consumo de oxigênio já foi exercido ou, em

outras palavras, 71% da ma teria orgânica total (expressa em termos de DBO)

já foi estabilizada. Inversamente, a relação L,/DBOs é igual a 100/71 = 1,41.

"plrft/rdLc".




1 .4.2. O coef ic ien te de desox igenaçã o Ki - { j b í I O f Q O

O coef iciente

K i

depend e das características da matéria orgânica, além da temperatu ra

e da presença de substâncias in ib idoras . Ef luentes tratados, por exemplo , possuem

uma taxa de degradaçã o m ais lenta, pelo fato da maior par te da matér ia orgânica mais

facilmente assimilável já ter s ido removida, res tando apena s a parcela de estabil izaçã o

mais vagarosa. Valores médios dc Ki encontram -se apresentados no Qua dro 1 .2 .

Quadro 1.2 Valores típicos de K | (base e. 20°C)

O r i g e m

K , ( d i a

1

)

Á g u a r e s i d u á r ia c o n c e n t r a d a 0 ,35 - 0 ,45

A g u a r e s i d u á r i a d e b a i x a c o n c e n t r a ç ã o

0 , 3 0 - 0 , 4 0

E f l u e n t e p r i m á r i o

0 ,30 - 0 .40

E f l u e n t e s e c u n d á r i o

0 , 1 2 - 0 , 2 4

R i o s c o m á g u a s l i m p a s

0 ,09 - 0 ,21

A g u a p a r a a b a s t e c i m e n t o p ú b l i c o

< 0 , 1 2

Ponte: Adaptado de Fair et al, 1973. Arceivala. 1981

Dezenas de amostras obtidas nos pr incipais cursos d 'agua da Região Metropoli-

tana de Belo Horizonte conduziram a um valor médio de K| igual a 0,28 dia"' , com

um des vio padrão de ü, 18 d ia"

1

(von Sperling, 1983).

A Figura 1.8 ilustra a influê ncia do valor de K i , a través das trajetór ias do cons um o

acum ulado de oxigênio de duas amostras com diferentes valores de K| , e mes mo valor

da demanda ú lt ima (L

o

=100 mg/l). A amostra com maior K| (0,25 d*

1

) apresenta uma

taxa de consumo de oxigênio mais rápida, comparada com a amostra de menor K|

(0,10 d"

1

) . Valores de DBO próximos à demanda ú lt ima são mais rapidamente

atingidos com a amostra com o maior K| .

PROGRESSÃO DO CONSUMO DE OXIGÉNIO

PARA UM MESMO VALOR DE

LO

(100 mg/l) E DIFERENTES VALORES DE K1

TEMPO (dias)

1' i H- 1 .8 . T r a j e t ó r i a d o c o n s u m o tl c o x i g ê n i o p a r a d i f e r e n t e s v a l o r e s d c K |


1 1 1



Hx i stem processos matemát icos e esta tí st icos que p odem ser util izados para a

determinação do coefic iente de desoxigenação, caso se disponha de amostras da água

.1 s er anal isada . Os dados d e entrada para tais métodos são os valores da DBO exerc ida

.1 vários dias, t ipicam ente dias ], 2, 3, 4 e 5, ou I, 3, 5, 7 e 9. Desta form a, os testes

de laboratório devem incluir, não apenas a DBO a 5 dias, mas t ambém a D B O em

out ros dias, para que se possa estimar a taxa de desoxigenação. Os métodos mais

conhecidos para a determinação de Ki são:

• método dos mínimos quadrados,

d e Reed-Theriaul t (apud Barnwell , 1980)

• método da inclinação, de Thom as (1937)

• método dos mom entos

, de Moore , Thom as e Snow (1950)

• método de Thomas

(apud Povinelli , 1973; Metcalf & Eddy, 1981)

• método da diferença de logaritmos, de Fair (1936)

I Im a descrição completa destes métodos, inc luindo exemplos de cá lculo e uma

comparação entre a sua eficiência, foi efetuada por von Sperling (1983; 1985a). Além

disso, a facilidade de acesso a programas esta t í st icos em m icrocomputadores fac i l itou

sobremaneira a de terminação de KL. Pode-se util izar métodos de regressão não

linear, a justados aos vários pon tos experimenta is d e t e D B O , para se obter os valores

d o s parâmetros

K i

e L

u

. Para o presente texto, é suficiente a util ização dos valores d e

Ki pelo quadro de valores t ípicos (Quadro 1.2).

A importância do coeficiente K| e a relatividade do conceito da D B O j p o d em ser

anal isadas a t ravés do seguinte exemplo (ver Figura 1.8). Duas amostras distintas

apresentam o mesmo valor da

D B O s

(100 mg/l). Aparentementemente , tal poderia

induzir à conclusão de que o impacto em termos de consumo de oxigênio dissolvido

é o mesmo nas duas situações. No entanto, caso se determine a progressão da D B O

a vários dias, observa-se q u e os valores são di ferentes em todos os dias, com exceção

do qu into dia. Tal se deve ao fato de que os coeficiente s de desoxigenação são distintos

nas duas amostras. A primeira apresenta u m a taxa de estabilização mais lenta

(K i=0,10 dia"

1

), impl icando numa D BO ú l t ima elevada, e não completa ainda no dia

20. A segunda amostra apresenta um K | mais e levado (Ki=0 ,25 d i a

1

) , e a demanda

é pra t icamente toda satisfeita ao final de 2 0 dias.

Tais considerações enfa t izam o aspecto de que a interpre tação dos dados da DB O

deve estar sempre vinculada ao conceito do coefic iente de desoxigenação e , por

conseguinte , da taxa de oxidação da matéria orgânica. Este comentário se aplica

principalmente quando se tem despejos industriais, passíveis de apresentarem uma

grand e variabi l idade com relação à biodegradabilidade, ou à taxa de estabilização.

1.4,3. A influência da temperatura

A temperatura te m um a grande inf luência no metabol ismo m icrobiano, afe tando,

po r conseguinte, as taxas de estabilização da matér ia orgânica. A relação empír ica

entre a temperatura e a taxa de desoxigenação pode ser expressa da seguinte forma:

I

líi




k

ít

=K

í20

.Q™ 1.8)

onde:

K I t = K I a u m a temperatura T qualquer (dia

-1

)

K l

2

o = Ki a uma temperatura T=20°C (dia"

1

)'

T = temperatura do líquido (°C)

0 = coefic iente de temperatura (-)

PROGRESSÃO DO CONSUMO DE OXIGÊNIO

PARA UM MESMO VALOR DE DB0 5 [100 mg/l) E DIFERENTES VALORES DE K1

TEMPO (dias)

F i g . 1 . 8 . I n f l u ê n c i a d o c o e f i c i e n t e K i n a p r o g r e s s ã o d a D B O . D u a s a m o s t r a s c o m o m e s m o v a l o r d a D B O

a 5 d i a s ( Í 0 0 m g / 1 ) e d i f e r e n t e s v a l o r e s d e K | .

U m valor usualmente empregado d e 0 é 1,047. A interpretação deste valor, com

relação à Equação 1.8 é d e q u e o valor de Ki aumenta 4 ,7% a cada acréscimo de 1°C

na temperatura da água.

U m outro aspecto a ser com entado é o de que a e levação da temperatura aumenta

o Kj, mas não altera o valor da demanda última L

0

, que passa a se r apenas mais

rapidamen te sa t i sfe ita .

1.5. Cinética da reacração

1.5.1. Formulação matemática

Quando a água é exposta a um gás, ocorre um cont ínuo intercâmbio de moléculas

da fase l íquida para a gasosa e vice-versa. Tão logo a concentração de solubi l idade

na fase líquida se ja a t ingida , ambos os f luxos passam a ser de igual magnitude, d e

modo a não ocorrer uma mudan ça global das concentrações do gás em ambas a s fases.

Este equi l íbr io dinâmico define a concentração de saturação (C

s

) do gás na fase

líquida.

No entanto, caso haja a lgum c o n s u m o do gás dissolvido na fase líquida, o

principal fluxo de transferência é na direção gás-líquido, atuando no sent ido de


1 1 3



restabelecer o equil íbr io . O processo da reaeração atm osfér ica se desenvo lve segundo

este conceito . O consumo do oxigênio nos processos de estabil ização da matér ia

orgânica faz com que as concentrações deste no meio l íquido estejam abaixo da

saturação. D evido a tal , há uma m aior passagem do oxigênio atm osfér ico para a mas sa

líquida (Figura 1.9).

TROCAS GASOSAS NA INTERFACE GÁS-LÍQUIDO

SISTEMA EM EQUILÍBRIO LÍQUIDO DEFICIENTE

F i g . 1 . 9 . T r o c a s g a s o s a s e r a u m s i s t e m a e m e q u i l í b r i o e e m u m l i q u i d o c o m d e f i c i ê n c i a d o g á s d i s s o l v i d o

A cinética da reaeração pode ser também c aracter izada por uma reação de pr im eira

ordem (da m e s m a fo rm a que a desoxigenação) , segundo a seguinte equação:

§ = (1.9)

dt C e

s

-V ,

onde:

D = d éf ici t de oxigênio d issolv ido, ou seja, a d iferença entre a concentração de

saturação (C

s

) e a concentração exis tente em um tempo t (C) (= C

s

- C ) (mg/l)

t = tempo (d ia)

K2 = coef icien te de reaeração (base e) (d ia"

1

)

Atravé s da Equação 1 .9 , observa-se que a taxa de absorção de oxigênio é d ireta-

men te proporcional ao déf ici t ex is tente. Quanto m aior o déf ici t , maior a "avidez " da

massa l íquida pelo oxigênio , implicando em que a taxa de transferência seja maior .

A in tegração da Equação 1.9, com D„ e m t=0, fornece:

(1.10)

onde:

Do = déficit de oxigênio inicial (mg/l)

Em termos gráf icos , a progressão do déf ici t (D=Cs-C) e da concentração de OD

(C) podem ser v isualizados na Figura 1.10 . Observa-se que as curvas do déf ici t e da

D = D

0

.e~

Kl

-'

I líi




ETFES - B ib l io te ca

concentração são s imétr icas e em imagem de espelho. À medida em que a concen-

tração de OD se eleva devido à reaeração, o déf ici t d im inui.

P R O G R E S S Ã O T E M P O R A L D O D E F I C I T E DA

CONCENTRAÇÃO DE OXIGÉNIO DISSOLVIDO

M .

Cs

C v I Vf

<

\

concentração de OD

\

/

\

/ \

/

/

d é f i c i t d e O D

Tempo (dias)

. F i y . 1 . 1 0 . P r o g r e s s ã o t e m p o r a l d a c o n c e n t r a ç ã o e d o d é f i c i t d e o x i g ê n i o d i s s o l v i d o

1.5.2. O coef ic iente de reaeração Ki

Em uma amostra d 'ãgua, pode-se determinar o valor do coef iciente K : através de

m é t o d o s estat ís t icos . Tais fundame ntam -se basicamente na análise da regressão , quer

na equação or ig inal 1 .2 , quer em alguma transformação logar í tmica da m e s m a . O s

dados de entrada são os valores de OD a diversos t. Os dados de saída são a

concen t r ação de saturação C

s

e o coef icien te K2. A-análise destes métodos encontra-se

fora do escopo do presente texto .

A seleção do valor do coef iciente K2 tem um a maior inf luência nos resultados do

balanço de oxigênio d issolv ido do que o coef iciente K| , pelo fato das faixas de

var iação do ú lt im o serem mais es trei tas . Exis tem três métodos para a ob tenção de um

valor para o coef icie nte K?:

• valores médios tabelados

• valores em funç ão das caracter ís t icas h idráulicas do corpo d 'á gua

• valores correlacionados com a vazão do curso d*água

a) Valores médios tabelados

Alguns pesquisadores , es tudando corpos d 'água de d iversas caracter ís t icas , obti-

veram valores mé dios de K2, apresentados no Q uadro 1 .3 .


1 1 5



Q u a d r o 1.3 Valores típicos de K2 (base e, 20°C)

C o r p o c T á g u a

K g { d i a )

P r o l u n d o

R a s o

I ' » ( .p lanas l a g o a s

M o s v a g a r o s o s , g r a n d e s l a g o s

( i m n d e s r io s c o m b a i x a v e l o c i d a d e

U r t i n d e s r i o s c o m v e l o c i d a d e n o r m a l

R l o a r á p i d o s

1 n r m r i o i r a s e q u e d a s d ' á g u a

0.12

0 . 2 3

0 , 3 7

0 / 6

0 , 6 9

> 1,15

0 , 2 3

0 , 3 ?

0 , 4 6

0 , 6 9

1 . 1 5

> 1,61

I

Iifila

I ntf

cil al

(1973), Arce iva la(1981)

C orpos d ' agua mais rasos e mais velozes tendem a possuir um maior coeficiente

tlc reaeração,

devido, respectivamente, à maior facil idade de mistura ao longo da

profund idade e à cr iação de maiores turbulências na superf ície (ver Figura 1 .11) . Os

valores do Quadro 1 .3 podem ser usados na ausência de dados específ ic os acerca do

li irpo d 'água. Deve-se levarem consideração, no entanto , que os valores constantes

desta tabela são usualmente menores do que os obtidos pelos outros métodos,

expostos a seguir.

BAIXA PROFUNDIDADE

ELEVADO K2

ELEVADA PROFUNDIDADE

BAIXO K2

I N F L U Ê N C I A D A V E L O C I D A D E .

ELEVADA VELOCIDADE

ELEVADO K2

BAIXA VELOCIDADE

BAIXO K2

I l |i - 1 . 1 1 . I n f l u ê n c i a d a s c a r a c t e r í s t i c a s f í s i c a s d o c o r p o d ' á g u a n o c o e f i c i e n t e K :

I l í i




F T F E S

- B i b U o t e c a

b) Valores em fu nção das caracter ís t icas h idráulicas do corpo d 'ág ua

Ou tros pesquisadores tentaram correlacionar o coef iciente de reaeração Kj com

var iáveis hidráulicas do curso d'água. Várias técnicas de campo fo ram empregadas

na elaboração dos estudos, como por meio de traçadores radioativos, d is túrbio de

equil íbr io , balanço de massa e outras .

A li teratura relata d iversas fórmulas , conceituais e empír icas , relacionando K2

com a profundidade e a velocidade do curso d 'água. O Quadro 1.4 apresenta três das

pr incipais fórmulas , com faixas de atuação que se complementam.

Quadro 1

.4 Valores do coeficie nte K2 segundo modelos baseados em dados hidráulicos (base

e, 20°C)

P e s q u i s a d o r

F ó r m u l a

F a i x a d e a p l i c a ç ã o

O ' C o n n o r e D o b b i n s ( 1 9 5 8 )

3 , 7 3 . v ° '

S

H -

1 5

0 , 6 m S H < 4 , 0 m

0 , 0 5 m / s < v < 0 , 8 m / s

C h u r c h i l l e t a l ( 1 9 6 2 )

5 , 0 . V ° -

9 7

H -

1

-

6 7

0 , 6 m < H < 4 , 0 m

0 , 8 m / s < v < 1 , 5 m / s

O w e n s e t a l ( a p u d B r a n c o , 1 9 7 6 )

5 3 v

0 , 6 7

h

- 1 . 8 5

0 , 1 m < H < 0 . 6 m

0 , 0 5 m / s S v < 1 ,5 m / s

Noias:

v : ve loc idade do curso d água (m/s)

H: a l tura da lâmina d 'água (m)

Faixas de ap l icab i l idade adaptadas e l ige iramente modif icadas de Covar (apud EPA, 1985). para efeito de simplicidade

As faixas de aplicação das fórmulas são comp lementares , como pod e ser v isto na

Figura 1.12.

Caso haja cascatas naturais com quedas d 'agua l ivre, deve-se adotar outras

formu laçõe s de cálculo para a reaeração atmosfér ica no trecho específ ico da cascata.

Von Sper l ing (1987) , e m es tudos efetuados em algumas cascatas da R eg ião Metro -

poli tana de Belo Horizonte, obteve a seguinte fórmula empír ica:

C

e

= G , + K.(C

r

C„) (1.1 )

K= 1 -1,343.IT

0,128

.(C,rC„)~°'"

9í

(1.12)

onde:

C

e

= concentração de OD ef luente da cascata (mg/l)

Co = concentração de OD af luente à cascata (mg/l)

K = co ef iciente de ef iciência ( - )

Cs = concentração de saturação d e OD (mg/l)

H = altura da queda livre (m)

Impacto do lançamento de efluentes nos corpos receptores

1 1 7



FAIXAS DE APLICABILIDADE DAS FÓRMULAS HIDRÁULICAS

PARA DETERMINAÇÃO DE K2

4 .0

PROFUNDIDADE

(m)

0.6

0.1

0 . 0 5 0 . 8

L 5

V E L O C I D A D E ( m / s )

a p l i c a ç ã o a p r o x i m a d a d a s f ó r m u l a s h i d r á u l i c a s . A d a p t a d o e m o d i f i c a d o d e C o v a r

l(',. 1.12.

F n i x a s d e

( i ip u d l íPA , 1 9 8 5 )

c) Valores correlacionados com a vazão do curso d 'águ a

l Ima abordagem com plem entar é através da correlação entre a vazão do c urso

d 'aj ',ua e o coef icien te K2. Tal se just if ica pelo fato da profun didad e e da velocidade

cdarem in timamente associadas à vazão. Assim, es ta , por transit iv idade, pode estar

relacionada ao K2.

( ) procedimento se baseia na determinação de K2 por meio das fórmulas h idráu-

licas, pai a cada par de valores de v e H da série histórica dos dados fluviométricos

disponíveis . Poster iormente, efetua-se uma análise da regressão entre os valores de

l\ obtido s e os corre spon dent es valo res da vazão Q. A relaçã o entre K2 e Q pod e ser

(ICM

1

ita pela forma K2 = m.Q", onde m e n são coeficientes de ajuste.

A vantagem desta forma de expressão é a obtenção do coef iciente de reaeração

paia quaisque r condiç ões de vazão (por extrapolação e in terpolação) , pr incipalm ente

, r . vazões mínimas, independentemente do conhecimento da profundidade e da

velocidade.

1.5.3. A inf luência da temperatura

A inf luência da temperatura se faz sentir em dois d iferentes aspectos:

• o aumento da temperatura reduz, a solubilidade (concentração de saturação) do

oxigênio no meio líquido

• o aumento da temperatura acelera os processos de absorção do oxigênio (aumento

de K

}

)

I

Mes fatores atuam em sentidos opostos . O aumento de K2 implica numa elevação

I líi




E T F E S

-

B i b l i o t e c a

na taxa de reaeração. No entanto, a redução da concentração de sa turação equivale à

redução no déf ic i t de oxigênio D, resul tando numa diminuição na taxa de reaeração.

A inf luência global na taxa de reaeração depen de da magnitu de de cada var iação m as

é, f requentemente , pouco representa t iva .

A inf luência da temperatura na concentração de sa turação pode ser vis ta no I tem

1 .6.

O efe i to da temperatura no coef ic iente de reaeração K j pod e ser expresso d a forma

tradic ional a través da Equação 1.13:

K 2 r = K

2 2 0

. Q

( T

-

2 0 )

(1.13)

onde :

K

2

T

= K2 a uma temperatura

.T

qualquer (dia"

1

)

K220 = K2 a uma temperatu ra T=20 °C (dia"

1

)

T = temperatura do l íquido (°C)

9 = coef ic iente de temperatura ( - )

* Um valor bas tante ut i l izado do coef ic iente de temperatura 9 é 1,024.

)r.6.

A curva de depleção do oxigênio dissolvido

1 . 6 . 1 . Formu lação mat emát ica d o mod e lo

Os pesquisad ores Streeter e Phelps, em 1925, estabeleceram as bases matemáticas da

curva de oxigênio dissolvido em um curso d'água. A estrutura do modelo proposto por

e le s (conhec ido com o o mo delo de Streeter-PhelpsJ é c láss ica dentro da Engen har ia

Ambienta l , servindo de supor te para todos os outros modelos mais sof is t icados que

se sucederam. Para a s i tuação re la t ivamente s imples em que se cons idera apenas a

desoxigenação e a reaeração a tmosfér ica no balanço do oxigênio dissolvido, a taxa

de var iação do déf ic i t de oxigênio com o tempo pode ser expressa pela seguinte

equaç ão diferencia l , advinda da interação das equaç ões de desoxig enação e reae ração:

Taxa de variação do déficit de O D = Consumo de OD - Produção de O D (1.14)

^ = .L-Ki.D

(1.15)

A integração des ta equação conduz a :

D, = •') + D

0

.e-K-' (1.16)

a 2 ~ K\

Esta é a equação geral que expressa a var iação do déf ic i t de oxigênio em função

do tempo. A curva da concentração de OD (OD

t

ou C

t

) pode ser obt ida dire tamente

des ta equação, sabendo-se que:

Impacto do lançame nto de efluentes nos corpos receptores 1 1 9



A

OD, = Cs-Dt

Assim, tem-se a concentração de OD:

C, = Cs-

l i ^ L

.

{ e

~K,

. r _

e

-K

2

.

t ) + ( C y

j /

c

o )

. /

K

2

-K\

(1 .17)

( I . IH)

Ao longo da curva de OD, um ponto é dc fundamental impor tância^ojjonto no

qual a concentração de oxigênio at inge o mínimo valor . Este e denominado o tempo

crítico, e a concentração de oxigênio , a concentração crítica. O conhec imen to da

concen tração cr í t ica é fundam ental , pois é baseado nela que se es tabelece a necessi-

dade ou não do tratamento dos esgotos . O tratamento , quando necessár io , deve ser

implementado com uma ef iciência na remoção da DBO suf iciente para garantir que

a concentração cr í t ica de OD seja super ior ao valor mínimo perm itido pela legis lação

(padrão para corpos d 'água) .

A curva do perf i l de OD em funçã o do tempo (ou da d is tância de percurso) é em

forma de S, como mostrado na Figura 1 .13 . No perf i l , identif icam-se os pontos

pr incipais : a concentração de OD no r io e a concentração cr í t ica de OD.

P E R F I L D O O X I G Ê N I O D I S S O L V I D O

ESGOTOS

CURSO DÁGUA

OD

(mg/ l )

tempo (d)

ou

distância (km)

Fig. 1.13. Pontos característicos da curva de depleção de OD

1.6.2. Equações representat ivas

a) Concentração e déficit de oxigênio no rio após a mistura com o despejo

C

0

=

Qr . OD, + Qc • ODe

Qr+Qc

(1 .19)

I líi




A) = C v- C o| • (1.20)

onde:

Co = concentração in ic ia l de oxigênio , logo após a mistura (mg/ l )

Do = déf ic i t in ic ia l de oxigênio , logo após a mistura (mg/ l )

Cs = concentração dc sa turação de oxigênio (mg/ l )

Q

r

= vazão do r io a montante do lançamento dos despe jos (m 7s)

Qc = vazão de esgotos (nv/s)

O D

r

= concentração de oxigênio d issolv ido no r io , a montante do lançamento dos

de spe jo s (mg / l )

O D

e

= concentração de oxigênio d issolv ido no esgoto (mg/ l )

Observa-se que o va lor de C

0

é obt ido a t ravés de média pon derada en tre as vazões

e teores de OD do r io e dos esgotos.

b) Cálculo da DBOs e da demanda última no rio após a mistura com o despejo

DBO? da mistura :

D

B05o = —

'

D B 0

'

+ Q

"

'

D D

°

( )

Qr+Qe

(1.21)

D B O ú l t ima da mis tu ra :

Lo = DB05o.K

r

=

(Q, . DBOr+Qc. DBQ.)

Qr+Qe

KT

(1.22)

onde:

D B 0 5

0

= c onc e n t ra ç ã o de D B O 5 , logo após a mistura (mg/ l )

Lo = dem and a úl t ima de oxigên io , logo após a mistura (mg/ l )

D B O

R

= c onc e n t ra ç ã o de D B O 5 do rio (mg/l)

DBOc = concentração de DBO5 do esgoto (mg/ l )

K T

= c ons t a n te pa ra t r a ns fo rma ç ã o da

D B O S

a

D B O

ú l t ima

( D B O

U

) (-)

( 1 . 2 3 )

O valor de L

0

é também obt ido a t ravés de média ponderada entre as vazões e as

demandas b ioquímicas de oxigênio do r io e dos esgotos.

Impacto do lançame nto de efluentes nos corpos receptores

1 2 1



c) Cálculo do perfil de oxigênio dissolvido em função do tempo

Ct = Cs-

K2 - K\

(1 .24)

C a so e ve n tua lme n te oc o r ra uma c onc e n t ra ç ã o ne ga t iva de ox igê n io d i sso lv ido

(Ct < 0) , ta l fa to , apesar de matemat icamente possíve l , não tem signif icado f ís ico .

Nestas condições, a t inge-se a anaerobiose ((DD=0 mg/l ) , e o modelo de Stree te r-

Phe lps passa a não mais se r vá l ido .

d) Cálculo do tempo crítico (tempo onde ocorre a concentração mínima de

oxigênio dissolvido)

tc =

1 . k

2

1 -

D o . (K i — K\)

Lo.Ki

(1 .25)

Algumas si tuações podem ocorre r na u t i l ização da fórmula do tempo cr í t ico ,

de pe nde n do da re l a ç ã o e n t re (L

0

/D

n

) e (K 2/K1) (ver Figura 1.14):

PERFIL DO OXIGÊNIO DISSOLVIDO

Relação entre Lo/Do e K2/K1

OD

(mg/l)

Lo/Do > K2/K1

t c >0

d (km)

OO

(mg/l)

tc

< 0

Lo/Do < K2/K1

d (km)

tc = 0

OD

(mg/O

Lo/Do = K2/Kl

d (km)

K2/K1

=1

tc = l/Kl

d (km)

Fig . 1 .14 .

R e l a ç ã o e n t r e o t e m p o c r í t i c o c o s t e r m o s ( L , / D „ ) e ( K 2 / K 1 )

I

líi




E T F E S

-B ibUoteca

• Lo/Do > K2/K1

O tempo crítico épositivo. A par tir do ponto de lançamento haverá uma queda no

oxigênio dissolvido, originando um déficit crítico superior ao inicial.

• LO/DO = K

2

/K\

O tempo crítico é igual a zero, ou seja, ocorre no exato local do lançamento. O

déf ici t in icial é igual ao déf ici t cr ít ico . O curso d 'ág ua a presenta uma boa capacid ade

regenado ra face aos despejos af luentes , não v indo a sofrer queda nos teores de OD .

• Lo/Do < K2/K1

O tempo crítico é negativo. Tal indica que, desde o lançamento , a concentraç ão

de oxigênio dissolvido tende a se elevar. O déficit inicial é o maior déficit observado.

O curso d 'água apresenta uma capacidade de autodepuração super ior à capacidade

de degeneraç ão dos esgotos . Em termos práticos , o tempo cr í t ico pode ser co nsiderado

igual a zero, com os menores valores de OD ocorrendo no ponto de mistura.

K

2

/K\ = 1

A aplicação da fórmula do tempo crítico fornece uma indeterminação matemática.

A condição limite em que K2/K1 tende para 1 c onduz a um tempo cr í t ico igual a I /Ki.

e) Cálculo do déficit crítico e da concentração crítica de oxigênio

D

c

= • Lo • e

A2

Ce = C.v - De (1-27)

f ) Cálculo da eficiência requerida para o tratamento

O modelo de Streeter -Phelps perm ite calcular ainda a carga máxim a de DBO nos

esgotos , para que a concentração cr í t ica de OD seja exatamente igual à mínima

permissível . Tal procedimento envolve algumas i terações, pois a cada al teração na

carga m áxim a permissível ocorre uma mo dif icação no temp o crí t ico . No entanto , em

uma si tuação real , com mais de um lançamento , es ta abordagem torna-se pouco

prática. O que usualmente é fei to é atr ibuir -se ef iciências de remoção da DBO

com patíveis co m os processos de tratamento exis tentes ou d isponíveis , e recalcular-se

o perf i l de OD para cada nova condição.

A situação mais econômica é aquela em que

a concentração mínima de OD é apenas marginalmente superior ao valor mínimo

•permissíve l pela legislação.

1.7. Obtenção dos dados de entrada para o modelo

São os seguintes os ciados de entrada necess ários para a utilizaçã o do mode lo de

Streeter-Phelps (ver Figura 1. 15):

Impacto do lançamen to cle efluentes no s corpos receptores

23



• vazão do r io , a monta nte do lançamento (Q

r

)

• vazão de esgotos (Q^)

• oxigênio d issolv ido no r io , a montante do lançamento (OD

r

)

• ox igên io dissolv ido no esgo to (OD

c

)

• DBO5 no r io , a montante do lançamento (DBO

r

)

• D B O

s

do esgoto (DBC Q

• c oef icie nte de desoxig enação (K |)

• coef iciente de reaeração (K?)

• velo cida de de percu rso do rio (v)

• tempo de percurso ( t)

• concentração de saturação de OD (C*)

• oxigênio d issolv ido mínimo permissível (OD

m n

)

DADO S DE ENTRADA PARA O M O DELO DE STREETER-PHELPS

DBOr Kl, K2

v, t

Cs, ODmíri

F i g . 1 . 1 5 . D a d o s d e e n t r a d a n e c e s s á r i o s p a r a o m o d e l o d e S t r e e l e r - P h e l p x

a) Vazão do curso d água (Q

r

)

A vazão do corpo receptor é uma var iável de extrema importância no modelo ,

tendo uma grande inf luência nos resultados da simulação. Justifica-se, portanto, a

obtenção do valor da vazão tão preciso quanto possível .

A uti l ização do m odelo de OD pode ser fei ta com qua isquer das vazões seguintes ,

dependendo dos objet ivos:

- vazão observada em um determinado per íodo

- vazão média (média anual , média do per íodo chuvoso, média do per íodo seco)

- vazão mínima

A vazão observada em um determinado período é u ti l izada quando se deseja

calibrar o modelo , is to é , a justar os coef icientes do modelo , para que os dados

s imu lados se jam os mais próximos possíveis dos dados observados (med idos ) no

curso d 'água no per íodo em análise.

A vazão média é adotada quando se deseja s imular as condições méd ias prevale-

centes , quer durante o ano, durante os meses chuvo sos ou durante os meses secos.

A

vazão mínima é

u ti l izada para o p lanejamento da bacia h idrográf ica, para a

I líi




aval iação doc um pr im ent o aos padrões ambienta is do corpo receptor e para a a locação

de cargas poluidoras , Ass im, a determinação das ef ic iências requer idas para os

tra tamentos dos diversos lançamentos deve ser determinada nas condições cr í t icas .

Es ta s condições cr í t icas no corpo receptor ocor rem exatamente no per íodo de vazão

mínima, em que a capacidade de di luição é menor .

A vazão cr í t ica deve ser ca lculada a par t i r de dados f luviométr icos his tór icos do

curso d 'água. Foge ao escopo do presente texto a anál ise dos métodos para a

es t imativa das vazões mínimas , tema bem deta lhado em l ivros de hidrologia . Usual-

m ente ado ta - s e um a vazão m ín im a com um tempo de recorrência de 10 anos e período

de mínima de 7 dias (Q7.10)- Tal pode ser entendida como o valor q ue pode s e repetir,

probabi l is t icamente , a cad a 10 anos , com pr eendendo a menor média ob t ida em 7 dias

consecut ivos . Ass im, em cada ano da sér ie his tór ica , procede-se à anál ise das 365

méd ias diár ias de vazão. Seleciona-se , em cada ano, o per íodo de 7 dias consecut ivos

que resul tou na menor média d e vazão (média de7 valores) . Com o s valores da m eno r

m édia de 7 dias de cada ano procede-se a uma anál ise es ta t ís t ica , que permite

interpolar ou extrapolar o valor para o tem po d e recor rência de 10 anos .

Um a ou t r a abor dagem que pode ser adotada é a da ut i l ização d o concei to de

descarga específica ( l/s .km

2

). Ex is tem valores tabulados para grande par te do ter r i -

tór io nacional , função de es tudos hidrológicos real izados por diversos órgãos . Des ta

f o r m a , conhec ida a área de drenagem no ponto de lançamento, eado tan do -se um valor

da descarga específ ica , o produto de ambos conduz à vazão do curso d 'água. Os

valores da descarga específ ica var iam grandemente de região para região, em função

d o c l im a , topograf ia , solo e tc .

b) Vazão de esgotos (Q

e

)

A

vazão de esgotos cons iderada em es tudos de autodepuração é usualmente a

vazão média, sem coef ic ientes pa r a a hora e o dia de m a ior consum o. A vazão d e

esgo tos é obt ida a t r avés dos p r oced im entos convencionais , ut i l izando-se dados de

população, contr ibuição per capi ta , inf i l t ração, contr ibuição específ ica (no caso de

despejos indus tr ia is ) etc. Ta i s p roced im entos encon t r am - se abor dado s no Cap í tu lo 2.

c) Oxigênio dissolvido no rio, a montante do lançamento (OD

r

)

O teor de oxigênio dissolvido em um curso d ' á g u a , a m ontan te do l ançam ento

dos despejos , é um produto das a t ividades na bacia hidrográf ica a montante .

Caso não se ja poss ível cole tar amostras de água nes te ponto, pode-se es t imar a

concen t r ação de O D em f un ção do g r au de po lu ição apr ox im ado do cur so d ' água . S e

es te apresentar poucos indícios de poluição, O D

r

pode ser adotado, por segurança,

co mo 7(1 a 90% do v alor de sa turação de ox igên io (ver item l adiante) .

Caso o curso d 'água já se apresente bem poluído a montante , jus t i f ica-se uma

cam pa nha d e am os t r agem , ou m esm o que os e s tudos de au todepur ação s e e s tendam

para montante , de forma a incluir os pr incipais focos poluidores . Em ta l s i tuação, o

valor d e O D

r

será bem infer ior ao teor de saturação.

Impacto do lançamento de efluentes nos corpos receptores 125



d) Oxigênio dissolvido no esgoto (0D

e

)

Nos e sgotos , os teores d e oxigênio d issolv ido são normalmen te nulos o u p róx imos

a zero. Isto se deve à grande quantidade de matér ia orgânica presente, implicando em

u m e levado consumo d e oxigênio pelos microrganismos decompositores . Assim,

adota-se usualmente, nos cálculos de autodepuração, o OD do esgoto bruto como

zero.

C aso o esgoto seja

t rat ad o ,

as seguintes considerações podem se r efetuadas:

- Tratamento primário. Ef luen tes de tratamento pr imár io podem ser admitidos como

tendo OD igual a zero.

- Tratamento anaeróbio. Ef luen tes de processos anaeróbios de tratamento possu em

também um OD igual a zero .

- Lodos ativados e fdtros biológicos. Ef luentes desses s is temas sofrem uma cer ta

aeração nos ver tedores de saída dos decantadores secundár ios , poden do o OD subir

a 2 mg/l ou mais . Se o emissá r io de lançamento f inal f or longo, es te oxigênio poderá

vir a ser consumido, face à DBO remanescen te do tratamento .

- Lagoas facultativas. Ef luen tes de lagoas facultat ivas podem apresentar teores de

OD próximos à saturação, ou mesmo ainda mais elevados, face à produção de

oxigênio puro pelas algas .

e) DBO5 no rio, a montante do lançamento (DBO

r

)

A DBO? no r io , a montante do lançamento , é função dos despejos lançados ao

longo do percurso até o ponto em questão . São aqui também válidas as considerações

sobre campanhas de amostragem e a inclusão dos focos poluidores de montante,

abordadas no i tem c.

Klein (1962) propõ e, na ausência de dados espec íf icos , as seguintes c oncentraç ões

típicas (Quadro 1.5):

Quadro 1.5

Valores de DBOfi era função das características do curso d'ág ua

C o n d i ç ã o d o r i o D B O f i d o r i o ( m g / I )

B a s t a n t e t i m p o

1

L i m p o

2

R a z o a v e l m e n t e l i m p o

3

D u v i d o s o

5

R u i m

> 10

Fonte: Klein (1962

f ) DBOs do esgoto {DBO„)

A concentração da DBOs dos esgotos domésticos brutos tem um valor médio da

ordem de 300-350 mg/l . Pode-se est imar também a DBO dos esgotos domésticos

através da d iv isão entre o valor per capita de DB O (da ordem de 45 a 60 gD BOs/ha b.d ,

I líi




usualm ente adotada como 54 gD BOs/hab.d) pe la produção per capi ta de esgotos (em

torno de 120 a 220 1/hab.d) (ver Capítulo 2).

Cas o haja desp ejos industriais significativos, estes devem ser incluídos no cálculo ,

pr incipalmente aqueles or iund os de indúst r ias com elevada carga orgânica no ef luen-

te, como as do ramo alimentício. Tais valores podem ser obtidos por meio de

amostragem ou através de dados de l i teratura (ver também o Capí tulo 2) .

Na situação em que se estiver investigando o lançamento de um efluente tratado,

deve-se considerar a redução da DB O proporc ionada pela ef ic iência do t ra tamento.

Em ta is condições, a DBO s ef luente será :

flB^íl-jljJ.DBft (1.28)

onde:

DBOcfi = DBO s do esgoto ef luente do tra tamento (mg/ l )

D B O e = D B O s d o esgoto af luente (mg/l)

E = ef ic iência do t ra tamento na remoção da D BOs (%)

O Quadro 1.6 apresenta fa ixas típicas de remoção da D BO de diversos sistemas

de t ra tamento de esgotos predominantemente domést icos. A descr ição dos diversos

sistemas de t ra tamento encontra-se no Capí tulo 4 . Outros volumes da sér ie dedicam-

se ao total detalhamento dos sistemas de tratamento.

Quadro 1.6 Eficiências típicas de diversos sistemas na remoção da DBO

S is tema de t ra tam ento E f i c iênc ia na rem oção de DBO (%)

Tra tamento p r imár io

3 5 - 4 0

Lagoa facu l ta t i va

7 0 - 8 5

L a g o a a n a e r ó b i a - l a g o a f a c u l t a t i v a

7 0 - 9 0

L a g o a a e r a d a f a c u l t a t i v a

7 0 - 9 0

L a g o a a e r a d a d e m i s t u r a c o m p í e t a - l a g o a d a d e c a n t a ç ã o

7 0 - 9 0

L o d o s a t i v a d o s c o n v e n c i o n a l

8 5 - 9 3

A e r a ç â o p r o l o n g a d a

9 3 - 9 8

Fi l t ro b io lóg i co (ba i xa carga)

B 5 - 9 3

Fi l t ro b io lóg i co (a l ta carga)

8 0 - 9 0

n i o d i s c o

8 5 - 9 3

Heator anaerób io de manta de i odo 6 0 - 8 0

F o s s a s é p t i c a - f i lt r o a n a e r ó b i o 7 0 - 9 0

In f i l t ração len ta no so lo

9 4 - 9 9

In f i l t ração ráp ida no so lo

86 - 90

In l i l t ração subsuper f i c i a i no so lo

9 0 - 9 8

f s c o a m e n t o s u p e r f i c i a l n o s o l o

8 5 - 9 5

Impacto cio lançamento de efluentes nos corpos receptores

127

1



g) Coeficiente de desoxigenação (Kj)

O coef icie nte de desoxigen ação pode ser obtido segundo os cr itér ios apres entados

no I tem 1 .4 .2 . Deve-se atentar para o fato de que esgotos tratados b io logicamente

possuem um menor valor de Ki (ver Quadro 1 .4) . Para temperaturas do l íquido

diferentes de 20°C, o valor de Ki deverá ser corrigido (ver Item 1.4.3).

h) Coeficiente de reaeração (Kz)

O coef iciente de reaeração pode ser obtido segundo as metodologias expostas na

Item 1.5.2. Para tem perat uras do líquido diferente s de 20°C, o valor de K j deverá ser

corrigido (ver Item 1.5.3).

i) Velocidade no curso d água (v)

A velocidade da massa l íquida no curso d 'água pode ser es t imada através de um

dos seguintes métodos:

- medição d ireta no curso d ' água

- obtenção de dados em estações f luviométr icas

- u t i l ização de fórmu las h idráulicas para canais

- co r r e lação com a vazão

Em simulações que possam ser efetuadas com quaisquer condições de vazão, a

ob tenção da velocidade através dos dois ú l t imos m étodos é a mais indicada. E m outras

palavras , é impor tan te qu e a velocidade seja coerente com a vazão, já que per íodos

de seca tendem a ler menores velocidades, com o oposto ocorrendo com os per íodos

chuvosos.

As fórmulas h idráulicas são apresentadas na literatura pertinente, devendo se r >

se lec ionado o coef ic ien te de rugosidade mais adequado em função da con fo rmação

do leito do curso d'água (ver Chow, 1959).

A correlação com a vazão dev e seguir unia metodologia semelha nte à descri ta no

I tem 1,5.2.c, para o coef iciente de reaeração. O modelo a ser obtido pode ter a forma

v = cQ

d

, onde c e d são coeficientes obtidos da análise da regressão.

j) Tem po de percurso (t)

No modelo de Streeter -Phelps , o tempo de percurso teór ico que uma par t ícula

gasta para percorrer determinado trecho é função unicamente da velocidade e da

distância a ser vencida. Isto se deve ao fato do modelo prever a utilização de um

regime hidráulico de f luxo em pis tão , não se considerando os efei tos da d ispersão .

Assim, conhecidas as d is tâncias de percurso e determinadas as velocidades em

cada trecho, o tempo d e residência é obtido d iretame nte da relação:

I líi




r

v.86400


(1-29)

onde:

t = tem po de percurso (d)

d = distância percorrida (m)

v = velocidade do curso d'água (m/s)

86400 = número de segundos por dia (s/d)

l) Concentração de saturação de OD (C

v

)

A concentração de saturação de oxigênio pode ser calculada com base em

considerações teóricas, ou através da util ização de fórmulas empíricas. O valor de C

s

é função d a temperatura da água e da alt i tude, sendo que:

- A elevação da temperatura reduz a concentração de saturação (a maior agi tação

entre as moléculas na água faz com que os gases dissolvidos tendam a passar para

a fa se gasosa) .

- O aumento da altitude reduz a concentração de saturação (a pressão a tmosfér ica

é menor, exercendo um a menor pressão para que o gá s se dissolva na água).

Há a lgumas fórm ulas empír icas (a maioria baseada em análises da regressão) que

fornecem dire tamente o valor d e C

s

(mg/ l ) em função de , por exemp lo, a temperatura

T (°C). Uma fórmula frequentemente empregada é (Popel, 1979):

A influência da alt i tude pode ser computada pela seguinte relação (Qasim, 1985):

onde:

fn = fator de correção da concentração d e sa turação de OD pela alt i tude (-)

Cs'

= concentração d e saturação na alt i tude H (mg/1)

H = alti tude (m)

A sa l inidade afe ta também a solubi l idade do oxigênio. A influência de sais

dissolvidos pod e ser computada pela seguinte fórmula empír ica (Popel, 1979):

onde:

7 = fator de redução na solubilidade (=1 para água pura)

Csai = concentração de sa is dissolvidos (m g CI71)

O Quadro 1.7 apresenta a concentração de saturação de oxigênio na água limpa

para diferentes temperaturas e alt i tudes:

Cs = 14,652 - 4,1022x10-'.T + 7,99I0xW~'.T

2

- 7,7774x10'-.T*

(1.30)

(1.31)

y= I - 9 x HT

6

. C

.ud

(1.32)

Impacto

do lançamento de

efluentes

nos corpos

receptores

1 2 9



Quadro 1.7. Concentração de saturação de oxigênio (mg/l)

Altitude (m)

Temperatura (°C)

0

500

1000 1500

10

11,3

10,7 10,1

9,5

11

11,1

10,5

9.9

9 ,3

12

10,8

10,2

9,7

9,1

13

10,6 10,0

9,5

6,9

14

10,4 9,8

9.3 8,7

15

10,2

9,7

9.1

8,6

16

10,0

9,5

8,9

8,4

17

9.7

9.2

8,7 8,2

18 9.5

9,0

8,5 8,0-

19 9,4 8,9 8,4 7 ,9

2 0

9,2 8,7

8.2

7 ,7

21

9.0 8,5

a.o

7,6

22

8,8 8,3 7,9

7,4

2 3

8,7

8,2

7.8

7,3

24

8,5

8,1

7,6

7.Á-

25

8,4 6,0

7 ,5

7,1

26 8 ,2

7,8 7,3 6,9

27

8,1

7,7

7,2

6 ,8

2 8

7,9

7,5

7,1

6,6

2 9

7,8 7,4 7,0

6,6

30 7,6

7,2 6 ,8

6,4

m) Oxigênio dissolvido mínimo permissível (ODmin) >

Os teores de oxigênio dissolvido n serem mant idos nos corpos d 'água são

estipulados através de legislação. Os valores variam em função da classe em que o

corpo d 'águ a está c lassi f icado. Segundo a Resolução CO NA M AN ° 20, de 18/06/86,

são os seguintes os teores mínimos permissíveis de OD nos corpos d 'água, em fun ção

da classe a que pertencem:

Q ua dr o 1.8 Teores mínimos permissíveis de oxigênio dissolvido

(Resolução CONAMA n° 20, 18/06/86)

Classe OD minimo (mg/1)

Especial Não sãa permitidos lançamentos, mesm o tratados

1 6,0

2 5,0

3 1,0

4 2,0

I líi

2

(14




E T F E S

- B ib l io te ca

1 .8 . Formas de con t ro l e da po lu i ção p o r ma té r i a o rgân ica

A o se analisar as possíveis estratégias de controle da poluição no curso d 'água, é

fundamenta l q ue se atribua uma visão regional para a bacia hidrográf ica como um

todo, objetivando atingir-se a qualidade desejada para a água, ao invés de se tratar o

problema pelos seus focos i solados. Quando se emprega um enfoque regional , uma

grande variedade de est ratégias a l ternat ivas torna-se disponível , norm almente con-

duz indo a maior economicidade e segurança . Um a estrutura organizacional adequada

torna-se fundamenta l para desempenhar estas funções.

Entre as principais alternativas disponíveis, citam-se as seguintes:

• tratamento dos esgotos

• regularização da vazão do curso d'água

• aeração do curso d'água

• aeração dos esgotos tratados

• alocação de outros usos para o curso d'água

a) Tratamento dos esgotos

O tratam ento individua l ou coletivo dos esgotos antes do lançamento é usualmente

a principal , e muitas vezes, a única estratégia de controle. No entanto, deve-s e an alisar

a sua possível combinação com algumas da s outras estratégias apresentadas, no

sent ido de se obter a solução técnica favorável de menor custo. O t ra tamento dos

esgotos é a principal alternativa analisada na presente série de textos.

b) Regularização da vazão do curso d'água

Esta alternativa consiste gera lmente em se construir uma barragem a montante

para, através de regularização, aumentar a vazão mínima do curso d 'á g u a . A opção

mais atraente é a de se incluir usos múltiplos para a represa, tais como irrigação,

hidrelétrica, recreação, abastecimento de água e outros.

Outro aspecto posi t ivo é de qu e o efluente de barragens pode conter teores de

oxigênio dissolvido mais elevados, através da aeração no vertedor de saída.

Deve-se ter em mente , no entanto, que a implantação de barragens é um tópico

del icado do ponto de vista ambiental. Se a bacia hidrográfica dc contribu ição à repr esa

não estiver dev idamente protegida, a própria represa poderá tornar-se um ponto de

poluição localizada e de riscos de eutrofização.

c) Aeração do curso d'água

Uma outra possibi l idade é a de se prover a aeração do curso d 'água em algum

ponto a jusante do lançamento, mantendo-se a concentração de oxigênio dissolvido

em valores superiores ao mínimo permissível .

A vantagem desta alternativa reside no fato de que a capacidade de assimilação

tio curso d ' á g u a pode ser totalmente util izada nos períodos de maiores vazões, e a

aeração pode estar limitada a períodos de seca. Esta é um a forma de t ra tamento

cole t ivo e envolve a distribuição de custos entre os vários beneficiários.

Impacto do lançamento de efluentes nos corpos

receptores

131



Ent re as diversas form as de aeração podem ser em pregadas:

- aeração por ar difu so

- aeração superficial

- aeração em vertedores

- aeração em turbinas

- injeçã o por pressão

Além disso, quedas d 'água natura is podem contr ibuir s igni f ica t ivamente para a

e levação do O D (Von Sperling, 1987).

d) Aeração dos esgotos tratados

Na saída da estação de tratamento de esgotos, após a satisfação da demanda de

oxigênio, o ef luente pode sofrer uma simples aeração, usualmente por meio de

vertedores. Estes disposi t ivos podem aumentar a concentração de OD da ordem de

alguns mi l igramas por litro

(í

a 3 mg/l), contr ibuindo a que, já no ponto de

lançamento, a concentração de oxigênio no curso d 'água s e ja um pouco mais e levada.

e) Alocação de outros usos para o curso d'água

No caso da impo ssibi l idade (pr incipalmente econôm ica) de se controlar os focos

poluidores de forma a se preservar a qual idade do corpo d ' ãgua em função d os seus

usos previstos, pode-se avaliar a relocação de usos para este curso d'água, ou para

t rechos deste.

Assim, po de vi r a ser necessário atribuir-se usos menos nobres para determinado

trecho de um curso d 'ág ua, pe la inviabi l idade de se implementar o controle ao nível

desejad a . A a locação dos usos para o curso d 'água deve ser efe tuada como uma fo rma „

de ot imização dos recursos hídricos regionais, visando seus vários usos (Arceivala,

1981).

L

132

Introdução

à qua lidade das águas e ao

tratamento

de esgotos



1 ,9. Exe mp lo de cá l cu lo

1 .9 .1 Desc r i ção do p rob lema

A cidade e a indústria do exemplo geral do Capítulo 2 (Item 2.7) lançam, de

forma conjunta, os seus despejos não tratados em um curso d'água. A

montante d o ponto de lançamento, a bacia hidrográfica não apresenta nenhu-

ma contribuição pontual representativa, sendo ocupada principalmente por

matas. A jusante do ponto cle lançamento O curso d'água percorre uma

distância de 50 km até atingir a rio principal. Neste percurso, não há outros

lançamento significativos.

São os seguintes os dados principais:

• Características dos esgotos (valores obtidos no referido exemplo):

- Vazão média

cle

esgotos: 0,114 rtv/s

- Concentração de DBO: 341 mgâ

• Características da bacia hidrográfica:

- Área de drenagem a montante do ponto de lançamento: 355 km

2

- Descarga específica do curso d'água (vazão mínima po r unidade de área

da bacia): 2 l/s. km

1

• Características do curso d'água:

- Classe do corpo d'água: Classe 2

- Altitude: 1.000 m

- Temperatura da água: 25°C

- Profundidade média: 1,0 m

- Velocidade média: 0,35 m/s

Assumir os outros dados julgados necessários.

• Calcular o perfil de O D até ci confluência com o rio principal

• Apresentar alternativas cle tratamento cle esgotos para o controle da po-

luição no curso d'água

• Calcular e plotar os perfis de OD para as alternativas apresentadas

Impacto do lançamento de efluentes nos corpos receptores 1 3 3



1 .9 .2 . De te rminação dos dados de en t rada

a) Vazão do rio (Q,)

Descarga especí f ica mínima: Qrcs

P

=2,0 l/s.km

2

Área da bacia de drenagem: A=355 km

2

Qr = Qr

esr

.

A = 2,0 l/s . km

2

x 35 5 km

2

= 7 1 0 l /s = 0 ,710 rn/s

b) Vazão de esgotos(Q

t

)

Qc

= 0,114 mVs (enun ciado do probiema)

c) Oxigênio dissolvido no rio (OD,)

Conside rando-se que o curso d'água não apresenta descargas poluidoras a mon-

tante, adotar o oxigênio dissolvido no rio, a montante do lançamento, como 90% do

valor de saturação.

Concentração de saturação: C

s

=7,5 mg/l (25°C, 1.000 m de alt i tude) (ver i tem./

adiante)

O D

r

= 0,9 x C

s

= 0,9 x 7,5 mg/l = 6,8 mg/l

d) Oxigênio dissolvido no esgoto (O D,.)

O D

e

= 0,0 mg/l (adotado)

e) Deman da bioquímica de oxigênio no rio (DBO , )

Segundo o Quadro 1.5, para um rio l impo, tem-se:

DBOr = 2,0 mg/l

f ) Demanda bioquímica de oxigênio do esgoto (DBO,)

DBOe = 3 4 1 mg/1 (enunciado do problema)

g) Coeficiente de desoxigenação (K\)

Na impossibi l idade de se efetuar testes de laboratório, K Í foi adotado como um

valor médio de l i teratura (esgotos brutos - v er Quadro 1.2):

Ki = 0,38 d"

1

(2 0

U

C, base e)

Correção d e K | para a temperatura de 25"C (Equaçã o 1.8):

K\

r

= K

noc

. e '

7

"

2

^ = 0,38 x 1,047

(2 5

"

20 )

= 0,48 et*

h) Coeficiente de reaeração (Kj)

Profund idade do curso d ' agua : H = 1,0 m

Velocidade do curso d 'água: v = 0,35 m/s

Fórmula a ser uti l izada, em função da faixa de aplicação (ver Quadro 1.4 e Figura

1.12): fórmula de O'Connor e Dobbins:

2(14

Introdução

à qualidade da s águas e ao

tratamento

de esgotos



K

2

= 3,73 . = 3,73 .

( Q

'

3 5 , n /

f f

5

= 2,21 ÍT

1

(20°C, base e)

H • (1,0 m) •

Cor reção para a temperatura de 25°C (Equação 1.13):

K

2t

=K

220C

•

e

( r

"

2 0 )

= 2,21 x l ,024

(2 5 _ 2 O )

= 2,49 d '

i) Tempo de percurso

Velocidade do curso d ' água : v = 0,35 m/s

Distância de percurso: d = 50.000 m

O tempo de percurso para se chegar à confluência com o rio principal é (Equação

1.29):

_ d 50 .000 m _

' ~~ v.86400 ~ 0,35 m/s . 86400 s/d '

j) Concentração de saturação de oxigênio (C.«)

Temperatura da água: T = 25°C

Alt i tude: 1.000 m

Através do Quadro 1.7 obtém-se:

Cs = 7,5 m g / 1

l) Oxigênio dissolvido mínimo permissível (0 D

r a

i„)

Classe do corpo d 'água: Classe 2

Segundo o Quadro 1.8, tem-se:

ODmín = 5,0 mg/l

R e s u m o :

DADOS DE ENTRADA

G e = 0,114 m3/s

O D e =

0.0

mg/ l

DBOe = 341 mg/ l

Q r = 0.710 m3/s

ODr = 6,8 m g/ l

DBOr = 2,0 m g/ l

v = 0,35 m/s

H = 1.0 m

d = 50,000 m

t = 1,65 d

K l =

0,48

d-1

K2 = 2.49

d-1

Cs = 7.5 mg/ l

ODmín - 5,0 mg/ l

Fig. 1.16. Dados de entrada do exemplo. Hsgolo bruto.

Impacto

do lançam ento de efluentes nos corpos receptores

1 3 5



1 .9.3 . De te rm inaç ão dos dados de sa ída - Esgo to b r u to

a) Concentração de oxigênio cla mistura

(C,>)

Segundo a Equação 1.19:

Q

r

. OI), + Q,. OD

c

0,710 x 6,8 + 0,114 x 0,0

(

o

= = 5 ,9 mg/l

Qr + Q

c

0,710 + 0,114

O déficit de oxigênio é (ver Equação 1.20):

Do = Cs - Co = 7,5 - 5,9 = 1,6 mg/l

b) Concentração de DBO última da mistura (Lo)

A constante de t ransformação da DBO s a DB O úl t ima é dada pela Equação 1.23:

Ki =

DUO„

I

-5.K,

-5.(0,48

= 1 10

DBOs | - i - c

A DBOs da mistura é obtida a partir da Equação 1.21:

(O,-, DBO, + Qc. DBOA 0 ,710 x 2,0 + 0,114 x 341)

/

>M)

= —

1

— — =

1 1

Q r+ Q c 0 ,710 + 0 ,114

A DUO úl t ima da mistura é obtida através da Equação 1.22:

/,„

= DB O

%

• Kt = 49 x 1,10 = 5 4m g / l

c) Tempo crítico (/, )

Segund o a Equação 1.25:

- 49 mg/l

h =

1

Kj

—

K ]

I

2,49 - 0,48

1 -

Do (Ki- K,)

In

2,49

0,48

Lo Ki

1,6(2,49 - 0,48)

54 x 0.48

= 0,75 d

A distância crít ica é obtida através do conhecimento do tempo crít ico e da

velocidade:

do = t . v . 864 00 = 0,75 x 0,35 x 86400 = 22680 m = 22,7 km

d) Concentração crítica

cle

oxigênio dissolvido (OD

c

)

O défic i t crít ico é dado pela Equação 1.26:

D

c

= f

:

L„- e'

K

> ' = | | | - 5 4 - * ° '

75

= 7 ,2 mg/l

A concentração crít ica é dada pela Equaçao 1.27:

2(14




0 D

C

= Cs-Dc = 7,5 - 7,2 = 0,3 mg/l

Caso houvesse sido atingido um valor negativo de concentração, deve-se ter

sempre em mente que uma concentração negat iva não tem signif icado f ísico. O

modelo de St ree ter-Phelps não é vál ido nestas condições (a par t i r do momento em

que OD=0 mg/ l ) .

E necessár ia a adoção de medidas de controle ambienta l, já que ocorrem concen-

trações inferiores à mínima permissível (OD

m

,-

n

= 5,0 mg/l).

e) Perfil de oxigênio dissolvido ao longo do tempo e da distância

Ao longo do curso d 'águ a, a jusante do lançamento, devido à inexistência de dados

específicos, assume-se que a diluição por contribuições naturais (drenagem direta)

seja contrabalançada pela DBO distribuída ao longo do percurso.

Caso haja tributários ou lançamentos de esgotos significativos a jusante, o curso

d 'água deverá ser subdividido em novos t rechos. E uma condição essencial do

modelo de Streeter-Phelps que cada trecho seja constante e homogêneo.

Segundo a Equação 1.24, tem-se:

O

= Cs

-

K\

•

Lo

= 7 , 5 -

Ki-K i

0,48 x 54

(e~

K[

'' - e~

K

-'')

+

D o

•

é

-Ki. t

2,49 - 0,48

.

( e

- 0 . 4 8 x , _

e

- 2 . 4 9 x

í ) + 1 ) 6

.

e

- 2 , 4 9 x ,

Para diversos valores de t , tem-se:

d (km)

t(d)

C, (mg/l)

0,0

0,00

5,9

5.0

0,17

3,1

10,0

0,33

1.5

15,0

0,50 0.6

20,0

0,66

0.3

25,0

0,83 0.3

30,0

0,99

0.5

35,0

1.16 0,8

40,0

1,32

1.1

45,0 1,49

1.5

50,0

1,65

1.9

Observa-se que em pra t icamente todo o percurso o OD está abaixo do mínimo

permissível de 5,0 mg/l. O perfil de OD pode ser visualizado na Figura 1.17.

Caso houvesse ocorr ido concentrações de OD abaixo de zero, o modelo deveria

deixar de ser uti l izado no ponto em que o OD tornou-se negativo, não sendo

reportados os valores inferiores a zero.


receptores

1 3 7



PERFIL DE OD - ESGOTO BRUTO

Fig . 1.17. Perfil de OD no curso d'águ a. Esgolo brulo

1 .9 .4 . De te rminação dos dados de sa ída - e sgo to t r a t ado

Configu rada a necessidade do t ra tamento, deve-se invest igar di ferentes a l ternat i-

vas de níveis e ef ic iências de t ra tamento na rem oção da DB O. O concei to de nível de

tratamento, uti l izado neste i tem, encontra-se abordado no Capítulo 4.

a) Alternativa 1: Tratamento prim ário - Eficiência de 35%

Pela Equação 1.28, a DB O dos esgotos ef luentes do t ra tamento é :

DBQ, - DBO

ehmto

( e \

1

"Tõõ

V

= 341

( _35}

100

= 222 mg/l

O nov o coeficien te K | (esgo to tratado a nível primário) pode ser obtido do Q uadro

1 .2 , e adotado como:

K i = 0 , 3 5 d -

,

(T=20°C)

K, = 0,44 d~'(T=25°C)

Os demais dados de ent rada permanecem os mesmos. A seqüência de cá lculo é ,

também, a mesma.

Os valores ca lculados de OD, bem com o o gráf ico do perf il de OD , encon tram-se

no item d.

A concentração crít ica de OD (2,8 mg/l) ocorre a uma distância de 22,1 km, O

valor mínimo permissível ( '5,0 mg/l) continua não sendo obtido na maior parte do

percurso. A eficiência do tratamento proposta é insuficiente. Deve-se tentar, portanto,

uma maior eficiência, associada a um tratamento a nível secundário.

b) Alternativa 2: Tratamento secundário - Eficiência de 65%

Todos os processos de tratamento de esgotos a nível secundário são capazes de

alcançar uma ef ic iência na remoção da DB O de 65% , mesmo aqueles mais simpl i f i -

cados.

2

(1 4

Introdução à qu alidade das águas e ao tratamento de esgotos



DBQ. = 341 .

1 _

6 5

1

\

=

e T F Ê S


K j = 0 , 1 8 d"

1

(T=20°C)

K i = 0 , 2 3 d '

1

(T=25°C)

Admit iu-se , por segurança , que o OD efluente do t ra tamento se ja o mesmo do

esgoto bruto (0,0 mg/l). Caso o sistema de tratamento de esgotos propicie maiores

teores de OD no efluente, tal aspecto deverá ser levado em consideração.

Os valores ca lculados de OD, bem como o gráf ico do perfi l de OD, enco ntram-se

no item d.

Observa-se que o curso d 'ãgua, em todo o seu percurso, possui va lores de OD

acima do mínimo permissível (o O D crítico é de 5,4 mg/í). Desta forma, do pon to d e

vista do corpo receptor , esta a l ternat iva é sa t i sfa tór ia . Como o padrão do corpo

receptor está sendo respeitado, não há necessidade de se analisar o atendimento ao

padrão de lançamento. N o caso de legislações que impõem padrões de lançamento

para a DBO (como em Minas G era is, com o padrão de DBO igual a 60 mg/l), deve-se

apresentar este estudo de autodepuração ao órgão ambiental, no sentido de que seja

aprovado o lançamento com a concentração superior (no caso, 119 mg/l), já que o

padrão do corpo receptor está satisfeito.

C o m o a alternativa da eficiência de 65% mostrou-se suficiente, não há necessi-

dade de se investigar outras alternativas de maior eficiência e, muito provavelmente,

maior custo. A si tuação m ais econômica é usualmente aquela em qu e o O D crít ico é

apenas marginalmen te superior ao OD mínim o permissível . De forma simi lar , não há

necessidade de se analisar eficiências inferiores a 65%, já que esta se situa no p atam ar

infer ior da faixa de atuação dos tratamentos secundários.

Caso a ef ic iência de 65% tivesse sido insatisfatória, novas eficiências deveriam

ser testadas em form a sequencia e crescente, at é se atingir o a tendimento ao padrão

do corpo receptor.

c) Resumo

A alternativa a ser adotada deve ser a alternativa 2 - tratamento dos esgoto s a nível

secundário, com uma ef ic iência de 65% na remoção de DBO.

Os valores d as concentrações de OD no curso d 'água para as diversas alternativas

estão apresentados a seguir.

Impacto do lançamento d e efluentes nos corpos receptores

139



Concentração de OD (mg/1)

d (km) t (d) ^

L

-

a

-

i

E

= 0%

•

E =

35%

E =

65%

0.0

0,00

5,9

5,9 5,9

5,0 0,17 3,1

4,3 5,6

10,0

0,33

1,5

3,5 5,5

15,0

0,50 0,6 3,0

5,4

20,0

0,66 0.3 2,8 5,4

25,0

0.83 0,3 2,8

5,4

30,0

0,99 0,5 3,0 5,4

35,0

1,16

0,8

3,1

5,5

40,0 1,32

1,1

3.4

5,5

45,0

1,49

1.5

3,6 5,6

50,0

1,65

1.9

3,8 5,7

PERFIS DE OD • DIVERSAS ALTERNATIVAS

0 10 20 30 40 50

distância (km)

E = 0% E = 3 5% E = 65% OD min

Fig. 1.18. Perfis de OD para diversas alternativas de tratame nto dos esgotos

Os valores acima foram obtidos através de cálculo por p lanilha eletrônica.

Pequenas d iferenças em decimais poderão surgir, dependendo do cr i tér io de ar redo n-

damento empregado, pr incipalmente em cálculos efetuados em calculadoras eletrô-

nicas.

2(14 Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de esgotos



2 . C O N T A M I N A Ç Ã O P O R

M I C R O R G A N I S M O S P A T O G Ê N I C O S

2 . 1 . I n t r o d u ç ã o

Um dos mais importantes aspectos de poluição das águas é aquele re lac ionado

com o fator higiênico, associado às doenças de veiculação hídrica. O Item 5.3 do

Capí tulo 1 l ista as principais doenças associadas à água.

Um corpo d 'água receptor do lançamento de esgotos pode incorporar a si toda

uma ampla gama de agentes t ransmissores de doenças. Este fa to não gera um impacto

à biota do co ipo d ' água em si , m as afe ta a lguns dos usos preponderantes a e le

dest inados, ta is como abastec imento dc água potável e balneabilidade.

E, portanto, de fundamenta l importância o conhecimento do com portamen to dos

agentes t ransmissores de doenças em um corpo d 'água, a partir do seu lançamento

até os locais de util ização (captaç ão de água ou balneabilidade). Sab e-se q u e a m aioria

destes agentes têm no trato intestinal humano as condições ótimas para o seu

cresc imento e reprodução. Uma vez submet idos às adversas condições prevalecentes

no corpo d 'água, ê les tendem a decrescer em número, carac ter izando o assim

chamado deca imcnto .

Foi visto que as bactérias do g r u p o c o l i f o r m e são util izadas como indicadores

de contaminação fecal, ou seja, indicam se uma água foi contam inada po r feze s e,

cm decorrência , se apresenta uma potencialidade para transmitir doenças. O presente

item aborda as relações qualitativas e quantitativas associadas ao decaimento de

col i formes em coipos d 'água, entendendo-se que este decaimento represente um

indicativo d o comportam ento dos eventuais pa togênicos lançados neste corpo d ' água .

2.2. P a d r õ e s p a r a c o l i f o r m e s e m c o r p o s d ' á g u a

C o m o visto no Itern 6.2 do Capítulo

1,

são os seguintes os padrõe s para col i formes

em corpos d 'água, em função da sua classificação:


receptores

141



Quadro 2 .1

Padrões de coliformes em corpos d'água (Resolução CONAMA 20, de ] 8/06/86)

Padrão (organismos/300

Classe do corpo d ' água —

Coliformes fecais Coliformes lolais

; 1

Especial

(c)

(o)

1 (d) (e)

200

1.000

2 W

1.000 5.000

3

4.000

20.000

4

(f)

(1)

Obs:

(a) Padrão a ser cumprido em B0% ou mais de pelo menos 5 amostras mensais colhidas em qualquer més.

(b) O padrão para coliformes totais deve ser uti l izado quando não houver na região meios disponíveis para o exame de

coliformes fecais.

(c) Nos corpos d água de Classe Especial não sâo permitidos quaisquer lançamentos, mesmo que tratados.

(dj Para uso do corpo d'âgua para recreação de contato primário, deve ser analisado artigo especifico da legislação

(e) As águas utilizadas para irrigação de hortaliças ou plantas trutiteras que se desenvolvem rente ao solo e que são consumidas

cruas, sem remoção de casca ou película, não devem ser poluídas por excrementos humanos, ressaltando-se a necessidade

de inspeções sanitárias periódicas.

( ) Não há padrão para colilormes, já que as águas de Classe 4 não são Indicadas para abastecimento, irrigação ou

balneabllidade.

2 .3 . C i n é t i c a j j o j e c a i m c n t o J > a e t e r i a n o

2 ,3 .1 . Fa to re s i n t e rven ien t e s

Os coliformes e outros organismos d e origem intestinal apresentam u m a m ortalidade

natural quando expostos a co ndições ambientais que diferem das anteriormente prep on-

derantes dentro do sistema hum ano, e que eram as ideais para o seu desenvolvimento e

reprodução. Entre os vários fatores que contribuem para a mortalidade bacteriana, citam-se

os seguintes (Almeida, 1979; Arceivala, 1981; EPA, 1985; Thomann e Mueller, 1987): -

^Fatores físicos:

• luz solar (radiação ultra-violeta)

• temperatura (os valores usuais nas águas são bem inferiores à média no corpo

humano, em torno de 36°C)

• adsorção

• f loculação

• sedimentação

Fatores físico-químicos:

• e feitos osm óticos (salinidade)

• pH

• toxic idade química

• potencial redox

Fatores biológicos e bioquínúcos:

• falta de nutrientes

• predação

• compet ição

Tais fenômenos podem atuar simul taneamente , e com diferentes graus de impor -

tância.

2

(14




ETFES

B ib l i o teca

2 .3 .2 . C iné t i ca do fenômeno

A taxa de mortal idade bacteriana é geralmen te estimada pela lei de Chic k, segu ndo

a qual a taxa é tanto mais elevada quanto maior for a concentração de bactérias:

onde:

N = nú mero de col i formes (col i/100 ml)

Kb = coeficiente de decaimento bacteriano (d

1

)

t = tempo (d)

A fórmu la para o cá lculo da concentração de col i formes após um tempo t depe nde

do regime hidráulico do corpo d'água (ver Item 1.3.2.2). Rios são usualmente

representados como reatores de fluxo em pistão, ao passo que represas são admitidas

como rea tores de mistura completa . Um maior de ta lhamento destes concei tos, in-

cluindo a análise de outros modelos hidráulicos mais realísticos, encontra-se no

Capítulo "Cinética de reações e hidráulica de reatores", no segundo volume da

presente sér ie . Em função das carac ter íst icas do corpo d 'água, pode-se adotar uma

das seguintes fórmulas:

Q u a d r o 2 .2 F ó r m u l a s p a r a o c á l c u l o d a c o n t a g e m d e c o l i f o r m e s e m u m c o r p o d ' á g u a

Regime

H

dráulico

Esquema

Fórmula da contagem de

coliformes efluentes (N)

Fluxo em pistão

(ex: rios) =C5

[ £M>

N= N

0

• er*f

Mistura completa

(ex: lagos)

N

0

= contagem de coliformes no afluente (org/100 ml)

N = contagem de ccliformes após um tempo t (org/100 ml)

K|, = coeficiente de decaimento bacteriano ( d

1

)

t = tempo (d)

No caso de rea toresde mistunt completa , o tempo tcorrespoj ide ao temjgode

detenção, dado_por:_ t=V/Q. A concentração de coliformes em qualquer ponto do

reator é a mesma, coincidindo co m a concentração ef luente .

Impacto

d o

lançamento

de efluentes nos corpos

receptores

1 4 3



2 .3 .3 . Coe f i c i en t e de deca imento bac t e r i ano

A morta l idade de microrganismo em dist intos corpos d 'ág ua gera lmente apresenta

diferentes valores de Kb, dependen do da natureza do organismo c das condições no

meio aquát ico. Por exemplo, a mortalidade em águas naturais é mais rápida nas

lati tudes tropicais que nas temperadas. Rios turbulentos apresentam taxas mais

rápidas que os cursos d'água mais lentos. A cinética d e mor t andade conduz a que,

quanto maior a concentração de organismos, m aior a taxa de remoção, fazendo com

que a mortalidade seja mais rápida em rios poluídos do que nos l impos (Arceivala,

1981).

Valores de Kb obtido s em diversos estudos em água doce variam num a am pla

faixa. Valores t ípicos, no entanto, si tuam-se próximos a (Arceivala, 19 81; EPA, 1985;

Thomann e Muel ler , 1987):

Kb = 0,5 a 1,5 d"

(base e, 20°C) Valor t ípico - 1,0 d'

Marais (apud Arceivala, 1981) comenta não haver diferenças significativas entre

as taxas de decaimento de coliformes totais, coliformes fecais e estreptococos fecais.

As taxas de mortalidade de vírus são menores que as das bactérias coliformes.

O efeito da temperatura na taxa de decaimento dos microrganismos pode ser

form ulado a t ravés de:

K i,

r

=

Kh2o

.

Q

{ T

-

2 0 )

(2.2

onde:

9 = coefic iente de temperatura (-)

Um valor médio para 9 pode se r 1,07 (Castagnino, 1977: Thomann e Mueller,

1987), embora haja uma grande variação dos dados apresentados na literatura.

2 .4 . Cont ro l e da con taminação por pa togên icos

A melhor forma de se controlar a contaminação por patogênicos em um corpo

d ' água é através da sua remoção na etapa de tratamento dos esgotos. No entanto, tal

prática não é ainda consolidada a nível mundial, havendo distintas abordagens. A

prática norte-americana usual envolve a desinfecção sistemática do efluente do

tra tamento dos esgotos, enquan to a est ratégia européia normalmente efe tua a desin-

fecção apenas no t ra tamento de águas.

Os processos d e t ra tamento de esgotos usu almenteut i l izados são bastante ef ic ien-

te s na remoção de sólidos em suspensão e de matéria orgânica, m as são gera lmente

insufic ientes para a remoção de microrganismos causadores de doenças. Apesar da

2

(14

Introdução à qualidade d as águas e ao tratamento de esgotos



Q u a d r o 2 . 3 E f i c i ê n c i a s t í p i c a s d e d i v e r s o s s i s t e m a s na r e m o ç ã o d e c o l i f o r m e s

Sistema de tratamento

Eficiência na remoção de coliformes (%)

Tratamento primário

30 -40

Lagoa facultativa

60 •99

Lagoa anaeróbia-lagoa facultativa

6 0 -

99,9

Lagoa aerada facultativa 60 - 96

Lagoa aerada de mistura ccmpleta-lagoa de decantação 60 -99

Lagoa d e estabilização - lagoa de maturação

> 99,9

Lodos ativados convencional

60 -90

Aeração prolongada

65 • 90

Filtro biológico (baixa ca rga)

60 - 90

Filtro biológico (alta carga) 60 - 90

8iodisco 60 -9 0

Reator anaeróbio de manta de lodo 60 -9 0

Fossa séptica-filtro anaeróbio

60 -90

Infiltração lenta no solo

> 99

InfiStração rá pida no solo > 99

Infiltração subsuperficial no solo

>

99

Escoamento superficial no solo 90 - >9 9

grande importância deste i tem em nosso país, ele não tem recebido a devida consi-

deração. Tal se deve, em parte, pela dificuldade em se adotar métodos simplificados

e eficientes de desinfecção. O Quadro 2.3 l ista as eficiências na remoção de colifor-

mes obtidas nos principais sistemas de tratamento a nível secundário.

Apesar das eficiências parecerem elevadas, deve-se ter em mente que, em se

t ra tando de coliformes, eficiências muito mais elevadas são necessárias para o

atendimento aos padrões. Arem oção d e col iformes com efic iências bastantee levad as

pode ser alcançada através dos seguintes processos mais usuais:

Impado do lançamento de efluentes nos corpos receptores



Q u a d r o 2 . 4 P r i n c i p a i s p r o c e s s o s p a r a a r e m o ç ã o d e p a t o g ê n i c o s n o t r a t a m e n t o d o s e s g o t o s

Processo Comentário

Natural

Lagoa de

malufaçâo

São lagoas d e menores profundidades, onde a penetração d a radiação

solar ultra-violeta e as condições ambientais desfavoráveis causam uma

elevada mortandade dos pa togênicos. As lagoas de m aturação não

necessitam de produtos químicos ou energia, mas requerem grandes •

áreas. Devido à sua grande simplicidade e baixos custos, são os

sistemas mais recomendáveis (desde que haja área disponível).

Disposição

no solo

As con dições ambientais desfavoráveis no solo favorecem a

mortandade de patogênicos. Deve-se atentai para a possível

contaminação de vegetais, os quais não devem ser ingeridos. Não

necessita de produtos químicos. Requer grandes áreas.

Cloraçào

O cloro mata os microrganismos patogênicos. São necessárias elevadas

dosagens, o que encarece o processo. Há certa preocupação com

relação à geração de subprodutos tóxicos, mas deve-se levar em

consideração o grande benefício da remoção de patogênicos. Há

bastante experiência com cloraçào na área de tratamento de água.

Artificial

Ozonização

0 ozônio é um agente bastante eticaz para a remoção de patogênicos.

No entanto, a ozonização é bastante cara.

Radiação

ultra-violeta

A radiação ultra-violeta. gerada por lâmpadas especiais, mata os

agentes patogênicos. Não há geração de subprodutos tóxicos. Este

processo tem se desenvolvido bastante recentemente, e pa rece ser

competitivo com a cloraçào, dentro de determinadas condições.

O s processos l istados acima são capazes de alcançar remoções de coliformes

acima de 99,99%. Frequentemente, a eficiência d a remoção de col iformes é expressa

na escala logarítmica, através da seguinte conceituação:

• eficiência de 1 log : E= 90% (a concentração de patogênicos é reduzida

1

ordem de

grandeza)

• eficiência de 2 log: E = 9 9 % (a concentração de patogênicos é reduzida 2 ordens de

grandeza)

• eficiência de 3 log: E=99,9% (a concentração de patogênicos é reduzida 3 ordens

de grandeza)

• eficiência de 4 log

: E=99,99% (a concentração de patogênicos é reduzida 4 ordens

de grandeza)

• eficiência d e n log: E=9 9,99. . .% (a concentração de patogênicos é reduzida

n

ordens

de grandeza)

2(14

Introdução

à q ualidade das águas e ao

tratamento

de esgotos



ETFES

Bib l io teca

Exemplo 2.1

Calcular o perfil da concentração de coliformes fecais no rio do exemplo do

Item 1.10. Calcular a eficiência de remoção de coliformes necessária no

tratamento de esgotos, para que o rio fique dentro dos padrões da Classe 2,

logo após o lançamento. Os principais dados são:

• vazão do rio: Q

r

= 0,710 in/s

• vazão de esgotos: Q

c

= 0,114 nr/s

• temperatura da água: T = 20° C

• distância de percurso: d = 50 km

• velocidade do curso d'água: v = 0,35 m /s

Solução:

a) Concentração de coliformes fecais no esgoto bruto.

Assumir uma concentração de coliformes fecais Atebruio = lxl O

1

org/100ml no

esgoto bruto (ver Capítulo 2).

b) Concentração de coliformes fecais na mistura esgoto-rio, após o lança-

mento

Assumir que o rio a montante do lançamento seja limpo, com uma contagem

desprezível de coliformes (Nr = 0 org/100ml)

A concentração na mistura é advinda de média ponderada com as vazões:

g

f

. ^

+ &

. ^

=

a 7 1 0 x 0

+

0 1 1 4 x l 0 \

x 1 0 W l 0 0 m /

Qe+Qe 0 , 7 1 0 + 0 , 1 1 4

&

c) Perfil da concentração ao longo da distância

A concentração de coliformes fecais é calculada pela equação para fluxo em

pistão (rios), apresentada no Quadro 2.2. Adotando-se Kb=l,0 d'

1

, tem-se:

N=No.

e~

Kh

•' = 1,38 x IO

6

.*?"

1

-

0

-'

Variando-se t, obtém-se os valores de Nt. A correspondência entre distância

e tempo é dada através de:

d=v.t = (0,35 m/s x 86.400 s/d). t

Para diversos valores de t e de d, tem-se:

Impacto do

lançamento

de efluentes nos corpos receptores

1 4 7



d (km) Qd) N

t

(mg/l)

0,0 0,00 1,38x

10®

5,0 0,17 1,16x10®

10,0 0,3á> 0,99x10®

15,0 0,50 0,84x10®

20,0 0,66

0,71 x 10®

25,0 0,83

0,60 X10®

30,0 0,99

0,51 X 10®

35,0 1,16 0,43x10®

40,0 1,32

0.37 x

10

6

45.0 1,49

0,31 x 10®

50.0 1^65

0.27 x

10

6

Apesar do decréscimo considerável ao longo do percurso, as concentrações

são ainda elevadíssimas, e bastante superiores ao padrão de 1.000 org/100 ml

para Classe 2.

O 10 20 30 40 50

distância (km)

PERFIL DE COLIFORMES FECAIS - ESGOTO BRUTO

d) Concentração máxima permissível no esgoto para atendimento ao padrão

No ponto de lançamento, a concentração de coliformes fecais deverá .ser

1.000 org/100 ml, correspondente ao padrão pa ra Classe 2. Utilizando-se a

equação da concentração na mistura, obtém-se a concentração máxima

desejável no esgoto bruto.

N

_ Qr

-

N

r

+ &. N

ehm

,„ _

i o o o

_ 0 , 7 1 0 x 0 + 0 ,1 1 4x J V ,

Q e+ Q e 0 ,710 4 -0 ,114

N

e

= 7.228 org/100 ml

e) Eficiência requerida para a remoção de coliformes fecais no tratamento de

esgotos

A eficiência requerida é:

2(14

Introdução à qualidade da s águas e ao tratamento de esgotos



1,0 x I O

7

- 7 . 2 2 8

E = = 0,9993 = 99 ,93%

1,0 x J0

7

Será necessária, portanto, a elevada eficiência de 99,95% na remoção de

coliformes fecais no tratamento. Tal eficiência não é usualmente alcançada

nos processos d e tratamento convencionais, requerendo um a etapa específica

de remoção de coliformes (ver Quadro 2.3).

Exemplo 2.2

Calculara concentração de coliformes fecais em uma represa com um volume

de 5.000.000 m

3

. A represa recebe, conjuntamente, um rio e um lançamento de

esgotos, ambos com características iguas às do Exemplo 2.1, Calcular a

eficiência de remoção de coliformes necessária no tratamento de esgotos,

para que a represa fique dentro dos padrões da Classe 2. Os principais dados

são:

• vazão do rio: Q

s

= 0,710 m

3

/s

• vazão de esgotos: Q

e

= 0,114 fn /s

• temperatura da água: T = 20"C

Solução:

a) Concentração de coliformes fecais no esgoto bruto.

Nebruto

= lxlO

7

org/lOOml (idem Exemplo 2.1).

b) Concentração de coliformes fecais na mistura esgoto-rio

N

0

= 1,38x10

6

org/100 ml (idem Exemplo 2.1)

c) Tempo de detenção na represa

Q = Qr+Qe = 0,71Q+Q,l

1 4 = 0,824

m^/s

.

v

• 5.000.000 m

s

,

t

= — = : = 70,2 d

Q (0,824 nr/s) x (86.400 s/d)

d) Concentração de coliformes na represa

Assumindo-se um modelo de mistura completa, e um valor de Kb igual a 1,0

d'

[

(igual ao Exemplo 2.1), a concentração de coliformes na represa e no

efluente da represa é dado por (ver Quadro 2.2):




= =

1 , 3 8 x 1 0

6

=

1 +K

h

.t

1

+ 1 , 0 x 7 0 , 2

O valor encontra-se acima do padrão de 1.000 org/100 ml, para Classe 2.

e) Concentração máxima permissível no esgoto para atendimento ao padrão

Utilizando-se a mesma equ ação de mistura completa, tem-se:

N = - ^ — = 1.000 = -

N

°

\ + K i , . t 1 + 1,0

X

70,2

N„ = 71.200 org/100 ml

No ponto de mistura esgoto-rio, a concentração deverá ser de 71.200 org/100

ml. Utilizando-se a equação da concentração na mistura, obtém-se a con cen-

tração máxima desejável no esgoto bruto.

Ar

Qr.Nr+Qe.Ne _ . „

n n

0 ,710 x 0 + 0,114 X N

e

yVo = — t i , 2 U U

:

Qr+Qe 0,710 + 0,114

Nc = 515.000 org/100 ml

f ) Eficiência requerida para a remoção de coliformes fecais no tratamento de

esgotos

A eficiência requerida é:

1 , 0 X 1 0 ? - 5 1 5 . 0 0 0

1 ,0 x IO

7

Esta eficiência é inferior à requerida no Exemplo 2.1, mas tal se deve ao

elevado tempo de detenção na represa (70,2 dias), comparado com o reduzido

tempo no rio (1,65 dias). Caso ambos os sistemas tivessem o mesmo tempo de

detenção, o sistema de fluxo em pistão (rio) seriei mais eficiente que o de

mistura completa (represa), requerendo uma menor eficiência de remoção no

tratamento.

2(14

Introdução

à qualidade das águas e ao

tratamento

de esgotos




3. E U T R O F IZ A Ç Ã O DO S Ç O R E Q S J B Á G | j ^ ,

3 .1 . Conce i tuação do fenômeno

As plantas aquáticas podem ser classificadas dentro das seguintes duas categorias

bem amplas (Thomann e Mueller, 1987):

• plantas que se inovem livremente com a água

(plantas aquáticas planctônicas) :

inc luem o f i toplâncton m icroscópico, plantas flutuantes e certos t ipos de plantas,

como as a lgas c ianofíceas, que podem flutuar na superf íc ie e mover com a corrente

superficial;

• plantas fixas (aderidas ou enraizadas): incluem as plantas aquáticas enraizadas de

diversos tamanhos e as plantas microscópicas aderidas (algas bênticas).

As a lgas são, portanto, uma designação abrangente de plantas simples, a maior

parte microscópica, que incluem tanto as plantas de movimentação livre, o fi toplânc-

ton e as algas bênticas aderidas. Em todos os casos, as plantas obtêm a sua fonte de

energia primária da energia luminosa através do processo de fotossíntese.

A eutrofização é o crescimento excessivo das plantas aqu áticas, tanto planctôni-

ca s quanto aderidas, a níveis tais que sejam considerados como causadores de

inteiferências com os usos desejáveis do corpo d'água (Thom ann e Mu eller, 1987).

Como será visto no presente capítulo, o principal fator de estímulo é um nívei

excessivo de nutr ientes no corpo d 'água, pr incipalmente nitrogênio

&

fósforo.

Neste capí tulo enfoca-se , como corpo d 'águ a, pr incipalmente lagos e represas.

O processo de eut rof ização pode ocorrer também em r ios, embora se ja menos

frequente , devido às condições ambienta is serem mais desfavoráveis para o cresc i -

mento de algas e outras plantas, como turbidez e velocidades elevadas.

A descrição a seguir i lustra a possível sequência da evolução do processo de

eutrof ização em um c orpo d

1

água, como um lago ou represa (ver Figura 3.1). O nível

de eut rof ização está usualmente associado ao uso e ocupação do solo pred ominan te

na bacia hidrográfica.

a ) O c u p a ç ã o p o r m at as e florestas

Um lago si tuado em uma bacia de drenagem ocupada po r matas e florestas

apresenta usualmente uma baixa produt ividade , isto é, há pouca a t ividade biológica

de produção (síntese) no mesmo . Mesm o nestas condições natura is e de ausência d e

interferência humana, o lago tende a reter sólidos que se sedimentam, const i tuindo

um a camada de lodo no fundo. Com os fenômenos de decomposição do mater ia l

sedimentado, há um certo aumento, ainda incipiente, do nível de nutrientes na massa

líquida. Em decorrência, há uma progressiva elevação na população de plantas

aquáticas na massa l íquida e , em consequência , de outros organismos si tuados em

níveis superiores na cadeia alimentar (cadeia trófica).

N a bacia hidrográfica, a maior parte dos nutrientes é retida dentro de um ciclo

quase fechado. As plantas, ao morrerem e ca í rem nosolo, sofrem decomposição,

Impacto

do lançamento de efluentes nos corpos receptores

151



E V OL UÇÃ O DO P ROCE S S O DE E UT ROF I Z A ÇÃ O

DE UM LAGO OU REPRESA

Fig. 3.1. Evolução i lo processo de eu l rof izaçno em um lago ou represa .

Associação en t re o uso e ocupação do so lo e a eu i rof ízação .

2(14 Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de esgotos




liberando nutrientes. Numa região de matas e florestas, a capacidade de infiltração da

rigun de chuva no solo é elevada. Em conse quência, os nutrientes lixiviam pelo solo, onde

••no absorvidos pelas raízes das plantas, voltando a fazer parte da sua composição, e

írohando, desta forma, o ciclo. O aporte de nutrientes ao corpo d'água é reduzido.

Pode-se considerar que o coipo d 'água apresente a inda um nível t róf ico bem

incipiente.

b ) O c u p a ç ã o p o r a g r i c u l t u r a

A retirada da vegetação natural da bacia para ocup ação por agricultura re prese nta,

usualmente, uma etapa intermediária no processo de deterioração de um corpo

d'água. Os vegeta is plantados na bacia são re t i rados para consumo humano, mui to

possivelmente fora da própria bacia hidrográfica. Com isto, há uma retirada, não

compe nsada natura lmente , de nutrientes, causando um a quebra no c ic lo interno dos

mesmos. Para compensar esta retirada, e para tornar a agricultura mais intensiva, são

adicionados artificialmente, ferti l izantes, isto é, produtos com elevados teores dos

nutrientes nitrogênio e fósforo. Os agricultores, visando garantir uma produção

elevada, adic ionam quant idades e levadas de N e P, f requentemente superiores à

própria capacidade de assimilação dos vegetais.

A substituição das matas por vegetais agricultáveis pode causar também uma

redução da capacidade de infil tração no solo. Assim, os nutrientes, já adicionados em

rxcesso, tendem a escoar superficialmente pelo terreno, até atingir, eventualmente, o

lago ou represa.

O aumento do teor de nutr ientes no corpo d 'água causa um certo aumento do

número de a lgas e , em consequência , dos outros organismos, si tuados em degraus

superiores da cadeia alimentar, culminando com os peixes. Esta elevação relativa da

produt ividade do corpo d 'águ a pode ser a té bem-vinda, dependendo dos usos previs-

tos para o mesmo. O balanço entre os aspectos positivos e negativos dependerá, em

grande parte, da capacidade de assimilação dc nutrientes do corpo d'água (a ser

detalhada posteriormente neste capítulo).

c ) O c u p a ç ã o u r b a n a

Caso se substitua a área agricultável da bacia hidrográfica por ocupação urbana,

uma série de consequências irá ocorrer, desta vez em taxa bem mais rápida.

• Assoreamento. A implan tação de loteamen tos implica em movim entos de terra para

as const ruções. A urbanização reduz também a capacidade de inf i lt ração das águas

no terreno. As partículas de solo tendem, em consequência, a seguir pelos fundos

de vale, até atingir o lago ou represa. Aí, tendem a sedimentar, dev ido às baix íssimas

velocidades de escoam ento horizonta l. A sedimentação das par t ículas de solo causa

o assoreamento, reduzindo o volume út i l do corpo d 'água, e servindo de meio

suporte para o cresc imento de vegeta is f ixos de maiores dimensões (macrófi tas)

próximos às margens. Estes vegetais causam uma evidente deterioração no aspecto

visual do corpo d 'água.

Impacto

do lançamento de efluentes nos corpos

receptores

1 5 3



• Drenagem pluvial urbana. A drenagem urbana t ransporta uma carga mui to maior

de n utr ientes que os demais t ipos de ocupação da bacia. Este aporte de nutrientes

contr ibui para uma e levação no teor de algas na represa.

• Esgotos. O m aior fator de deterioração está, 110 entanto, associado aos esgo tos

oriundos das a t ividades urbanas. Os esgotos contêm ni t rogênio e

fósforo,

presentes

nas fezes e urina, nos restos d e alimentos, nos detergentes e outros subprodutos das

at ividades humanas. A contr ibuição de N e P através dos esgotos é bem superior à

contr ibuição or iginada pela drenagem urbana.

Há, portanto, uma grande e levação do aporte d e N e P a o iagoou represa , t razendo,

em decorrência, uma elevação nas populações de algas e outras plantas. Dependendo

da capacidade de assimi lação do corpo d ' ãgua , a população de algas poderá atingir

valores bastante e levados, t razendo uma sér ie de problemas, como detalhado no item

seguinte. Em um período de elevada insolação (energia luminosa para a fotossíntese),

as a lgas poderão a t ingi r superpopulações, const i tuindo uma camada superf ic ia l ,

s imi lar a um caldo verde. Esta camada superficial impede a penetração da energia

luminosa nas camadas infer iores do corpod 'águ a, causando a morte das a lgas si tuadas

nestas regiões. A morte destas algas traz, em si, uma série de outros problemas. Estes

eventos de superpopulação de a lgas são denominados f loração das águas.

3 . 2 , P r o b l e m a s d a e u l r o f l / a c ã o

São os seguintes os principais efeitos indesejáveis da eutrofização (Arceivala,

1981; Thotnann e Mueller, 1987; von Sperling, 1994a);

• Problemas estéticos e recreacionais. Dim inuição do uso da água para recreação,

balneabilidade e redução geral na atração turística devido a:

- f requentes f lorações das águas

- cresc imento excessivo da vegetação

- distúrbios com mosqui tos e inse tos

- eventuais maus odores

- eventuais mortandades de peixes

• Condições anaeróbias no fundo do corpo d'água. O aumento da produt ividade do

corpo d 'águ a causa uma e levação da concentração de bactérias heterotróficas, que

se a l imentam da matér ia orgânica das a lgas e de outros microrganismos mortos,

consumindo oxigênio dissolvido do meio l íquido. No fundo do corpo d^gua

predominam condições anaeróbias, devido à sedimentação da matéria orgânica , e

à reduzida penetração do o xigênio a estas profund idades, bem com o à ausência de

fotossíntese (ausência de luz). Com a anaerobiose, predominam condições reduto-

ras, com compostos e e lementos no estado reduzido:

- o feiro e o manganês encontram-se na forma solúvel, trazendo problemas ao

abastec imento de água

2(14

Introdução

à

qualidade

das águas e ao

tratamento

de esgotos




- o fosfa to encontra-se também na forma solúvel , representando uma fon te interna

de fósforo para as algas

- o g ás sul f ídr ico causa problemas de toxic idade e maus odores.

• E ventuais condições ana eróbias no corpo d'água como um todo. Dependendo do

grau de crescime nto bacteriano, po de ocorrer, em perío dos de mistura total da m assa

líquida (inversão térmica) ou de ausência de fotossíntese (período noturno), mor-

tandade de peixes e re inl rodução dos com postos reduzidos em toda a massa l íquida ,

com grande deter ioração da qual idade da água.

• Eventuais mortandades de peixes.

A mortandade de peixes pode ocorrer em funç ão

de:

- anaerobiose ( já comentad a ac ima)

- toxic idade por amónia . Em condições de pH e levado (frequentes durante os

períodos de elevada fotossíntese), a amónia apresenta-se em grande parte na

forma livre (NH3), tóxica aos peixes, ao invés de na forma ionizada (NH4

+

), não

tóxica.

• Maior dificuldade e elevação nos custos de tratamento da água. A presença

excessiva de a lgas afeta substancialmente o tratamento da água captada no lago ou

represa, devido à necessidade de:

- remoção da própria alga

- remoção de cor

- remoção de sabor e odor

- maior consum o de produtos químicos

- lavagens mais frequentes dos fi l tros

• Pro blemas com o abastecimento de água industrial. Elevação dos custos para o

abastecimento de água industrial devido a razões similares às anter iores, e tam bém

aos depósitos de algas nas águas de resfriamento.

• Toxicidade das algas. Reje ição da água para abastec imento humano e animal em

razão da presença de secreções tóxicas de cer tas algas.

• M odificações na qualidade e quantidade de peixes de valor comercial

• Redução na navegação e capacidade de transporte. O cresc imento excessivo de

inacrófi tas enra izadas interfere co m a navegação, aeração e capacidade de trans-

porte do corpo d 'água.

• Desap arecimento gradual do lago como um toclo. Em decorrência da eu t rof ização

e do assoreamento, aumenta a acumulação de matér ias e de vegetação, e o lago se

torna cada vez mais raso, até vir a desaparecer. Esta tendência de desaparecimento

de lagos (conversão a brejos ou áreas pantanosas) é irreversível, porém usualmente

extremamente lenta. Com a interferência do homem, o processo pode se acelerar

abruptamente . Caso não haja um controle na fonte e /ou dragagem do material

sedimentado, o corpo d 'ág ua pode desaparecer re la t ivamente rapidamente .

Impacto

do lançamento de efluentes nos corpos receptores

155



^ J O . G r m r s d e J x o f i a

De form a a se poder carac terizar o estágio de eut rof ização em que se encontra um

corpo d 'água, possibi l i tando a tomada de medidas prevent ivas e /ou corre t ivas, é

interessante a adoção d e um sistema c lassi f ica tór io. Usualmente , tem-se os seguintes

níveis de trofia:

• oligotrófico (lagos claros e com baixa produt ividade)

• mesotrófico (lagos com prod utividad e intermed iária)

• eutrófico

(lagos com elevada produtividade, comp arada ao nível natural básico)

De fo rma a se carac ter izar com uma part icular idade a inda mais e levada os corpos

d ' á g u a , há outras classificações com outros níveis tróficos, tais como: ultraoligotró-

f ico, ol igot róf ico, ol igomesotróf ico, mesotróf ico, mesoeutróf ico, eut róf ico, eupol i -

trófico, hipereutrófico (l istados da menor para a maior produt ividade) .

Um a caracter ização qual i ta tiva entre os principais graus de trofia pode ser como

apresentada no Quadro 3.1.

Q u a d r o 3 . 1 C a r a c t e r i z a ç ã o t r ó f i c a d e l a g o s e r e s e r v a t ó r i o s

Item

Classe de trofia

Item

Ultraoligolrófico Oligotrófico Mesotrófico Eutrófico Hipereutró fico

Biomassa

Bastante baixa Reduzida Média Alta

Bastante alta

Fração de algas

verdes e/ou

cianotlceas

Baixa Baixa Variável Alta

Bastante alta

Macró fitas

Baixa ou

ausente

Baixa Variável

Aita ou baixa

Baixa

Dinâmica de

produção

Bastante baixa Baixa Média Alta Alta, instável

Dinâmica de

oxigênio na

camada superior

Normalmente

saturado

Normalmente

saturado

Variável em

torno da

supersaturaçâo

Frequentemente

supersaturado

Bastante *

instável, de

supersaturaçâo

à ausência

Dinâmica de

oxigênio na

camada inferior

Normalmente

saturado

Normalmente

saturado

Variável abaixo

da saturação

Abaixo da

saturação à

completa ausência

Bastante

instável, de

supersaturaçâo

á ausência

Prejuízo aos

usos múüipfos

Baixo Baixo

Variável Alto • Bastante alto

Adaptado da Volienwelder {apud Salas ü Martírio, 1991)

A quantificação do nível trafico é, no entanto, mais difícil , especialmente para

lagos tropicais. Von Sperling (1994a) apresenta uma coletânea de diversas referên-

cias, em termos de concentração de fósforo total , clorofila a e transparência, a qual

2(14

Introdução à qualidade das á guas e ao tratamento de esgotos



ressalta a grande amplitud e das faixas propostas por d iversos autores . Além disso , a

referência ci tada apresenta ainda outros possíveis índices a serem uti l izados, se mpre

com a ressalva da d if iculdade de se generalizar dados de um corp o d 'águ a para outro .

Deve-se ter em mente ainda que corpos d 'água tropicais apresentam uma maior

capacida de de assimila ção de fósforo que corpos d 'ãg ua de cl imas temperados. Um a

interpretação da s ín tese relatada por von Sper l ing pode ser como apresentado no

Quadro 3 .2 , em term os da concentração de fósfo ro to tal .

Quadro 3.2 Faixas aproxima das de valores de fósforo total para os principais graus de trofia

1

Classe de trofia Concentração d e fósforo total na represa (mg/m

3

)

UStraoligotrôfico < 5

O l i g o t r ó f i co <1 0 - 2 0

Mesotröfioo 1 0 - 5 0

Eutró f ico 25-100

Hipereutrófica > 100

Fonte:

tabela construída coni base nos dados apresentados por von Sperling (1994a)

Nota: a superposição dos valores entre duas faixas indica a dificuldade no estabelecimento de faixas rígidas

O estabelecimento da classe de tro lia com base apenas no fósforo é por uma

questão dc conveniência na mode lagem m atemática . Da mesm a forma que nos outros

tópicos de poluição das águas foram escolhidas var iáveis representat ivas , como

oxigênio d issolv ido (poluição por matér ia orgânica) e coliform es (contamin ação por

patogênicos) , adota-se neste capítu lo o fósforo como representat ivo do grau de trof ia .

A vinculação entre os graus de trofia e os usos da água encontra-se no Q uadro 3.3.

Q u a d r o

3.3 Vinculação entre os usos da água e os graus de trofia em um corpo d'água

Classe de trofia

U s o

Ultra- Olígo- Meso- • Meso- ^ ^ Hiper-

ol içio t ió f ico Iró f ico tró f ico eutróf ico eutróf ic o

Abastecimento de água potável Desejável Tolerável

Abastecimento de água de processo Desejável Tolerável

Abastecimento de água de resfriamento Tolerável

Recreação de contato primário Desejável Tolerável

Recreação de contato secundário Desejável Tolerável

Paisagismo

Tolerável

Criação de peixes (espécies sensíveis) Desejável Tolerável

Criação de peixes (espécies tolerantes)

Tolerável

Irrigação

Tolerável

Produção de energia Tolerável

Ponte: adaptado da Thornton e Rast (1994)




3.4. DLoâ ia j ca^deJagos c re se rva tó r ios

O perfil vertical de temperatura em lagos e reserva tórios varia com as estações do

ano . Esta var iação de temperatura afeta a densidade da água e, em decorrência, a

capacidade de mistura e estra t i f icação do corpo d 'ág ua.

Durante o verão e os meses mais quentes do ano, a temperatura da camada

superf ic ia l é bem mais e levada que a temperatura do fun do, devido à radiação solar.

Dev ido a este fato, a densidade da água superficial torna-se inferior ã densidade da

cama da do fund o, fazendo com que haja camadas dist intas no corpo d 'água:

• epilímnio: camada superior , mais quente , menos densa , com maior c i rculação

• termoclina : camada de transição

• hipolímnio : camad a inferior, mais fria, mais densa, com maio r estagnação

A diferença de densidades pode ser ta l , que cause uma completa e s t r a t i f i c a ç ã o

no corpo d ' água , com as três camadas não se misturando en tre si . Esta estratificação

tem uma grande inf luência na qual idade da água. Dependendo do grau de trofia do

corpo d 'água, poderá haver uma ausência completa de oxigênio dissolvido no

hipol ímnio. Em decorrência , nesta camada tem-se a predominância de compostos

reduzidos de ferro, manganês e outros.

C o m a chegada do período

frio,

há um resfr iamen to da camada supe rficial do lago ,

causando u m a certa homogeneização na temperatura ao longo d c toda a profundidade.

Com a homogeneização da temperatura , tem-se também uma maior simi lar idade

entre as densidades. A camada superior , subi tamente resfr iada , tende a ir para o fundo

do lago, deslocando a camada infer ior , e causando um completo revolvimento do

lago. A este fenômeno dá-se o nom e de inversão térmica . Em lagos que apresentam

uma ma ior concentração de compostos reduzidos no hipol ímnio, a re int rodução

destes na massa d 'água de todo o lago pode causar uma grande deterioração na

qual idade da água. A redução da concentração de oxigênio dissolvido, devido à

dem anda int roduzida pelos compostos orgânicos e inorgânicos reduzidos, be m como

à ressuspensão da camada anaeróbia do fundo, pode causar a mortandade de peixes.

A Figura 3.2 apresenta um perfil t ípico de temperatura e O D nas condições de

est ra t i f icação e de inversão térmica.

^ L g ^ N u t r i e n t c l i m i t a n t e

N u t r i e n t e l i m i t a n t e é aquele que, sendo essencial para uma determinada popu-

lação, l imita seu crescimento. Em baixas concentrações do nutriente limitante, o

cresc imento populacional é ba ixo. Com a e levação da concentração do nutriente

limitante, o crescimento populacional também aumenta. Essa situação persiste até o

pon to em que a concentração d esse nutr iente passa a ser tão elevada no meio, que um

outro nutriente passa a se r o fator l imitante, por não se apresentar em concentrações

suficientes para suprir os e levados requisi tos da grande população. Esse novo

nutriente passa a ser o novo nutriente l imitante, pois nada adianta aumentar a

2(14





DINÂMICA DE ESTRATIFICAÇÃO E MISTURA DE LAG OS

L A G O CO M E S TRA TIF ICA ÇÃ O TÉ RMICA

(meses mais quentes)

TEMPERATURA OD

termoclino

temperoturo

L A G O C O M MIS TURA - INV E RS Ã O TÉ RMICA

(entrada do p eríodo f r io)

OD

TEMPERATURA

OD

altura

altura

u

temperatura

I ' ig . 3 .2 . Pe r f is de um lago em c ond içõe s de e s t r a t i f icação e de inve r são té rmica

OD

concen tração do prime iro nutriente, que a pop ulação não crescerá, pois estará l imitada

pela insuficiência do novo nutriente l imitante.

Thomann e Mueller (1987) sugerem o seguinte critério, com base na relação entre

.is concentrações de nitrogênio e fósforo (N/P), para se estimar preliminarmente se o

crescimento de algas em um lago está sendo controlado pelo fósforo ou nitrogênio:

• grandes lagos, com predom inância de fontes não pontuais: N/P> 10: limitação por

fósforo

• pequenos lagos, com predominância de fontes pontuais:

N/P< 10:

limitação por

nitrogênio

De acordo com Salas e Martino (1991), a maioria dos lagos tropicais da América

I .itina são limitados por fósforo. U m outro aspecto é o de que , mesm o que se con trole

t» aporte externo de nitrogênio, há algas com ca pacida de de fixar o nitrog ênio

itl inosférico, que não teriam a sua concentração reduzida com a diminuição da carga

ilhiente de nitrogênio. Por estas razões,

prefere-se d ar uma maior prioridade ao

controle das fontes de fósforo quando se pretende controlar a eutrofização em um

corpo d'água.

O presen te texto segue esta abordag em.

LZ

mpacto do lançamento de efluentes nos corpos receptores

1 5 9



3 . 6 . E s t j i n a t iv a j d a ^ c a r g a d e f ó s f o r o a f l u c i i t e j i j j m J a g o o u r e p r e s a

As principais fontes de fósforo a um lago ou represa são, em ordem crescente de

importância :

• drenagem pluvial

- áreas com m atas e floresta s

- áreas agrícolas

- áreas urbanas

• esgotos

A drenagem pluvial de áreas com am pla cobertura vegetal, como m atas e florestas ,

t ransporta a menor quant idade de fósforo. Nestas áreas, o fósforo não está supera-

bundando no meio, já que o ecossistema se encontra próximo ao equi l íbr io, não

havendo nem grandes excessos, nem grandes fa l tas dos pr incipais e lementos.

A drenagem de áreas agrícolas apresenta valores mais elevados e, também, uma

ampla variabilidade, dependendo da capacidade de retenção do solo, irrigação, t ipo

de ferti l ização da cultura e condições climáticas (CETESB, 1976).

A drenagem urbana apresenta valores mais e levados e com m enor var iabi l idade .

Os esgotos dom ést icos veiculados por sistemas de esgotamento dinâmico são, na

rea l idade , a maior fonte de contr ibuição de fósforo. Este encontra-se presente nas

fezes humanas, nos detergentes para l impeza domést ica e em outros subprodu tos das

atividades humanas. Com relação aos esgotos industriais, é difícil a generalização da

sua contribuição, em virtude da grande variabilidade apresentada entre distintas

tipologias industriais, e mesmo de indústria para indústria em uma mesma tipologia.

O Quadro 3.4 apresenta valores t ípicos da contribuição unitária de fósforo,

compilados de diversas referências nacionais e estrangeiras (von Sperling, 1985b). A

unidade de tempo adotada é "ano" , conveniente para modelagem matemát ica .

Q u a d r o 3 . 4 C o n t r i b u i ç õ e s u n i t á r i a s d e f ó s f o r o t í p i c a s

Fonte Tipo Valores típicos Unidad e

Áreas de matas e florestas

10 kgP/km

2

.ano

Drenagem Areas agrícolas 50

kgP/km

2

.ano

Areas urbanas 100 kgP/km

2

.ano

Esgotos Domésticos

1,0

kgP/hab.ano

3 .7 . Es t im a t iva da con cen t ra ção de fósfo ro no corp o d ' ág ua

A literatura apresenta uma série de modelos empíricos simplificados para se

est imar a concentração de fósforo no corpo d 'água, em função da carga af luente ,

tempo de detenção e carac ter íst icas geométr icas. Os modelos empír icos podem ser

util izados com uma das seguintes duas aplicações principais:

2(14

Introdução à q ualidade das águas e ao tratamento de esgotos



• Estimativa do nível tráfico. Uma vez est imada a concentração de fósforo, pode-se

avaliar o nível trófico do lago, com base nas considerações do Item 3.3.

• Estimativa da carga máxima admissível. Pode-se estimar também a carga máxim a

admissível de fósforo ao lago, para que a concentração de fó sforo resul tante este ja

dentro de um valor inferior ao da eutrofia.

A abordagem empír ica tem sido mais util izada do que a conceituai, devido à

dif iculdade em se e laborar modelos de base f ísica para o fósforo em uma represa ,

bem como de se obter os valores dos coeficientes e dados de entrada necessários.

O modelo empír ico mais conhecido mundia lmente é o de Vol lenweider (1976) ,

desenvolvido predominantemente para lagos temperados. O modelo, apresentado

de uma fo rma conveniente para as convenções do presente texto, é:

(3.1)

L/onde:

P = concentração de fósforo no corpo d 'água (gP/m

3

)

L = carga af luente de fós foro (kgP/ano)

V = volume da represa (m

3

)

t = t empo de detenção hidráulica (ano)

K., = coefic iente de perda de fósfo ro por sedimentação ( l /ano )

Vol lenweider obteve o valor de K

s

por meio de análise da regressão em função

do t empo de detenção na represa. O valor obtido foi:

K, = 1/VT (3.2)

Castagnino (1982), ao analisar teoricamente a perda de fósforo por sedimentação

em l agos t rop ica i s , chegou a um valor de K

s

igual a 2 ,5 vezes o valor de V ollenweider.

Este coefic iente de majoraçã o de 2,5 é um fator composto d e 1,3 para a sedimentação

facili tada pelas maiores temperaturas e 1,9 pela aceleração na taxa d e cresc imento de

fitoplâncton (1,3x1,9 = 2,5). Segundo Castagnino, o valor de Ks, corrigido para as

condições tropicais, é:

K

s

= 2 ,5 W f" (3.3)

Salas e Mart ino (1991), anal isando dados experimentais de 40 lagos e reservató-

rios na América Latina e Caribe, obtiveram, por análise da regressão, a seguinte

^elação para K„:

K , = 2Wí~ (3.4)

Impacto do lançam ento de efluentes nos corpos receptores 1 6 1



Com os valores obtidos por Salas e Martino (1991), a equação do balanço de

massa passa a ser:

Concentração de fósforo na represa:

(3.5)

AE qua ção 3.5 pode ser rearranjada , para se determinar a carga máxim a admissível

de fósforo a um lago, para que não seja suplantado um valor máximo para a

concentração de fósfo ro no lago:

Carga de fósforo máxima admissível:

Para a util ização da Equação 3.6, deve-se estimar L para que P situe-se abaixo do

limite da eutrofia. Segundo o Quadro 3.2, a faixa de concentração de fósforo em um

c o r p o d ' á g u a e u t r ó f i c o é d e 25 a 1 0 0 m g P / m \ o u s e ja , 0 ,0 2 5 a 0 , 1 0 0 g P / m \ A f i x a ç ã o

de um valor ideal de P, mais relaxado ou mais restri t ivo, deve se r feita caso a caso,

analisando-se os usos múltiplos da represa e o seu grau de importância.

Devido ao fa to de ter s ido desenvolvido com base em dados regionais ( inc lusive

brasileiros), acredita-se que o modelo empírico proposto por Salas e Martino (1991)

deva ser o modelo util izado para o planejamento e gerenciamento de lagos e represas

em nossas condições. Naturalmente que deve estar sempre presente o espírito crít ico

e a experiência do pesquisador, para evitar distorções, dada a especi f ic idade de cada

represa ou lago em estudo

3 .8 , Cont ro l e da cu t ro f i zação

A s estratégias de controle usualmente adotadas podem ser c lassi f icadas em duas

categorias amplas (Thomann e Mueller, 1987; von Sperling, 1995a):

• medidas preventivas

(atuação na bacia hidrog ráfica)

- redução das fontes externas

• medidas corretivas (a tuação no lago ou represa)

- processos mecânicos

- processos químicos

- processos biológicos

(3.6)

IO

1

2(14

Introdução à qualidade das á guas e ao tratamento de esgotos



ETFES

Bib l io teca

a ) M e d i d a s p r e v e n t i v a s

As medidas prevent ivas, as quais compreendem a redução do aporte de fósforo

através de atuação nas fontes externas, podem incluir estratégias relacionadas aos

esgo tos ou à drenag em p luvial. As estratégias de controle dos esgoto s estão ilustradas

na Figura 3.3.

ESTRATÉGIAS PARA O CONTROLE DOS ESGOTOS

Fig . 3 .3 . Es t ra tég ias para o cont ro le dos esgotos v i sando n prevenção do apor te dc nut r i en tes na represa

Cont ro l e dos e sgo tos

- Tratam ento dos esgotos a nível terciário com rem oção de nutrientes

- Tra tamento convencional dos esgotos c lançamento a jusante da represa

- Exportação dos esgotos para outra bacia hidrográfica que não possua lagos ou

represas

- Infil tração dos esgotos no terreno

Impacto do lançamento de efluentes nos corpos receptores

1 6 3



Cont ro l e da d renagem p luv ia l

- Co ntrole do uso e ocup ação do solo na bacia

- Faixa verd e ao longo da represa e tributários

- Const rução de barragens de contenção

Com re lação ao t ra tamento dos esgotos com remoção de fósforo, esta pode ser

efe tuada por m eio de processos biológicos e /ou f ísico-químicos.

A remoção avançada de fósforo no t ra tamento de esgotos por meio de processos

biológicos foi desen volvid a há cerca de duas décadas, estando hoje bastante cons o-

lidada. O processo baseia-se na alternância entre condições aeróbias e anaeróbias,

si tuação que faz com que um determinado grupo de bactér ias assimi le uma quant idade

de fósforo superior à requerida para os processos metabólicos usuais. Ao se retirar

estas bactérias do sistema, está-se retirando, em decorrência, o fósforo absorvido

pelas mesmas. Com a remoção biológica de fósforo pode-se a t ingi r e f luentes com

concentrações em torno de 0,5 mgP/1, embora seja mais apropriado considerar-se um

valor mais conservador de 1,0 mgP/1.

A remoção de fósforo por processos físico-químicos baseia-se na precipitação do

fósforo, após adição de sulfato de alumínio, cloreto férrico ou cal. O consumo de

produtos químicos e a geração de lodo são e levados. O t ra tamento f í sico-químico

após a remoção biológica de fósforo pode gerar ef luentes com concentrações da

ordem de 0,1 mgP/1.

b ) Medidas cor re t i va s

As med idas corretivas a serem adotadas pod em incluir uma ou mais das estratégias

apresentadas no Quadro 3.5 (von Sperling, 1995a; Barros et al , 1995).

2

(14

Introdução à qua lidade das águas e ao tratamento de esgotos



Q u a d r o 3 . 5 . M e d i d a s c o r r e t i v a s p a r a a r e c u p e r a ç ã o d e l a g o s e r e p r e s a s

Processos

Técnicas Características

•

Mecânicos

Aeração.d

0

-

hipolímnio

- Consiste na injeção de ar comprimido ou oxigênio nas cama das

profundas do lago, promovendo a estabilização da m atéria orgânica

acumulada no fundo e impedindo ainda a liberação de nutrientes

provenientes do sedimento

- Apresenta altos custos operacionais e de aquisição de

equipamentos especiais, mas é uma técnica de e levada eficiência o

bastante difundida

•

Mecânicos

Desestratificação

- Consiste na injeção de ar comprimido ou oxigênio nas camada s

profundas do lago, favorecendo a circulação de todo o corpo d água

- Utiliza equipamentos mais simples

- Apresenta como inconveniente o transporte de co mpostos

redutores até a camada superficial, provocando a fertilização do

„epilimnio

•

Mecânicos

Retirada d as

áauas orofundas

- Objetiva a retirada das águas profundas e a sua substituição por

águas de camadas superiores, mais ricas em oxigênio, reduzindo o

acúmulo de nutrientes no hipolímnio

- 0 volume liquido retirado, através de pressão hidrostática ou por

bombeamento, pod e ser util izado na irrigação ou condu zido até

uma estação de tratamento de esgotos

•

Mecânicos

Adução de água

de meJhsr

qualidade

- Técnica de diluição q ue reduz a concen tração de nutrientes no

corpo d'água

- Sua aplicação combate a formação de gás sulfídrico no hipolímnio,

evitando a mortandade de peixes

•

Mecânicos

Bemoção do

sedimento

- São removidas as cam adas superficiais do sedimento, através de

dragagem, favorecendo a exposição de camadas de menor

potencial poluidor

• O lodo removido, após tratamento, pode ser utilizado como

condicionador de solos

•

Mecânicos

Cobertura do

sedimento

- Med ida corretiva para impedir a liberação de nutrientes nas

camadas profundas

- 0 sedimento é isolado do restante do corpo d'àgua por meio de

cobertura com material plástico ou substâncias finamente

particuladas

- Método caro e que apresenta dificuldades de instalação

•

Mecânicos

ftemoçãocte

macrófitas

aquáticas

- As macrótitas aquáticas, cuja presença excessiva interfere nos

diversos usos da água, podem ser removidas por processo manual

ou mecânico

•

Mecânicos

„Remoção d e

biomassa

planctônica

- A biomassa planctônica, que apresenta grande capacida de d e

armazenamento de poluentes, pode ser removida através de

centrilugação ou por meio de mícropeneiras

•

Mecânicos

Sombreamento

- Possibilita o combale ao crescimento excessivo d a vegetação, por

meio da limitação do recebimento da radiação solar, mediante:

• arborização das margens de pequenos corpos d água

• instalação de anleparos nas margens

• aplicação de m aterial sobrenadante ou corantes leves na

supertície da água

Impacto do lançamento de efluentes nos corpos receptores 1 6 5



Processos Técnicas

Características

Precipitação

química do fósforo

- Recom endada no caso de fontes difusas de fósforo, que tornam

impraticável a remoção de nutrientes dos afluentes

Oxidação do

sedimento com

nitrato

- Eficiente para a redução do problema da fertilização interna

Impede a diminuição excessiva da concentração de oxigênio das

águas profundas

Químicos

Aplicação de

herbicidas

- Combate o crescimento excessivo da vegetação

- Vinculada a problemas de toxicidade , sabor e odor e

bioacumulação

Aplicação de cal

- Utilizada para a desinfecção do sedimento e para a eliminação de

algas e plantas submersas, em pequenos corpos d'água, e na

neutralização da água em lagos acidificados

Utilização de peixes

que se alimentam

de plantas

- Reduz a comunidade vegetal, em função da atividade de peixes

herbívoros

Biológicos

Utilização de

cianófagos

- Reduz a densidade de algas azuis, pelo ataque de vírus

específicos, sendo pouco difundida

Manipulação da

cadeia alimentar

- Reduz a comunidade fitoplanctünica, em (unção do incentivo ao

aumento da população zooplanctónica

Rei: Von Spetling (1995a), Barros et al (1996)

3 . 9 . E x c m p l o c l a e s t im a t i v a d c f ó s f o r o e m u m a j r e p r c g a

Estimar o grau cie trofia em um reservatório com base na concentração cle

fósforo. Caso sejam encontradas condições eutróficas, estimar

ci

carga máxi-

ma admissível para que sejam evitadas condições eutróficas.

Dados:

• volume do reservatório: 10x10

fi

m'

• vazão média afluente (tributários + esgotos): 50 x IO

6

n?/ano

• área de drenagem: 60 km

2

• área de matas: 40 km

2

- área agrícola: 10 km

2

- área urbana: 10 km

2

• população contribuinte (ligada ao sistema de esgotamento dinâmico):

8.000 hab

• características dos esgotos: esgotos domésticos brutos (sem tratamento)

Solução:

a) Estimativa da carga de P afluente ao reservatório

Adotando-se os valores de carga unitária propostos no Item 3.6 (Quadro 3.4),

tem-se as seguintes cargas afluentes:

6

Introdução


tratamento

d e asgoros'



- esgotos dom ésticos brutos: 8.000 hab x 1,0 kgP/hab.ano = 8.000 kgP/ano

- escoamento das áreas de matas: 40 km

2

x 10 kg P/km

2

.ano = 400 kgP/ano

- escoamento das áreas agrícolas: 10 knr x 50 kgP/km

2

.ano = 500 kgP/ano

- escoamento das áreas urbanas: 10 km

2

x 100 kg P/km

2

, ano = 1.000 kgP/ano

Carga total afluente ao reservatório: 8.000 + 400 + 500 + 1.000 = 9.900

kgP/ano

b) Estimativa do tempo de detenção hidráulica

O tempo de detenção hidráulica é dado por:

V 10 x 10

fi

m

3

t = —

—

—; = 0 20 anos

Q 5 0 x 10 m /ano

c) Estimativa da concentração de fósforo no reservatório

Adotando-se o modelo de Salas e Martino (1991), Equação 3.5, tem-se:

P=

L

,:

l0

\ , =

•

9.900 x 10

a

= 0 , 1 0 5 gP/m' = 10 5 mgP/nv

1

"

1 1

•

2

1 0 x l 0

r

' 7 ^ +

-

2

V .

t

+

VT

V /

0,20

d) Avaliação do grau de trofia do reservatório

Com base na concentração de P encontrada igual a 105 mgP/nv e na

interpretação do Quadro 3.2, tem-se que o reser\'atório está no limite entre

eutrofia e hipereutrofia. São necessárias medidas de controle, para que o lago

não se apresente em condições eutróficas.

e) Redução da carga afluente de fósforo

Através da adoção de medidas preventivas de controle de esgotos e controle

da drenagem pluvial pode-se reduzir drasticamente a carga de fósforo afluen-

te ao reservatório. A carga afluente deve ser reduzida até um valor, abaixo do

limite de eutrofia. Com base no Quadro 3.2, pode-se admitir um valor, não

muito conservador, de 50 mgP/m , como limite entre mesotrofia e eutrofia.

Nestas condições, a carga máxima admissível de fósforo ao reservatório é

dada pela Equação 3.6:

p.v.\t

+

VF

1 2

\

0,050 x 10 x 10

6

.1 0,20

+

VÕ2Õ

L = — ^ =

1

= 4 .736 kgP/ano

IO

3

IO"

1

A carga afluente terá de ser reduzida de 9.900 kgP/ano para 4.736 kgP/ano.

A atuação integrada entre controle dos esgotos e controle do escoamento

superficial pode alcançar esta redução facilmente.


receptores

163



CAPÍTULO 4

Níve i s , p rocessos e s i s temas de t r a ta m e n to

1 . R E Q U I S I T O S D E Q U A L I D A D E D O E F L U E N T E

1.1. P r e l i m i n a r e s

Hm estudos ou projetos, antes de se iniciar a concepção e o dimensionamento do

tratamento, deve-se definir com clareza qual o objetivo do tratamento dos esgotos, e

.1 q ue nível deve ser o mesm o processado. Tal quest ionamento assume frequentemente

uma importância secundária em proje tos apressados ou excessivamente padroniza-

do'., e não raro se vê concepções superest imadas, subest imadas, ou desvinculadas de

outros importantes aspectos que não apenas a remoção da DBO com uma ef ic iência

de , por exemplo, 90%. Porque a DBO ? Porque apenas a D B O ? Porque 90%? Estas

devem se r perguntas que devem se r efetuadas e esclarecidas na etapa preliminar da

formulação da concepção do sistema.

Para tanto, deve m ser bem caracter izados os seguintes aspectos:

• objetivos do tratamento

• nível do tratamento

• estudos de impacto ambiental no corpo receptor

<

)s requisitos a serem atingidos para o efluente são funç ão de legislação específica, que

1 >

i •

vc

padrões de qualidadeparao efluente e pai a o corpo receptor. A legislação

foi

abrangida

nu Capí tulo "Noções de qual idade das águas" . O s estudos de impacto ambienta l ,

necessários para a avaliação do atendimento aos pedrões do corpo receptor, foram

• II I,ilhados no Capí tulo 3.

1.2. Níve l do t r a t amento

A remoção dos poluentes no t ra tamento, de forma a adequar o lançamento a um a

'lUiilidade desejada ou ao padrão de qualidade vigente está associada aos conceitos

• i"

nível do tratamento e eficiência do tratamento.

( l t ra tamento dos esgotos é usua lmente c lassi f icado a través dos seguintes níveis

H i

i Quadros 1.1 e 1.2):

• Preliminar

• Primário

• S n unddrio

• I r i r iá r io (apenas eventualmente)

Ni v , processos e sistemas de tratamento

1 6 9



O tra tamento pre l iminar obje t iva apenas a remoção dos sól idos grosse i ros,

enquan to o t ra tam en to p r im ár io visa a remoção de sól idos sedimentáveis e par te

da matér ia orgânica . Em ambos predominam os mecanismos físicos de remoção de

po luen te s . Já no t r a t am en to secun dá r io , no qual p redominam mecanismos biológi-

cos, o obje t ivo é pr incipalmente a remoção de matér ia orgânica e eventualmente

nutr ientes (ni t rogênio e fósforo) . O t r a ta m en to terc iá r io obje t iva a remoção de

poluentes especí f icos (usualmente tóxicos ou compostos não biodegradáveis) ou

ainda , a remoção complementar de poluentes não sufic ientemente removidos no

tra tamento secundário. O tratamento terciário é bastante raro no Brasil .

Q u a d r o 1 . 1

N í v e i s d o t r a t a m e n t o d o s e s g o t o s

Nível

Remoção

Preliminar

- Sólidos em suspensão grosseiros (materiais de maiores dimensões e areia)

- Sólidos em suspensão sedimentáveis

Primário

- DBO em suspensão (matéria orgânica componente dos sólidos em suspensão

sedimentáveis)

- DBO em suspensão (matéria orgânica em suspensão fina, não removida no

Secundário tratamento primário)

- DBO solúvel (matéria orgânica na forma de sólidos dissolvidos)

Terciário

- Nutrientes

• Patogênicos

• Compostos não biodegradáveis

• Metais pesados

• Sólidos inorgânicos dissolvidos

• Sólidos em suspensão remanescentes

Nota:

a remoção de nutrientes (por processos biológicos) e de patogênicos pode ser considerada como inlegrante do

tratamento secundário, dependendo da concepção de tratamento local

2(14

Introdução


tratamento

de esgotos




( J l i i l d r o 1 . 2 C a r a c t e r í s t i c a s d o s p r i n c i p a i s n í v e i s d e t r a t a m e n t o d o s e s g o t o s

Itsm

Nível de tratamento' ' '

Itsm

Preliminar Primário Secundário

Poluentes

mmovidos

- Sólidos grosseiros

- Sólidos sedimentáveis

- DBO em suspensão

• Sólidos não sedimentáveis

- DBO em suspensão fina

- DBO solúvel

- Nutrientes (parcialmente)

- Patogênicos (parcialmente)

1 l lcl lncias de

wrnnçâo

-

- SS: 60-70%

- DBO; 30-40%

- Coliformes; 30-40%

- DBO: 60 a 99%

- Coliformes: 60 a 99%

(3 )

- Nutrientes: 10 a 50%

(3 )

Mocanismo

ilti itatamento

1

iiíidominante

Rsico Fisico Biológico

Cumpre o

1 Mtlrâo de

i. i i içomento?'

2

'

Não '

Não Usualmente sim

Aplicação

- Montante de elevatória

- Etapa inicial de

tratamento

- Tratamento parcial

- Etapa intermediária de

tratamento mais completo

- Tratamento mais com pleto

para matéria orgânica e

sólidos errt susp ensão

(para nutrientes e

coliformes, com adaptações

ou inclusão de etapas

específicas)

Niitns

(I) t Ima ETE a nível secundário usualmente tem tratamento preliminar, mas pode ou nâo ter tratamento primário (depende do

|iroí;«aoo).

1'íidrâo de lançamento tal como expresso na legsiaçào O árgào ambiental poderá autorizar outros valores para o

lançamento, caso estüdos ambientais demonstrem que o corpo receptor continuará enquadrado de ntro da sua classe.

(3) A eficiência de remoção poderá ser superior, caso ha|a alguma etapa de remoção específica

O grau, porcentagem ou eficiência de remoção de determinado poluente no

tra tamento ou em uma e tapa do mes mo é dado pela fórmula :

1.1)

onde

I'. eficiência de rem oção (%)

('„ = concentração af luen te do poluente (mg/l)

C V =

concentração ef luen te do poluente (mg/l)

Ni i v, processos e sistemas de tratamento

1 7 1



2 . Q P E R A C Õ E S . P R O C E S S O S U N I T Á RI O S

E S IS TE M AS ^D E T R A T A M £ N X g _

2.1 . C la ss i f i cação dos mé todos de t r a t amento

Os métodos de tratamento dividem-se em operações e processos unitários, e a

integração destes compõe os sistemas de tratamento.

O conceito de operação e processo unitário é por vezes util izado intercambiada-

mente , em razão dos mesmos poderem ocorrer simul taneamente numa mesma

unidade de tratamento. De uma forma geral, pode-se adotar as seguintes definições

(M etca l f & Eddy , 1991):

• O pe raç õe s f í sicas un i tár ias : métodos de t ra tamento no qual predomina a apl icação

d

&

forças físicas (ex: grade amen to, mistura, floculação, sedimen tação, flotação,

fil tração).

• Processos químicos uni tár ios: métodos de t ra tamento nos quais a remoção ou

conversão d e contaminantes ocorre pela adição de produtos químicos ou devido a

reações químicas (ex: precipitação, adsorção, desinfecção).

• Processos biológicos uni tár ios: métodos de t ra tamento nos quais a remoção de

contaminantes ocorre por meio de atividade biológica (ex: remoção da matéria

orgânica carbonácea, desnitrificação).

Dependendo do processo a ser uti l izado, vários mecanismos podem atuar separada

ou simul taneam ente na remoção de poluentes. Os pr incipais mecanismos são:

2(14

Introdução à qualidade das águas e ao tratamento d e esgotos



i M i i « I r o 2 . 1 P r i n c i p a i s m e c a n i s m o s d e r e m o ç ã o d e p o l u e n t e s n o t r a t a m e n t o d e e s g o t o s

Poluente Dimensões Principais mecanismos de remoção

Sólidos grosseiros

(> ~1cm)

Gradeamento

Retenção de sólidos com dimensões

superiores ao espaçamento en tre barras

Mlidos

Sólidos em suspensão

( > - 1 Mm)

Sedimentação

Separação de partículas com

densidade superior à do esgoto

Sólidos dissolvidos

(< - 1 j im)

Adsorção

Retenção na superfície de aglomerados

de bactérias ou biomassa

Sedimentação

Separação de partículas com

densidade superior à do esgoto

Adsorção


de bactérias, ou biomassa

Mntória

DBO em suspensão

(> ~ 1 um)

Hidrólise

Conversãp_da DBCLsuspensa em DBO

solúvel, por meio de enzimas,

possibilitando a sua estabilização

oiainica

Estabilização

Utilização peias bactérias como

alimento, com conversão a gases, ãgua

e outras compo stos inertes

DBO solúvel

(< - 1 pm)

Adsorção


de bactérias, ou biomassa

DBO solúvel

(< - 1 pm)

Estabilização

Utilização peias ba ctérias como

alimento, com conversão a gases, água

e outros compostos inertes

Radiação

ulira-violeta

Radiação do sol ou artificial

Wogênicos

Condições

ambientais

adversas

Temperatura, pH, falta de alimento,

competição com outras espécies

Desinfecção

Adição de algum agente desinfetante,

como o cloro

2.2. O p e r a ç õ e s , p r o c e s s o s e s i s t e m a s j e t r a t a m e n t o ( f a s e l í q u id a )

2.2.1. I n t r o d u ç ã o

< >

Quadro 2.2 l ista os principais processos, operações e sistemas de tratamento

lii-quentemente util izados no tratamento de esgotos domésticos, em função do

poluente a ser removido. Tais métodos são empregados para a fase l íquida , que

. i i tTcsponde ao fluxo principal cb líquido na estação de tratamento de esgotos. Por

i

miro lado, a fase sólida (abordada no Item 2.3) diz respeito aos subprodutos sólidos

|fn ados no tratamento, notadamente o lodo. O presente texto concentra-se no trata-

iiu Hto

biológico das águas residuárias, razão pela qual não são abordad os os sistemas

u l i idonados ao t ra tamento f ísico-químico (dependente da adição de produtos quími-

i n

1

. , i ' mais util izado para o tratamento de despejos industriais).

N i 11 i v , processos e sistemas de tratamento

1 7 3



Quad ro 2.2 O p e r a ç õ e s , p r o c e s s o s e s i s t e m a s d e t r a t a m e n t o f r e q u e n t e m e n t e u t i l i z a d o s p a r a a

r e m o ç ã o d e p o l u e n t e s d o s e s g o t o s d o m é s t i c o s

Poluente Operação, processo ou sistema de tratamento

Sólidos em suspensão

- G r a d e a m e n t o

- Remoção da areia

- Sedimentação

- Disposição no solo

Matéria orgânica biodegradável

- Lagoas de estabilização e variações

- Lodos ativados e variações

• Filtro biológico e variações

- Tratamento anaeróbio

Disposição no solo

Patogênicos

- Lagoas de maturação

- Disposição no solo

- Desinfecção com produtos químicos

- Desinfecção com radiação ultra violeta

- Nitrilicação e desnitrificação b iológica

Nitrogênio

• Disposição no solo

- Processos fisico-qulmicos

Fósloro

• Remoção biológica

- Processos físico-químicos

O Quadro 2.3 apresenta um resumo dos pr incipais sistemas de t ra tamento de

esgotos domésticos a nível secundário. A tecnologia de tratamento de esgotos possui

ainda vários outros importantes processos, como áreas alagadas artificialmente,

biofil tros aerados, reatores de eixo profundo etc. No entanto, atém-se no presente

quadro aos sistemas mais frequentes no Brasil . Os fluxogramas dos sistemas descritos

neste quadro enco ntram-se apresentados na Figura 2.1.Nestes f luxogramas , pode-se

observar a integração entre as várias operações e processos l istados no Quadro 2.2.

De forma a permitir a compreensão dos principais sistemas de tratamento de esgotos

domésticos, apresenta-se nos i tens 2.2.2. a 2.2.4 uma descrição preliminar dos

mesmos .

2(14




^ E T F E S B i b l i o t e c a

( J l l H t l r o 2 , 3 D e s c r i ç ã o s u c i n t a d o s p r i n c i p a i s s i s t e m a s d e t r a t a m e n t o d e e s g o t o s a n ível

11 iiiitl ãrio

LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO

lagoa

titi.ultaliva

A DBO solúvel e finamente particulada é estabilizada aerobiamerite por bactérias

dispersas no meio liquido, ao passo que a D BO suspensa tende a sedimentar, sendo

estabilizada anaerobiamente por bactérias no fundo da lagoa. 0 oxigênio requerido

pelas bactérias aeróbias é fornecido p elas algas, através da fotossíntese.

t.ngoa

iinuoróbia -

ijt|/f.iíl lacull.

A DBO é e m torno de 50% estabilizada na lagoa anaeróbia {mais profunda e com menor

volume}, enquanto a DBO remanescente é removida na lagoa facultativa, 0 sistema

ocupa uma área inferior ao de uma lagoa facultativa única.

1 ngoa

nnroda

hic.ultativa

Os mecanismos de remoção da DBO são similares aos de uma lagoa facultativa. No

entanto, o oxigênio é fornecido por aeradores mecânicos, ao invés de através da

fotossíntese, Como a lagoa é também facultativa, uma grande pa rte dos sólidos do

esgoto e da biomassa sedimenta, sendo decomposta anaerobiamente no fundo.

Lagoa

cintada de

m/slura

completa •

lagoa de

ilncnnlaçâo

A energia introduzida por un idade de volume da lagoa è elevada, o que íaz com que os

sólidos (principalmente a biomassa) perma neçam dispersos no meio liquido, ou ern

mistura completa A decorrente maior concentração de bactérias no meio liquido

aumenta a eficiência do sistema na remoção da DBO, o que permite que a lagoa tenha

um volume inferior ao d e uma lagoa aerada facultativa. No entanto, o efluente contém

elevados teores ce sólidos (bactérias), que necessitam ser removidos antes do .

lançamento no corpo receptor. A lagoa de deca ntação a jusante proporciona con dições

para esta remoção. 0 lodo da lagoa de decantação deve ser removido em períodos de

poucos anos

LODOS ATIVADOS

Lodos

ativados

r i ii ivoncional

A concentração de biomassa no reator é bastante elevada, devido à recirculaçâo dos

sólidos (bactérias) sedimentadas no tundo d o decantador secundário. A biomassa

permanece m ais tempo no sistema do que o líquido, o qu e garante uma elevada

eficiência na remoção da DBO. Há a necessidade da remoção de uma quantidade de

lodo (bactérias) equivalente à que é produzida. Este lodo removido necessita uma

estabilização na etapa de tratamento do lodo. 0 fornecimento de oxigênio é feito por

aeradores mecânicos ou por ar difuso. A montante do reator há uma unidade de

decantação primária, de forma a remover os sólidos sedimentáveis do esgoto bruto.

Lodos

ativados

por

neraçSo

piolongada

Similar ao sistema anterior, com a diferença de que a biomassa permane ce ma is tempo

no sistema (os tanques de aeração são maiores}. Com isto, há menos DBO disponível

para as bactérias, o que faz com que elas se util izem da matéria orgânica do próprio

material celular para a sua manutenção. Em decorrência, o lodo excedente retirado

{bactérias} já sai estabilizado. Não se incluem usualmente unidades de decantação

primária.

Lodos

ativados de

tluxo

intermitente

A op eração d o sistema ê intermitente, Assim, no mesmo tanque ocorrem, em fases

diferentes, as etapas de reação (aeradores ligados) e sedimentação (aeradores

desligados), Quando os aeradores estão desligados, os sólidos sedimentam, ocasião

em que se retira o efluente (sobrenadante). Ao se religar os aeradores, os sólidos

sedimentados retornam à massa líquida, o que dispensa as elevatórias de recirculaçâo.

Não há decantadores secundários. Pode ser na modalidade convencionai ou aeração

prolongada.

Níveis, processos e sistemas de tratamento 175



Q u a d r o 2 . 3 . C o n t i n u a ç ã o

SISTEMAS AERÓBIOS COM BIOFILMES

Filtro de

baixa carga

A DBO é estabilizada aerobiamente por bactérias que crescem aderidas a um meio

suporte (comum ente pedras). 0 esgoto é aplicado na superfície do tanque através de

distribuidores rotativos. O líquido percola pelo tanque, saindo peto fundo, ao passo que

a matéria orgânica fica retida pelas bactérias. Os espaços livres são vazias, o que

permite a circulação de ar. No sistema de baixa ca rga, há pouca disponibilidade de

DBO para as bactérias, o que faz com que as m esmas sofram uma autodigestão, saindo

estabilizadas do sistema. As placas de bactérias que se despregam das pedras são

removidas no decantador secundário. 0 sistema necessita de decantação primária

Filtro de

alta carga

Similar ao sistema anterior, com a diferença de que a carga de DBO ap licada é m aior. As

bactérias (lodo exce dente) necessitam de estabilização no tratamento do todo. O

efluente do decantador secundário é recirculado para o filtro, de forma a diluir o afluente

e garantir uma carga hidráulica homogênea.

Biodisco

Os biodisc os não são filtros biológicos, mas apresentam a similaridade de que a

biomassa cresce aderida a um meio suporte. Este meio é provido por discos que giram,

ora expond o a superfície ao liquido, ora ao ar,

SISTEMAS ANAERÓBIOS

Reator

anaeróbio

de manta

de lodo

A DBO é estabilizada anaerobiamente por bactérias dispersas no reator. 0 fluxo do

liquido é ascenden te. A parte superior do reator é divid ida nas3goas_de_sedilI enta£ão_e

de .coleta de qás, A zona de sedimentação perm ite a saida do efluente clarificado e o

retorno dos sólidos (biomassa) ao sistema, aum entando a sua concentração no reator.

Entre QS gases formados inclui-se o metano. 0 sistema dispensa decantação primária. A

produção de lodo é baixa, e o mesmo iá sai estabilizado

Filtro

anaeróbio

A DBO é estabilizada anaerobiamente por bactérias ade ridas a um meio suporte

(usualmente pedra s) no reator, 0 tanque trabalha submerso, e o fluxo é ascendente. O

sistema requer decantação primária (frequentemente fossas sépticas). A produção de

lodo é baixa, e o m esmo já sai estabilizado.

DISPOSIÇÃO NO SOLO

Infiltração

lenta

Os esgotos são aplicados ao solo, fornecendo água e nutrientes necessários para o

crescimento das plantas. Parte do liquido é evaporada, parte percola no solo, e a maior

parte é absorvida pelas plantas. As laxas de aplicação no terreno são bem baixas. 0

fíquido pode ser aplicado segundo os métodos da aspersão, do alagamento, e da crista

e vala.

Infiltração

rápida

Os esgotos são dispostos em bacias rasas. O líquido passa pelo fundo porosos percola

peto solo. A perda por evaporação é m enor, face às maiores laxas de aplicação. A

aplicação é intermitente, proporcionando um período de descanso para o solo, Os tipos

mais comuns são: percolação para a água subterrânea, recuperação por drenagem

subsuperfícial e recuperação por poços freáticos.

Infiltração

sub-

superficial

O esgoto pré -decantado é aplicado abaixo d o nível do solo. Os tocais de infiltração são

preenchidos com um meio poroso, no qual ocorre o tratamento. Os tipas mais comuns

são as vaias de infiltração e os sumidouros. ,,

Escoamento

superficial

Os esgotos são distribuídos na parte superior de terrenos corn uma certa declividade,

através do qual escoam, até serem coletados por valas na parte inferior. A aplicação é

intermitente. Os tipos de aplicação são; aspersores de alta p/essão, aspersores de baixa

pressão e tubulações ou canais de distribuição com aberturas intervaladas.

Fonte; von Sparling (1994b)

2(14





S I S T E M A S D E L A G O A S D E E S T A B I L I Z A Ç Ã O

L A G O A A E R A D A F A C U L T A T I V A

llg.

S I S T E M A : L A G O A A N A E R Ó B I A - L A G O A F A C U L T A T I V A

MEDnon

VAZAO

G3AÜE KSAflÉNADOR MED1QOI?

VAZAO

S I S T E M A : L A G O A A E R A D A D E M I S T U R A C O M P L E T A - L A G O A D E D E C A N T A Ç Ã O

MEDIDOI

VAZÃO

L A G O A A E I S A D A D É

GBADE DESAnSNAOor MEDIDOB

M B 1 U , , A

C O U P i f t A L K C A H B E A m ^ t o

2.1,a. Sistemas de lagoas dc estabilização

L A G O A F A C U L T A T I V A

Nt\'iis, processos e sistemas de tratamento

177



S I S T E M A S D E L O D O S A T I V A D O S

L O D O S A T I VA D O S C O N V E N C I O N A L

( F L U X O C O N T I N U O )

L O D O S A TI V AD O S - A E R A Ç Ã O P R O L O N G A D A

( F L U X O C O N T Í N U O )

L O D O S A T I V A D O S - FLUXO INTERMITENTE

CW 0SAHCMAKN3

MEOÇO

VAZAO

DTATOPEM «A ÇÃ O

•oração p^õbr>33da]

Fig. 2.1.1), S i s temas de lodos a t ivados

2(14




E T P E S - B i b l i o t e c a

S I S T E M A S A E R Ó B I O S _ C O M B I O F I LM E S

FILTRO BIOLÓ GICO DÊ 0AUCA CA RGA

DEC AN (ADO

[t; \\A:;y

GRADE DESAPÇNAOOG MEÍ

fcise saíd a

Oú

«Jau lHodo caso

o docQiilodof seja uma

GRADE CÇ5ARENADOR MH

FILTRO BIOLÓ GICO DE ALTA C ARGA

FLTRO

BIOLÓGICO HCUNDAfiTO

BtODISCO

T

KBOMMKIQ

( j ú e s i u u u o d o c o »

o decan lodcr m

J

c uma

11«. 2.I.C . Sistemas aeróbios com bjof i lmes


179



S I S T E MA S A NA E RÓB I OS

R E AT O R A N A E R Ó B I O D E M A N T A D E L O D O

R E A T O R

I R O B T

C O R P O

R E C E P T O «

G R A D E D E SA R EN A D OF T E P J Ç S

V A Z A O

T

l os e s ó l id a

0 6 e s t a b i l i z a d o )

SISTEMA FOSSA SÉPTICA - FILTRO ANAERÓBIO

C O R P O

R E C Í P T O R

G R A D E D E S A R E N A D O I ? ^ E D I Ç O R

V A Z A O

t o s e

s ó l i do

l ä s e

s ó l i do

F O S S A

S É P T I C A

Y

f os e s ó l i da

( | ó e s t o b i l i i a d o )

Fig . 2 .1 .(1 . S is tem as anae rób ios

2(14




SISTEMAS DE DISPOSIÇÃO NO SOLO

I N F I L T R A Ç Ã O L E N T A

I N F I L T R A Ç Ã O R Á P I D A

INHITRAÇAO RA PIO A

LO» «LIDA

*

Qá osiabHUoJo caio

o decanloríw sejn ume

fo«a séptica)

GRADE DESAPENAOO MgÔDOR

I N F I L T R A Ç Ã O S U B S U P E R F I C I A L

DECANTADOR

pmvÁwo

Ou FOSSA

SCPCA

-th

INFILTRAÇÃO SUBSUPÊRFtClAl,

i t

r

7

(OWSÂNCIA

(ja «täbtfUKto coto

o deconlodoi »|a um o

toisa séptica)

E S C O A M E N T O S U P E R F I C I A L

I'lH- 2. I . e . S is temas de disposição no solo

N i 11 i v , processos e sistemas de tratamento 176



_2 .2 .2 . T r a t a m e n t o p r e l i m i n a r

O t ra tamento pre l iminar dest ina-se pr incipalmente à remoção de:

- sólidos grosseiros

• areia

Os mecan ismos básicos de remoção são de. ordem f ísica , como peneiram ento e

sedimentação.

Além das unidades de remoção dos sól idos grosse i ros, inc lue-se também uma

unidade para a medição da vazão. Usua lmente esta é constituída por uma calha de

dimensões padronizadas (ex: calha Parshall), onde o valor medido do nível do líquido

pode ser corre lac ionado com a vazão. Pode-se adotar também vertedores (re tangula-

res ou triangulares) e mecanismos para a medição em tubulações fechadas, embora

estes úl t imos se jam mais infrequentes no caso de esgoto bruto.

A Figura 2.2 apresenta o fluxograma típico do tratamento preliminar.

TRATAMENTO PRELIMINAR

G R A D E D E S A R E N A D O R M E D I D O R

D E V A Z Ã O

i •

fase ta .

5

®

sól ida

s o l l d a

Fjg. 2.2.

F lu xogra ma t íp ico do t ra tame nto prel iminar

A remoção dos sólidos grosseiros é fe i ta f requentemente por meio de gra des , m as

pode-se usar também peneiras rotativas ou tri turadores. No gradeamento, o material

de dimensões maiores do que o espaçamento entre as barras é retido (ver Figura 2.3).

Há grades grossas, médias e finas, dependendo do espaço livre entre as barras. A

remoção do material retido pode ser manual ou mecanizada.

As principais finalidades da remoção dos sólidos grosseiros são:

- proteção dos dispositivos de transporte dos esgotos (bombas e tubulações);

- proteção das unidades de tratamento subsequentes;

- proteção dos corpos receptores.

A remoção da areia contida nos esgotos é feita através de unidades especiais

denominadas desa rcnadore s . O mecan i smo de remoção da are ia é simplesmente o

d e sedimentação: os grão de areia, devido às suas maiores dimensões e densidade ,

2(14

Introdução


tratamento

de esgotos



GRADE

I l | t. 2 .3 . Esq uem a de uma grad e

vfio para o fun do do tanque, enquan to a matéria orgân ica, sendo de sedimen tação bem

mais lenta, permanece em suspensão, seguindo para as unidades de jusante.

CAIXA DE AREIA

(DESARENADOR)

AREIA SEDIMENTADA

I In . 2 .4 . Esq uem a dc um d esa ren ado r

Kxiste uma diversidade de processos para a retirada e o transporte da areia

•.(•(l imentada, desde os manuais até os completamente mecanizados. As finalidades

biisieas da remo ção de areia são:

evitar abrasão nos equipamentos e tubulações;

eliminar ou reduzir a possibilidade de obstrução em tubulações, tangues, orifícios,

sifões etc;

facilitar o transporte líquido, principalmente a transferência de lodo, em suas

diversas fases.


1 8 3



2 . 2 . 3 / T r a t a m e n t o p r i m á r i o

O t ra tamento pr imário d est ina-se à remoção de:

- sólidos em suspensão sedimentáveis

- sólidos flutuantes

Os esgotos, após passarem pelas unidades de tratamento preliminar, contêm ainda

os sólidos em suspensão não grosseiros, os quais podem ser parcialmente removidos

em unidades de sedimentação, Um a parte significa t iva destes sólidos em suspensão

é compreendida pela matéria orgânica em suspensão. Assim, a su a remoção por

processos simples como a sedimentação implica na redução da carga de DBO dirigida

ao tratamento secundário, onde a sua remoção é de certa forma mais custosa.

Os tanques d e decantação podem se r circulares ou retangulares. Os esgotos fluem

vagarosam ente a t ravés dos decantadores, permit indo a que os sólidos em suspensão,

possuindo uma densidade maior do que a do l íquido c i rcundante , sedimentem

gradualmente no fundo. Essa massa de sól idos é denominada lodo primário bruto.

Em estaçõ es de tratame nto de esgotos, ela é retirada por meio de uma tubulação única

em tanques de pequenas dimensões ou através de raspadores m ecânicos e bombas em

tanques maiores. Mater ia is f lutuantes, como graxas e óleos, tendo uma menor

densidade que o l íquido circundante, sobem para a superf íc ie dos decantadores, onde

são cole tados e remo vidos do tanque para poster ior tratamento.

TRATAMENTO PRIMÁRIO

DECANTADOR PRIMÁRIO

Fig . 2 .5 . Esi jucnia de um decantador p r imár io c i rcu lai

A s fossas sépticas são também uma forma de tratamento a nível primário. As

fossas sépticas e suas variantes, como os tanques Imhoff, são basicamente decanta-

dores, onde os sól idos sedimentáveis são removidos para o fundo, permanecendo

nestes um tempo longo o suficiente (alguns meses) para a sua estabilização. Esta

estabilização se dá em condições anaeróbias.

2

(14

Introdução

à

qualidade

das águas e ao

tratamento

de esgotos



FOSSA SÉPTICA

( C Â M A R A Ú N I C A )

L O D O

E M D I G E S T Ã O

l l(i- 2.6.

l isquema de um a fossa sép t ica de câmara ún ica

__

2 ^ ^ j j [ ^ t a m e n t o s e c u n d á r i o

_

O principal objetivo do t ra tamento secundário é a remoção da matéria orgânica.

r.sia se apresenta nas seguintes formas:

• matéria orgânica dissolvida (DB O so lúvel ) , a qual não é removida por processos

meramente físicos, como o cie sedimentação, que ocorre no tratamento primário;

• matéria orgânica em suspensão ( D B O suspensa ou pa r t i cu l ada ) , a qua l é em

grande parte removida no tratamento primário, mas cujos sólidos de decantabili-

i lnde mais lenta persistem na massa l íquida.

Os processos de t ra tamento secundário são concebidos de fo rma a acelerar os

mecanismos de degradação que ocorrem natura lmente nos corpos receptores. Assim,

decomposição dos poluentes orgânicos degradáveis é a lcançada, em condições

i ontroladas, em intervalos de tempo menores do que nos sistemas naturais.

A essência do t ra tamento secundário d e esgotos domést icos é a inclusão de uma

t tapa biológica. Enquanto nos t ratamentos pre liminar e pr imário predominam me-

i miismos d e ordem f ísica , no t ra tamento secundário a remoção da matéria orgânica

i eletuada por reações bioquímicas, realizadas por microrganismos.

Uma grande variedade de microrganismos toma parte no processo: bactér ias,

inotozoários, fu ngo s e tc . A base de todo o proce sso biológ ico é o contato efe t ivo entre

r-.ses organismos e o material orgânico contido nos esgotos, de tal forma que esse

possa ser ut i l izado como a l imento pelos microrganismos. Os microrganismos con-

vciiein a matéria orgânica em gás carbônico, água e material celular (crescimento e

i rprodução dos microrganismos) (ver Figura 2.7) . Essa decomposição biológica do

miilerial orgânico requer a presença de oxigênio como componen te fundamenta l dos

(nm-essos aeróbios, a lém da manutenção de outras condições ambienta is favoráveis,

i nino temp eratura, p H, tem po de contato etc.

Ni 11 'i

v,

pro cessos e sistemas de tratamento 185



M E T A B O L I S M O B A C T E R I A N O

B AC T É R I AS + MAT E R I A OR GANI C A

F i g . 2 . 7 . Esquem a simpli f icado do metabol ismo bacter iano

BACTÉRIAS

Á G U A + G A S C A R B Ô N I C O

O tratamento secundário geralmente inclui unidades para

o

tratamento preliminar,

mas pode ou não incluir as unidades para o tratamento primário. Existe uma grande

variedade de método s de t ra tamento a nível secundário, sendo qu e os mais com uns

são:

- La goas de estabilização e variantes

- Lodos ativados e variantes

- Filtro biológico e variantes

- Tratamento anaeróbio

- Disposição sobre o solo

Este úítimo é um mis to de tratamento e disposição final, mas é classificado como

nível secundário devido à atuação de mecanismos biológicos e à sua e levada ef ic iên-

cia na remoção de poluentes.

Apresenta-se a seguir uma descrição simplificada dos principais sistemas de

t ra tamento de esgotos.

Lagoas de estabilização e variantes

a ) L a g o a s f a c u l t a t i v a s

As lagoas de estabilização são unidades especialmente construídas com a finali-

dade de tratar os esgotos. No entanto, a construção é simples, baseando-se principal-

mente em mov imento de terra de escavação e preparação dos ta ludes.

Dentre os sistemas de lagoas de estabilização, o processo de lagoas fac ultativas é

o mais simples, depend endo unicam ente d e fenôm enos puramente natura is. O esgoto

afluente entra em uma extremidade da lagoa e sai na extremidade oposta. Ao longo

desse percurso, que demora vários dias, uma série de eventos contribui para a

puri f icação dos esgotos.

A matéria orgânica etn suspensão (DBO particulada) tende a-sedimentar, vindo

a constituir o lodo de fundo . Este lodo sof re o processo d e decomposição por

microrganismos anaeróbios, sendo convert ido em gás carbônico, água, metano e

outros. Apenas a fração iner te (não biodegradável) permanece na camada de fundo .

A matéria orgânica dissolvida (D B O solúvel), conjuntamente com a matéria

orgânica em suspensão de pequenas dimensões (DBO finamente particulada) não

2(14

Introdução à qualidade das águas e a o tratamento de esgotos




lunenta, permanecendo dispersa na massa l íquida. A sua decomposição se dá

•ih

aves d e bactérias facultat ivas, que têm a capacidade de sobreviver tanto na

|Hm*nça quanto na ausência de oxigênio (daí a designação de facultativas, que define

I*

próprio nome da lagoa). Essas bactérias util izam-se da matéria orgânica como fonte

ilr energia, alcançada através da respiração. Na respiração aeróbia, há a necessidade

• l.i

presença de oxigênio, o qual é suprido ao meio pela fotossíntese realizada pelas

íi lp.iv Há, assim, um perfeito equilíbrio entre o consumo e a produção de oxigênio e

yiW.

carbônico (ver Figura 2.8).

bactér ias - >

respiração:

- consumo de oxigênio

- produção de gás carbônico

a l g a s - > fotossíntese:

- produção de ox igénio

- consumo de gás carbón ico

LAGOA FACULTATIVA

Energia luminosa

l 'l((. 2.8. Ksquema si mpli ficado de uma lagoa facultativa

Níveis,

processos e sistemas

cie

tratamento

187



Para a ocorrência da fotossíntese é necessária uma fonte de energia luminosa,

neste caso representada pelo sol. Por esta razão, locais com elevada radiação solar e

baixa nebulosidade são bastante propícios ã implantação de lagoas facultativas.

A fotossín tese, por depend er da energia solar, é mais elevada próxim o à superfície.

À medida em que se aprofunda na lagoa, a penetração da luz é menor, o que ocasiona

a predominância do consumo de oxigênio ( respiração ) sobre a sua produção (fotos-

síntese), com a eventual au sência de oxigê nio dissolvido a partir de uma certa

profundidade. Ademais, a fotossíntese só ocorre durante o dia , fazendo com que

durante a noite possa prevalecer a ausência de oxigênio. Devido a estes fatos, é

essencial que as principais bactérias responsáveis pela estabilização da matéria

orgânica sejam facultativas, para poder sobreviver e proliferar, tanto na presença,

quanto na ausência de oxigênio.

O processo de lagoas facultativas é essencialmente natural, não necessitando de

nenhum equipamento. Por esta razão, a estabilização da matéria orgânica se processa

em taxas mais lentas, implicando na necessidade de um elevado período de detenção

na lagoa (usualmente superior a 20 dias). A fotossíntese, para que seja efetiva,

necessita de uma elevada área de exposição para o melhor aproveitamento da energia

solar pelas algas, também implicando na necessidade de grandes unidades. Desta

forma, a área total requerida pelas lagoas facultativas é a maior dentre todos os

processos de t ra tamento dos esgotos (excluindo-se os processos de disposição sobre

o solo). Por outro lado, o fato de ser um processo totalmente natural está associado a

uma maior simpl ic idade operacional , fa tor de fundamenta l importância em nosso

meio.

A Figura 2.9 apresenta o fluxograma típico dc um sistema de lagoas facultativas.

Fig. 2.9. F luxogra ma t íp ico dc um s i s tema dc lagoas facul ta t ivas

b) S i s t ema de l agoas anae rób ia s - l agoas facu l t a t i va s

O processo de lagoas facultativas, apesar de possuir uma eficiência satisfatória,

requer, como com entad o, uma gran de área, muitas vezes não disponível na localidade

em questão. Há, portanto, a necessidade de se buscar soluções que possam implicar

na redução da área total requerida. Uma destas soluções é a do sistema de lagoas

anaeróbias seguidas por lagoas facultativas.

2(14

Introdução à qualidade das águas e ao tratamento d e esgotos



E TFE S - B ib l i o tec a

() esgoto bruto ent ra numa lagoa de menores dimensões e mais profund a. Devid o

flN menores dimensões dessa lagoa, a fotossíntese pra t icamente não ocorre . No

I

i.il.in^o e ntr e

o

consumo e

a

produção de oxigênio, o consumo é amp lamente superior .

IVnJominam, portanto, condições anaeróbias nessa primeira lagoa, denominada, em

decorrência,

lagoa anaeróbia.

As bactérias anaeróbias têm uma taxa metabólica e de reprodução mais lenta do

i|iu- .is bactér ias aeróbias. Emas sim send o, para um período de permanência de apenas

t

.1

5 dias na lagoa anaeróbia, a decomposição da matér ia orgânica é apenas parc ia l .

I\ li m

i io assim, essa remoção da DBO, da ordem de 50 a 60%, apesar de insuficiente,

i i | irr.ienta uma grande contribuição, aliviando sobremaneira a carga para a lagoa

i.ii iihnliva, situada a jusa nte .

A lagoa facultativ arec ebe uma carga de apenas 40 a 50% da carga do esgo to bru to,

i"

i i lcndo ter, portanto, dimensões bem menores. O funcionamento dessa lagoa facul-

iirtiva é exatamente como descrito no item a.

l-ste sistema d e lagoas anaeróbias-lagoas facultativas é também conhec ido em

titiHsi> meio com o sistema australiano. O requisito de área total é tal , que se ob tém-s e

IHii.i economia de área da ordem d e 1/3, com parad o a uma lagoa facultativa única. A

I

:

i('.ura 2 .10 mostra o fluxograma típico de um sistema de lagoas anaeróbias seguidas

|rni lagoas facultativas.

I Ij) 2. tt l . F luxograma t ípico de um sis tema de lagoas anaeróbias seguidas por lagoas facul ta t ivas

O sistema tem uma eficiência l igeiramente superior à de uma lagoa facultiva

ca , é conceitualmente simples e fácil de operar. No entanto, a existência de uma

i Upa anaerób ia cm uma un ida de aber ta é sempre um a causa de p reocupaç ão , dev ido

i possibilidade da l iberação de maus odores. Caso o sistema esteja bem equilibrado,

ii i ' i ' i ; ição de mau cheiro não deve ocorrer. No entanto, eventuais problemas'opera -

i

i'

mais podem con duzir à l iberação de gás sulfídrico, responsável por odores fétido s.

I 'm essa razão, o sistema australiano é normalm ente localizado ond e é possível haver

iitu grande afastam ento das residências.

c ) Lagoa a e r a d a f a c u l t a t i v a

( ' a so se dese je ter um sistem a predominan temente aeróbio, e de dimensões ainda

in. ir. reduzidas, pode-se util izar a lagoa aerada facultativa. A principal diferença com

SISTEMA: LAGOA ANAERÓBIA - LAGOA FACULTATIVA

C O R P O

Nt\' iis, processos e sistemas de tratamento

1H9



relação à lagoa facultativa convencional é quanto à forma de suprimento de oxigênio.

Enquanto na lagoa facultativa o oxigênio é advindo principalmente da fotossíntese,

no caso da lagoa aerada facultativa o oxigênio é obtido atraVés de equipamentos

denominados aeradores.

Os aeradores mecânicos mais comumente ut i l izados em lagoas aeradas são

unidades de eixo vertical que, ao rodarem em alta velocidade, causam um grande

turbilhonamento na água. Este turbilhonamento propicia a penetração do oxigênio

atmosférico na massa l íquida, onde ele se dissolve. Com isto, consegue-se uma maior

introdução de oxigênio, comparada à lagoa facultativa convencional, permitindo a

que a decomposição da matéria orgânica se dê mais rapidamente. Em decorrência, o

tempo de detenção do esgoto na lagoa pode ser menor (da ordem de 5 a 10 dias), ou

seja, o requisito de área é bem inferior.

A lagoa é denom inada facultativa pelo fato do nível de energia introduzido pelos

aeradores ser suficiente apenas para a oxigenação, mas não para manter os sólidos

(bactérias e sólidos do esgoto ) em suspen são na massa l íquida. Desta form a, os sólidos

tendem a sedimentar e Constituir a camada de lodo de fundo, a ser decomposta

anaerobiamente . A penas a DB O solúvel e f iname nte part iculada permanece na massa

líquida, vindo a sofrer decomposição aeróbia. A lagoa se comporta, portanto, como

uma lagoa facultativa convencional (ver Figura 2.11).

L A G O A A E R A D A FA C U LT A T IV A

Fif». 2.11. F l u x o g r a m a t í p i c o d e u m s i s t e m a d e l ag o a s a e r a d a s f a c u l t a ti v a s

Devido à introdução de mecanização, as lagoas aeradas são menos simples em

termos de manutenção e operação, comparadas com as lagoas facul ta t ivas conven-

cionais. A redução dos requisitos de área é conseguida, portanto, com uma certa

elevação no nível de operação, além da introdução do consumo de energia elétrica.

d ) S i s tema de l agoas ae rad as de mi s tu ra comple t a - l agoas de decan ta ção

Uma forma de se reduzir ainda mais o volume da lagoa aerada é o de se aumentar

o nível de aeração, fazendo com que haja uma turbulência tal que, além de garantir a

oxigenação, permita ainda que todos os sólidos sejam mantidos em suspensão no

meio l íquido. A denominação mistura completa é, portanto, advinda do alto grau de

energia por unidade de volume, responsável pela total mistura dos constituintes em

toda a lagoa. Entre os sólidos mantidos em suspensão e em mistura completa sc

2(14

Introdução à qualidade das água s e ao tratamento d e esgotos



ETFE S - B ib l io te ca

(In luem, além da matéria orgânica do esgoto bruto, também as bactérias (biomassa).

III. cm decorrência, uma maior concentração de bactérias no meio líquido, além de

mu maior contato matéria orgânica-bactérias. Com isto, a eficiência do sistema

gllmcnta bastante, permitindo a q ue o volume da lagoa aerada seja bastante reduzido.

1» ItímpQ de detenção típico na lagoa aerada é da ordem de 2 a 4 dias.

No entanto, apesar da elevada eficiência desta lagoa na remoção da matéria

i

i i(jrtnica originalm ente pre sente nos esgo tos, um nov o problem a passou a ser criado.

\ biomassa permanece em suspensão em todo o volume da lagoa, vindo, portanto, a

IH

com o efluente da lagoa, Esta biomassa é, em última análise, também matéria

iMi' .niica, ainda que de uma natureza diferente da DBO do esgoto bruto. Esta nova

iHiiteria orgânica, caso fosse lançada no coipo receptor, i r ia exercer também uma

• li

manda de oxigênio, causando a deterioração da qualidade das águas.

I ' impo rtante, portanto, que haja uma unid ade a jusan te, na qual os sólidos em

ii'.|icnsão (predominantemente a biomassa) possam vir a sedimentar. Esta unidade

I

" le

ser uma

Lagoa

de decantação, com a f ina l idade precípua de permit i r a sedimen-

i i, io e acúmulo dos sólidos.

A lagoa de decantaç ão é dimensionada com um tempo de detenção bem reduzido,

i m lotno d e 2 dias. Nela , os sól idos vão para o fundo, onde são armaze nados p or um

jn i iodo de alguns anos, ap ós o qual são removidos. H á também lagoas de decantação

• mil remoção cont ínua do lodo de fundo , através de bombas acopladas em balsas.

A área requerida por este sistema d e lagoas á a men or dentre os sistemas d e lagoas,

t

K

requisitos de energia são similares aos dem ais sistemas d e lagoas aeradas. No

PMtimto, os aspectos relativos ao manuseio do lodo podem ser mais compl icados,

.

I.jvido ao fato de s e ter um meno r período de armazenagem na lagoa, comparado com

IIM

outros sistemas. Caso a remoção de iodo seja periódica, tal ocorrerá numa

hrquência aproximada em torno de 2 a 5 anos. A remoção do lodo é uma tarefa

Inboriosa e cara.

1 IS T EM A : L A G O A A E R A D A D E M I S T U R A C O M P L E T A - L A G O A D E D E C A N T A Ç Ã O

C O R P O

I

1

1 || L 12 . F lux ogram a t íp ico de um s is tema de lagoas ae radas de mis tura comp le ta - lagoas de decant ação

Nt\'iis, processos e sistemas de tratamento

1 9 1



Sistemas de lodos ativados e variantes

a ) Lodos a t i vados convenc iona l

Ao se analisar os sistemas de lagoas descritos no item precedente, tornou-se

evidente que uma redução no volume requerido pode ser a lcançada por meio do

aumento da concentração da biomassa em suspensão 110 meio líquido. Quanto mais

bactérias houver em suspensão, maior será a avidez por alimento, ou seja, maior será

a assimilação da matéria orgânica presente no esgoto bruto.

Dentro deste conceito, analisando-se o sistema de lagoas aeradas-lagoas de

decantação descrito acima, observa-se que há um "reservatório" de bactérias, ainda

ativas e ávidas, na unidade de decantação. Caso parte destas bactérias seja retornada

à unidade de aeração, a concentração de bactérias nesta unidade será grandemente

aumentada. Este é o princípio básico do sistema de lodos ativados, em que os sólidos

são rec i rculados do fun do da unidade de decantação, por meio de bombeam ento, para

a unidade de aeração. As seguintes unidades são, portanto, essenciais no sistema de

lodos ativados (fluxo do líquido):

- tanque de aeração (reator)

- tanque de decantação (decantador secundário)

- elevatória de recirculação de lodo

REATOR DECANTADOR

SECUNDÁRIO

Fig. 2.13. Esque ma das unidade s da e tapa b io lógica do s is t ema de lodos a t ivados

A biomassa consegue ser separada no decantador secundário devido à sua pro-

priedade de flocular. Tal se deve ao fato das bactérias possuírem uma matriz gelati-

nosa, que permite a aglutinação das bactérias. O floco possui maiores dimensões, o

que facili ta a sedimentação (Ver Figura 2.14).

A concentração de sólidos em suspensão no tanque de aeração nos sistema de

lodos ativados é mais de 10 vezes superior à de uma lagoa aerada de mistura com pleta.

2(14




F L O C O B A C T E F I I A N O

F i g . 2 , 1 4 , E s q u e m a d e b a c t é r i a s f o r m a n d o u m f l o c o d e l o d o a t i v a d o

1

O tempo de detenção do líquido é bem baixo, da ordem de 6 a 8 horas no sistema de

lodos ativados convencional, implicando em que o volume do tanque de aeração seja

bem reduzido. No entanto, devido à recirculação dos sólidos, estes permanecem no

sistema por um tempo superior ao do líquido. O tempo de retenção dos sólidos no

sistema é denom inado idade do lodo, sendo d a ordem de 4 a

0 dias no lodos ativados

convencional . É esta maior permanência dos sól idos no sistema que garante a e levada

eficiência dos lodos ativados, já que a biomassa tem tempo suficiente para metabo-

lizar praticamente toda a matéria orgânica dos esgotos.

N o sistema de lodos ativados, os tanques são tipicamente de concre to, di ferente-

mente da s lagoas de estabilização. Para se economizar em termos de energia para a

aeração, parte da matéria orgânica (em suspensão, sedimentável) do s esgotos é

retirada antes do tanque de aeração, através do decantador primário. Assim, os

sistemas de lodos ativados convencional têm como parte integrante t ambém o

tratamento primário (Figura 2.15).

L O D OS AT IV A D OS C O N V E N C I O N A L

( F L U X O C O N T I N U O )

Fig . 2 .1S . F lux ogr am a t íp ico do s is íema de lodos a t ivado s convenc iona l

Níveis,

processos e sistemas de tratamento

193

4



w

No t anque d e aeração, devido à entrada contínua de alimento, na fo rma de

> U >

dos esgotos, as bactérias crescem e se reproduzem cont inuamente . Caso fosw;

permit ido que a população de bactérias crescesse indefinidamente, elas tenderiam a

atingir concentrações excessivas no tanque de aeraçâo, dificultando a transferem 1.1

de oxigênio a todas as células. Ademais, o decantador secundário ficaria sobrecarre-

gado, e os sólidos não teriam mais condições de sedimentar satisfatoriamente, vindo

a sair com o ef luente final, deteriorando a sua qualidade. Para mante r o sistema em

equilíbrio, é necessário que se retire aproximadamente a mesma quant idade de

biomassa que é aumentada por reprodução. Este é, portanto, o lodo biológico

excedente, que pode ser extraído diretam ente do reator ou da l inha de recirculação.

O lodo excedente deve sofrer tratamento adicional, na linha de tratamento do lodo.

O sistema de lodos a t ivados convencional ocupa áreas bastante inferiores às do

sistema de lagoas. No entanto, o f luxograma do sistema é compl icado, requerendo

u m a elevada capacitação para a sua operação. O s gastos com energia elétrica para

aeração são um pouco superiores aos das lagoas aeradas.

Existem algumas variantes do processo de Iodos ativados, sendo que duas das

principais (aeração prolongada e fluxo intermitente) são descritas brevemente a

seguir.

b ) A e r a ç ã o p r o l o n g a d a

No sistema de Iodos ativados convencional, o lodo permanece no sistema de 4 a

10 dias. Com este período, a biomassa retirada no lodo excedente requer ainda uma

etapa de estabilização no tratamento do lodo, por conter ainda um elevado teor de

matéria orgânica na composição de suas células.

No entanto, caso a biomassa permaneça no sistema por um período mais longo,

da ordem de 2 0 a 30 dias (daí

o

nome aeração prolongada), recebendo a mesm a carga

de DBO do esgoto bruto que o sistema convencional , haverá uma menor disponibi -

lidade de alimento para as bactérias. Para que a biomassa permaneça mais tempo no

sistema, é necessário que o reator seja maior (o tempo de detenção do líquido é em

torno de 16 a 24 horas). Portanto, há menos matéria orgânica por unidade de vo lume

do tanque de aeração. E m d ecorrência , as bactérias, para sobreviver, passam a utilizar

nos seus processos metaból icos a própria matéria orgânica com pon ente das .suas

células, Esta matéria orgânica celular é convertida em gás carbónico e água através

da respi ração. Isto corresponde a uma estabi l ização da biomassa , ocorrendo no

próprio tanque de aeração. Enquanto no sistema convencional a estabilização do lodo

é feita em separado (na etapa de tratamento de lodo), na aeração prolongada e la é

feita conjuntamente, no próprio reator.

Já que não há a necessidade de se estabilizar o lodo biológico excedente,

procura-se evi tar no sistema de aeração prolongada também a geração de a lguma

outra forma de lodo, que venha a requerer poster ior estabilização. Deste m o d o , os

sistemas de aeração prolongada usualmente não possuem decantadores pr imários,

para evitar a necessidade de se estabilizar o lodo primário. Com isto, obtém-se uma

2

(14





(d Mi'Ir simplificaçã o no fluxogra ma do processo: não há decantadores p rimários nem

Hliiiliides de digestão de lodo (Figura 2.16).

LODOS ATIVADOS • AERAÇÃO PROLONGADA

(FLUXO CONTINUO) ra pto r

fasa sólida

(já estabil izado)

l 'l (» . 2 .16 . F luxogra ma dc um s i s tema de aeração pro longada

O preço desta sim plificação do sistema é o gasto com energia para aeração , já qu e

o lodo é estabilizado aerobiamente no reator. Por outro lado, a reduzida disponibili-

dade de alimento e a sua praticamente total assimilação fazem com que a aeração

prolongada seja o processo de tratamento dos esgotos mais eficiente na remoção de

D B O .

c ) F luxo in t e rmi t en t e (ba t e l ada )

Os sistemas de lodos ativados descritos acima são de fluxo contínuo com re lação

ao esgoto, ou seja, o esgoto está sempre entrando e saindo do reator. Há, no entanto,

uma variante do sistema, com operação em fluxo intermitente.

O princípio do processo de lodos ativados com operação intermitente consiste na

incorporação de todas as unidades, processos e operações normalmente associados

ao tratamento convencional de lodos ativados, quais sejam, decantação primária,

oxidação biológica e decantação secundária, em um único tanque. Util izando um

tanque único, esses processos e operações passam a ser simplesmente sequências no

tempo, e não u nidades separadas como ocorre nos processos convencionais de f luxo

contínuo. O processo de lodos ativados com fluxo intermitente pode ser uti l izado

também na modal idade de aeração prolongada, quando o tanque único passa a

incorporai ' também a unidade de digestão do lodo.

O processo consiste de um reator de mistura completa onde ocorrem todas as

etapas do tratamento. Isso é conseguido através do estabelecimento de ciclos de

operação com durações definidas. A massa biológica permanece no reator durante

todos os ciclos, eliminando dessa forma a necessidade de decantadores separados. Os

Nt\' iis, processos e sistemas de

tratamento

195



cic los normais de t ra tamento são:

• Enchimento

(entrada de esgoto bm to ou decantado no reator)

• Reação

(aeração/mistura da massa l íquida contida no reator)

• Sedimentação (sedimentação e separação dos sól idos em suspensão do esgoto

tratado)

• Esvaziamento (retirada do esgo to tratado do reator)

• Repouso (ajuste de ciclos e remo ção do lodo exced ente)

A duração usual de cada ciclo pode s er alterada em função da s variações da vazão

afluen te, das neces sidade s do tratamento e das características do esgoto e da b iomas sa

no sistema.

L O D O S A T I V A D O S - FLUXO INTERMITENTE

M L A IO R E M D E C A N T A Ç Ã O C O R P O

lostí SÍJiOJ

t j à u s tota i l /od o I k j

aoração piolangado)

Fig . 2 .17 .

E s q u e m a d e u m s i s t e m a d e I o d o s a t i v a d o s c o m o p e r a ç ã o i n t e r m i t e n t e

O descarte do lodo excedente gera lmente ocorre durante o úl t imo c ic lo (Repouso),

mas como este ciclo é opcional, já que a su a finalidade é a de permitir o ajuste entre

os ciclos de operação de cada reator, o descarte pode se dar em outras fases do

processo. A quant idade e a frequência de descarte d o lodo são estabelec idas em fu nção

dos requisi tos de perform ance, da mesm a fornia que nos processos convencionais de

f luxo cont ínuo.

O f luxograma do processo é grandemente simplificado, devido à eliminação de

diversas unidades, comparado aos sistemas de lodos ativados de f luxo cont ínuo. No

sistema de aeração prolongada por batelada, as únicas unidades d e todo o processo

de tratamento (l íquido e lodo) são: grades, desarenador, reatores, adensamento do

lodo (opcional) e desidratação do lodo.

H á algumas modif icações nos sistemas de f luxo intermitente, relacionadas, tanto

à forma de operação (a l imentação cont ínua e esvaziamento descont ínuo) , quanto à

sequência e duração dos ciclos associados a cada fase do processo. Estas variações

permitem simpl i f icações adic ionais no processo ou a remoção biológica de nutr ientes.

2

(14




j^j» Sistemas aeróbios com biofi lmes

a ) F i l t r q s b i o l ó g i c o s d e b a i x a c a r g a

O processo de f i l t ros biológicos consiste num concei to tota lmente di feren te dos

processos anteriores. Ao invés da biomassa crescer dispersa em um tanque ou lagoa,

ela cresce a d e r i d a a um meio suporte.

Um fil tro biológico compreende, basicamente, um leito de material grosseiro, tal

como pedras, ripas ou material plástico, sobre o qual os esgotos são aplicados sob a

forma de gotas ou ja tos. Após a aplicação, os esgotos percola mem direção aos dren os

de fundo. Esta percolação permite o crescimento bacteriano na superfície da pedra

ou do material de enchimento, na forma de uma película fixa. O esgoto passa sobre

a população microbiana aderida, p romovendo o conta to entre os microrganismos e o

material orgânico.

Os f i l t ros biológicos são sistemas aeróbios, pois o ar circula nos espaços vazios

entre as pedras, fornecendo o oxigênio para a respiração dos microrganismos. A

ventilação é usualmente natural.

A apl icação dos esgotos sobre o meio é frequentemente feita através de distribui-

dores rotativos, movidos pela própria carga hidrostática dos esgotos. O líquido escoa

rapidamente pelo meio suporte. No entanto, a matéria orgânica é adsorvida pela

película microbiana, ficando retida um tempo suficiente para a sua estabilização (ver

Figura 2.18).

Os fil tros são normalmente circulares, podendo ter vários metros de diâmetro.

( ontrariamente ao que indica o nome, a função primária do fil tro não é a de fi l trai-,

uma vez que o diâmetro das pedras util izadas é da ordem de alguns centímetros, ou

seja, permitind o um grand e espaço de vazios, ineficientes para o ato de pene irame nto.

A função do meio é tão somente a de fornecer suporte para a formação da película

microbiana. Existem também meios sintéticos de diversos materiais e formas, os

quais apresentam a vantagem de serem mais leves do que as pedras, além de

apresentarem uma área superficial de exposição bem superior, No entanto, os meios

sintéticos são mais caros.

A m edida em que a biomassa cresce na superf íc ie das pedras, o espaço vazio tende

ti diminuir , fazendo com que a velocidade de escoamento nos poros aumente . Ao

iii ingir um dete rmin ado valor, esta velocidade causa uma tensão de cisalhamento, que

desaloja parte do material aderido. Esta é um a forma natural de controle da população

microbiana no meio. O lodo desalojado deve ser removido nos decantadores secun-

dários, de forma a diminuir o nível de sólidos em suspensão no efluente final.

N os sistem as de fi ltros biológicos de baix a

carga,

a quant idade de D B O aplicada

r menor. Com isso, a disponibilidade de alimentos é menor, o qu e resul ta numa

estabilização parcial do lodo (auto-consumo da matéria orgânica celular) e numa

maior 'e f ic iência do sistema na remoção da DBO, de forma análoga ao sistema de

iteração prolongada nos lodos ativados. Essa menor carga de DBO por unidade de

N i 11 i v , processos e sistemas de tratamento 1 9 7



F I L T R O B I O L Ó G I C O

superfície do tanque está associada a maiores requisitos de área, comparado ao

1

sistema de aita carga, descrito no item seguinte.

O sistema de baixa carga é simples conceitualmente. Embora de-eficiênfcia

comparável à do sistema de lodos a t ivados convencional , a operação é ma is sim ples,

porém menos f lexível . Os f i l t ros biológicos têm uma menor capacidade de se a justar

a variações do afluente, além de requererem uma área total um pouco superior. Em

termos de consumo de energia , os f i l t ros apresentam um consumo bastante infer ior

ao dos lodo s ativados. A Figura 19 apresenta o fluxo gram a típico do sistema de fi l tros

biológicos de baixa carga.

. b) Fi l t ros biológicos dej i l ta^carga

Os fil tros biológicos de

alta carga

são conceitualmente similares aos de baixa

carga . No entanto, por receberem uma maior carga de DBO por unidade de volume

de leito, o requisito de área é menor. Em paralelo, tem -se também uma ligeira redu ção

na eficiência de rem oção d a matéria orgânica, e a não estabilização do lodo n o filtro.

Uma outra diferença diz respeito à existência de recirculação do efluente. Esta é

2(14




FILTRO BIOLOGICO DE BAIXA CAR GA

lasesóHcla

f l á es tabu l ado caso

o decan l ado f se |o uma

(essa sépt ica)

fase sól ida

(Já establ teado)

• i^. 2.19. Fluxo grama típico de um filtro biológico de baixa carga

I f i ta com os objet ivos pr incipais de (a) manter a vazâojtproximadamente^uniforme

«Inrantejtodoj3_dja (^noite

^jQS-braçQs

_distribuidores4?oderiam não rodat^_deyidoJ^

baixa vazão^o £ue_poder ia secar o lei to) , rb) jeguil ibrar a carga af luente e (c)

|

H i s s i j T Í j j t a j M i m n j ^ H

P

. r r m t a t r w l n m n tp .r m n r g n n i m p f l i i p n t f D i f p r p n t p m p n t p

• lo

s is tema de lodos at ivados, a recirculação nos f i l t ros de_ajta carga é do e f l ue nt e^

náo do lodo sedimentado (Fig. 2.20).

FILTRO BIOLO GICO DE ALTA CA RGA

F I LLRO B IOL ÓGICO

I IIV 2.20. Flux ogram a típico dc um filtro biológico de alta carga

Outra forma de se melhorar a ef iciência dos f i l t ros b io lógicos, ou de se tratar

esgotos mais conce ntrados e m m atér ia orgânica, é através da u ti l ização de dois f i l t ros

i in sér ie , denom inado com o um sis tema de f i l t ros b io lógicos de dois es tágios . Há

\ li ias possíveis conf igu rações, com diferentes form as de recirculação do ef luente.

Algumas das l imitações dos f i l t ros b io lógicos com lei to de pedras , quando os

mesmos operam com elevadas cargas orgânicas , referem-se ao entupimento dos

i .paços vazios , devido ao crescim ento exc essivo da película b io lógica. Nestas

t ondições, pode m oc orrer inundações e falhas do s is tema.


1 9 9



Devido ao maio r compromisso com a redução da área requerida para o sistema,

valem pr incipalmente aqui as considerações sobre os d iferentes t ipos de meios

supor te. O mater ial mais u ti l izado é ainda representado pelas pedras e britas. No

entanto , o volume de espaços vazios é limitado num filtro biológico de pedras,

res tr ingindo, dessa form a, a circulação de ar no f i l t ro e , consequentem ente, a quanti-

dade de oxigênio d isponível para os microrganismos e a quantidade de esgoto que

pode ser tratada.

Para superar essas l imitações, outros mater iais podem ser u ti l izados para o

enchimento dos f i l t ros . Esses mater iais incluem modulos de p lást ico corrugado,

tablados de r ipas e anéis p lást icos . Esses mater iais oferecem maiores áreas superf i-

ciais para o crescimento bacter iano (aproximadamente o dobro das pedras t íp icas) ,

além de aumentarem signif icativamente os espaços vazios para a circulação de ar.

Esses mater iais são também muito mais leves que as pedras (cerca de 30 vezes) ,

possib il i tando a que os f i l tros sejam muito mais al tos , sem causarem problemaá

estru turais . Enquanto em f i l tros de pedras as al turas são usualmente infer iores a 3

metros , nos f i l t ros com en chim ento s in tét ico as alturas podem s er d e 6me tros ou mais ,

d iminu indo dessa fo rma a área requerida para a instalação dos filtros.

j ^ B i o d i s c o s _

O p rocesso d e biodiscos é f is icamente d iferente dos processos de tratamento

anter iorme nte descr i tos . No entanto , devido ao fato da b iomassa crescer aderida a u m

meio supor te (o b iodisco) , es te processo é descr i to aqui, conjuntamente com os

sis temas de f i l t ros b io lógicos.

O processo consis te de uma série de discos l igeiramente espaçados, montados

num eixo hor izontal . Os d iscos g iram vagarosamente, e mantêm, em cada instante,

ce rca de m e t a d e da área superf icial imersa no esgoto , e o res tante exposta ao ar.

BI O DI SCO

SUPERFÍCIE

E X P O S T A A O A R

SUPERFÍCIE

I M E R S A

Fig. 2.21. E s q u e m a do um t an q u e co m b iodi scos

2(14




Os discos têm usualmente menos de 3,6 metros de diâmetro, sendo gera lmente

«iinstrufdos de plástico de baixo peso. Quando o sistema é colocado em operação, os

microrganismos no esgoto começam a aderir às superfícies rotativas, e ali crescem

li té que toda a superfície do disco esteja coberta po r uma fin a camada biológica , c om

pmicos milímetros de espessura. A medida em que os discos giram, a parte exposta

,10 ar traz uma película de esgotos, permitindo a absorção de oxigênio através do

,r oi e j amento e percolação junto à superf íc ie dos discos. Quan do os d iscos comp letam

MUI rotação, esse fi lme mistura-se com a massa l íquida dos esgotos, trazendo ainda

algum oxigênio e misturando os esgotos parc ia lmente e tota lmente t ra tados. Com a

p.iKsagem dos microrganismos aderidos à superfície do disco pelo esgoto, estes

absorvem orna nova qu antidade de matéria orgânica, uti l izada para a sua alime ntação .

Quando a camada biológica atinge uma espessura excessiva, ela se desgarra dos

discos. Esses organismos que se desgarram são mant idos em supensão no meio

l iquido devido ao movim ento dos discos, aumentand o a ef ic iência do sistema.

São as seguintes as finalidades dos discos:

• servir de superfície para o crescimento da película microbiana; _

• prom over o contato da película microbiana com o esgoto;

• manter a biomassa desgarrada dos discos em suspensão nos esgotos;

• promover a aeração d o esgoto que se juntou ao disco em cada rotação e do esgoto

situado na parte inferior, responsável pela imersão do disco.

O crescimento da película biológica é similar, em conceito, ao fil tro biológico,

co m a diferença de que os microrganismos passam através do esgoto, ao invés do

esgoto passar através dos microrganismos, como nos fi l tros. Como no processo de

fil tros biológicos, os decantadores secundários são também necessários, visando a

inuoção dos organismos em suspensão.

Os sistemas de biodiscos são util izados principalmente para o Jratamento dos

esgotos de pequenas comunidades. Devido à l imi tação no diâmetro dos discos, ser ia

necessár io um g rande nú mero de discos, mui tas v ezes imprat icável , para o tratamento

ile maiores vazões. O sistema apresenta boa ef ic iência na remoção d a DBO , em bora

apresente por vezes sinais de instabilidade. O nível operacional é moderado, e os

custos de implantação são a inda e levados em nosso meio. O f luxogram a do sistema

f apresentado na Figura 2.22.

/


2 0 1



BIODISCO

COlíPO

( £CEP10B

DECANIADOP

Fig . 2 .22 , F l u x o g r a m a t í p i c o d e u m s i s t em a d e b i o d i s c o

Tratamento anaeróbio

a ) S i s t ema fossa sép t i ca - f i l t ro ana e rób io

O sistema de fossas sépticas seguidas de fi l tros anaeróbios tem sido amplamente

util izado em nosso meio rural e em comunidades de pequeno porte. A fossa séptica

(usualmente do t ipo tanque Im hoff) remov e a maior par te dos sól idos em suspensão,

os quais sedimentam e sofrem o processo de digestão anaeróbia no fundo do tanque.

A matér ia orgânica ef luente da fossa séptica se dirige ao fil tro anaeróbio, onde ocorre

a sua remoção, tam bém em con dições anaeróbias.

O fil tro anaeróbio apresenta alguma similaridade conceituai com os fi l tros bioló-

gicos aeróbios: em ambos os casos, a biomassa cresce aderida a um meio suporte,

usualmente pedras. No entanto, o fi l tro anaeróbio apresenta algumas importantes

di ferenças:

- o f luxo do l íquido é ascendente, ou seja, a entrada é na parte inferior do fi l tro, e a

saída na parte superior

- o fil tro trabalha afogado, ou seja, os espaços vazios são preenchidos com líquido

- a carga d e D B O aplicada por unidade de volume é bastante elevada, o que garante

as condições anaeróbias e repercute na redução de volume do reator

- a unidade é fechada

Aefic iência do sistema fossa-f i l t ro é usualmente infer iorà dos processos aeróbios,

embora seja na maior parte das situações suficiente. O sistema tem sido amplamente

ut i l izado para pequenas populações, mas uma tendência recente em termos de

t ra tamento anaeróbio tem favorecido a util ização dos reatores de manta de lodo

(descritos as seguir) , pr inc ipalmente por fa tores econôm icos.

A produção de lodo nos sistemas anaeróbios é bem baixa. O Iodo j á sa i estabili-

zado, podend o ser di r igido di re tamente para um leito de secagem.

Por ser um sistema anaeróbio, sempre há o risco da geração de maus odores. N o

202

Introdução

à

qualidade

das águas e ao tratamento de asgoros'



E T F E S - B i b H o t t J c a

SISTEMA FOSSA SÉPTICA - FILTRO ANAERÓBIO

C O R P O

R E C E P T O R

f

sâlda

G D A O E D E S A R E N A D O R M Ç D LÇ O R

F O S S A

SÉPT ICA

Y

Y

t ose só l ida

0 6 e s t a b i l i z a d o )

A N A E R Ó B I O

FILTRO

I A E R Ô B

f a s e s ó l i d a

( j ô e s t o b l I K a c t o )

I' I H . 2 . 2 3 . F l u x o g r a m a t í p i c o d e u m s i s t e m a f o s s a s é p t i c a s e g u i d a p o r f i l t r o a n a e r ó b i o

entanto, procedimentos de proje to e operacionais podem contribuir para reduzir estes

r i N C O S .

b) Rea to r anae rób io de manta de l odo

O s reatores anaeróbios de manta de lodo são também f requen temente denomina -

do-, de Reatores Anaeróbios de Fluxo Ascendente (RAFA ou UA SB).

Nestes rea tores, a biomassa cresce dispersa no meio, e não aderida a um meio

Mtporte especia lmente inc luído, como no caso dos fil tros biológicos. A própria

biomassa, ao crescer, pode formar pequenos grânulos, correspondente à aglutinação

ilc diversas bactérias. Esse pequenos grânulos, por sua vez, tendem a servir de meio

Niiporte para outras bactérias. A granulação auxilia no aumento da eficiência do

Nihleina, mas não é fundamenta l para o funcionamento d o reator.

A concentração de biomassa no reator é bastante elevada, justificando a denomi -

nação de manta de lodo. Devido a esta elevada concentração, o volume requerido

(».lia os reatores anaeróbios de manta de lodo é bastante reduzido, em comparação

i om todos os outros sistemas de tratamento.

0 fluxo do líquido é ascendente. Como resul tado da atividade anaeróbia , são '

l 'n inados gases (pr incipfümente metano e gas carbônico), as bolhas dos quais

»picsentam também um a tendência ascendente . De forma a reter a biomassa no

i -.ii

inn, impe dindo que ela saia com o efluen te, a parte superior dos reatores d e ma nta

'lo Iodo apresenta uma estrutura que possibili ta as funções de separação e acúmulo

• li

rãs e de separação e retorno dos sólidos (biomassa).

O gás é coletado na parle superior, de onde pode ser retirado para reaprovei ta-

is mo (energia do metano) ou queima.

Os sól idos sedimentam na parte superior desta estrutura cónica ou piramidal,

i

M

i trrendo pelas suas pared es, até retornarem ao corp o do reator. Pelo fato das bo lhas

Ni

11

i

v,

processos

e sistemas de

tratamento

2 0 3



REATOR ANAERÓBIO DE MANTA DE LODO

f a s e s ó l i d a

(lã

estobílteacio)

Fig. 2,24. F luxogrum a t íp ico de um s i s tema de reator anaeró bio de manta de lodo

de gás não penetrarem na zona de sedimentação, a separação sólido-líquido nã o é

prejudicada. O efluente sai clarificado, e a concentração de biomassa no reator é

mant ida e levada.

A produção de lodo é bem baixa. O lodo já sai estabilizado, podendo ser

s imple smente desidratado em leitos de secagem.

Di fe ren t emente dos fi l tros anaeróbios, não há necessidade da decantação primá-

ria, o que simplifica mais ainda o fluxograma da estação.

O risco da geração ou liberação de maus odores pode ser bastante minimizado

através de um projeto bem elaborado, tanto nos cálculos cinéticos, quanto nos

aspectos hidráulicos. A completa vedação do reator, incluindo a saída submersa do

efluente , colabora sen sivelmente para a diminuição destes riscos.

A

operação adequa-

da do reator contribui também neste sentido.

Disposição de ef luentes no solo

As formas mais comuns para a disposição final de efluentes l íquidos tratados são

os cursos d'água e o mar. No entanto, a disposição no solo é também um processo

viável e aplicado em diversos locais do mundo.

A aplicação de esgotos no solo po de ser considerada um a forma de disposição final,

de tratamento (nível primário, secundário ou terciário), ou ambo s. Os esgotos aplicados

no solo con duz em à recarga do lençol subterrân eo e/ou à evapo transpiração . O esgoto

supre as necessidades das plantas, tanto em termos de água, quanto de nutrientes.

2

(14

Introdução

à

qualidade

das águas e ao

tratamento

de esgotos



Um poluente no solo tem, basicamente, três possíveis destinos:

» retenção na matriz do solo

- retenção pelas plantas

aparecimento na água subterrânea

Vários mecanismos, de ordem

física

(sedimentação, fi l tração, radiação, volati l i-

/ iiçfio, desidra tação) ,

química

(oxidação e reações químicas, precipitação, adso rção,

troca tônica e complexação) e biológica (biodegradação e predação) a tuam na

i emoção dos poluentes no solo.

Os tipos mais comuns de aplicação no solo são:

irrigação (infiltração lenta)

- infiltração rápida (alta taxa)

infiltração subsuperficial

aplicação com escoamento superficial

u ) I n f i l t r a ç ã o l en t a ( i r r i gação)

Na irrigação, os esgotos são aplicados no solo para fornecer a água e os nutrientes

necessários para aumentar o crescimento das plantas.

Algum líquido pode ser perdido por evaporação ou percolado além do alcance

das raízes das plantas, mas a maior parte é incorporada ao tecido vegetal ou

transpirada para a a tmosfera .

Pode-se ter os seguintes t ipos de aplicação dos esgotos:

aspersão

alagamento

• crista e vala

A infil tração lenta é o sistema que requer a maior área superficial por un idade de

c.f.oto tratado. Por outro lado, é o sistema natural com maior eficiência.

<hj

ir

1

I N F I LT R A Ç A O LE N T A

INFLTRAÇÃO IfMIA

(ASPEUSAO)

tew sósdo

06 witpbHiocío coso

o docontodOT

seja iiir/i

fossa séptica)

I' In. 2.2 5. Fluxograma t íp ico de u m sistema de infiltração lenta (por aspersão)

In) In f i l t r a ção ráp ida

N a infil tração rápida, os esgotos são dispostos em bacias construídas em terra,

Vii cu, processos e sistemas de tratamento 2 0 5

J



rasas e sem revestimento. O líquido passa através do fundo poroso e percola

direção à água subterrânea.

A aplicação é feita de maneira intermitente, de forma a permitir um período de

descanso para o solo. Neste período, o solo seca e restabelece as condições aeróbias.

Devido às taxas de aplicação serem mais elevadas, as perdas por evaporação são

pequenas, e a maior parte do líquido percola pelo solo, sofrendo assim o tratamento.

Os tipos de infil tração rápida dos esgotos são:

- percolação para a água subterrânea

- recuperação por sistema

cle

drenagem subsuperficial

- recuperação por poços freáticos

I N F I LT R A Ç Ã O R Á P I D A

I N F I L T R A Ç Ã O R A P I D A

(cise só Ma T

Qà «Mla b f ca do ca so

o d e c a n t a d o r s e j a u m a

f ossa sép t ica )

Fig . 2.26. Fluxog rnma típic o cie um sistema dc infiltração rápida

c ) In f i l t r ação subsupe r f i c i a l

Nos sistemas de infil tração subsuperficial , o esgoto pré-tratado é aplicado abaixo

do nível do solo. Os locais de infil tração são preparados em escavações enterradas,

preenchidas com um meio poroso. O meio de enchimento mantém a est rutura da

escavação, permite o l ivre fluxo dos esgotos e proporciona o armazenamento dos

mesmos durante vazões de pico. O esgoto penetra no solo, onde ocorre o tratamento

complementar. Ao final, os esgotos tratados juntam-se à água subterrânea local,

f luindo com a mesma.

Os tipos de infil tração subsuperficial variam conforme o nível da superfície de

aplicação:

- superfície de infiltração abaixo do nível do terreno natural (sistema convencional)

- superfície de infiltração no nível ou acima d o nível do terreno natural, encobertas

por um a elevação (sistema no greide e sistema de elevações artificiais)

Com relação à geometria, os sistemas de infil tração subsuperficial podem ser

c lassi f icados como:

- valas de infiltração (sem efluente final)

- v alas de filtração (com efluente final)

- sumidouros (poços absorventes)

2(14





Os sistemas de inf il t ração subsuperf ie ia l são norma lmenteeo njugado s a t ra tamen-

to primário por fossas sépticas. A aplicabilidade é usualmente para conjuntos de

residências ou comunidades de pequeno porte.

I N F I L T R A Ç Ã O S U B S U P E R F I C I A L

DE CA NTA DOR INF ILT RA ÇÃ O S UB S UP E RFICIA L

06 estabi l izado caso

o deca n tado r se|a ur na

fossa sâp l lca)

Fig. 2.27. F lux ogra ma t íp ico de um s is tema de inf i l t r ação subsupe r f ie ia l

d) Apl i cação com escoamento supe r f i c i a l

Os esgotos são distribuídos ao longo da faixa superior de terrenos com uma certa

declividade, através do qual escoam, até serem coletados por valas na parte inferior.

Os terrenos ut i l izados possuem normalmen te uma baixa permeabi l idade . A per-

colação pelo solo é, portanto, baixa, com a maior parte do líquido escoando superfi-

cialmente. Parte do líquido é também perdida por evapotranspiração. A aplicação dos

esgotos é intermitente.

Os tipos de aplicação são:

- aspersores de alta pressão

- aspersores d e baixa pressão

- tubulações ou canais de distribuição com aberturas intervaladas

l ' ig. 2.28. F l u x o g r a m a t í p i c o d e u m s i s t e m a d e e s c o a m e n t o s u p e r f i c i a l

E S C O A M E N T O S U P E R F I C I A L


2 0 7



w

2 .3 . Ope rações , p rocessos e s i s t emas de t r a t amento do lodo ( fa se só l ida )

O tratamento dos subprodutos sólidos gerados nas diversas unidades é uma etapa

essencial do tratam ento do s esgotos. Ainda q ue o lodo possa na maior parte das etapas

do seu manuseio ser constituído de mais de 95% de água, apenas por convenção é

designado por fase sólida, visando distinguí-lo do fluxo do líquido sendo tratado.

De maneira geral, são os seguintes os subprodutos sólidos gerados no tratamento

biológico dos esgo tos:

• material gradeado

• areia

• escuma

• lodo primário

• lodo secundário

Destes subprodutos, o principal em termos de volume e importância é represen-

tado pelo lodo. Determinados sistemas de tratamento têm a retirada do lodo apenas

eventual. Nestes casos, o lodo já sai usualmente estabilizado, requerendo apenas a

sua dispos ição final. Tal é o easo, por exemplo, dos sistem as de tratamento anaeróbio.

Em outros sistemas, comó o de lagoas facultativas, o lodo usualmente permanece

retido no sistema durante todo o horizonte de operação, não necessitando ser remo-

vido e tratado.

Os f luxo grama s dos sistemas de t ra tamento do lodo possibi l itam diversas com bi-

nações de operações e processos unitários, compondo distintas sequências. As

principais etapas do tratamento, com os respectivos objetivos, são:

A d e n s a m e n t o : remoção de umidade (redução de volume)

Es t ab i l i z ação : remoção da matéria orgânica (redução de sólidos voláteis)

Condic ionamento : preparação para a desidratação (principalmente mecânica)

D e s i d r a t a ç ã o : remoção de umidade (redução de volume)

Dispos i ção f ina l : destinação final dos subprodutos

O Quadro 2.4 apresenta as e tapas no t ra tamento do lodo frequentemen te requeri-

das por cada um dos sistemas de tratamento de esgotos, enquanto a Figura 2.29

apresenta os métodos frequ entemen te empregad os nas diversas e tapas.

2

(14




Q u a d r o 2 . 4 . P r o c e s s a m e n t o d o l o d o n o s p r i n c i p a i s s i s t e m a s d e t r a t a m e n t o d e e s g o t o s

Frequência

Processamento usua do todo

Sistemas de tratamento

de

Adensa- , Desidra-

Disposição

remoção

t

mento

Digesta

tação tinal

Ira amento primário •

variável (a)

X X X

X

Lagoa facultativa

> 20 anos

Lagoa

anaeróbia

- lagoa

facultativa

> 10 anos

1 agoa aerada facultativa

> 10 anos

l agoa aer. m ist, completa. - lagoa decantação

< 5 anos X

l odos ativados convencional

- c o n t i n u a

X X X

X

Lodos ativados

(aeração prolong.)

- contínua

X

X X

l odos ativados (iluxo

intermitente)

- contínua X

X X

Filtro

biológico

(baixa

carga)

- contínua X X

X

Filtro biológico (alta carga)

- contínua X X X

X

Oiodiscos

- continua X

X X

Reator anaeróbio

de

manta

de lodo

meses X

X

Fossa

séptica -

Filtro anaeróbio

meses

X X

Infiltração lenia

-

Infiltração rápida •

Infiltração subsuperficiai

Escoamento s uperficial

-

(u) Remoção algumas vezes por dia em decantadores primários convencionais e uma vez a cada 6-12 meses em fossas

Réplicas

E T F E 5 - B i b l i o í e c a


209



T R A T A M E N T O E D I S P O S I Ç Ã O D O L O D O

ALGUMAS ALTERNATIVAS

®

A D E N S A D O?

POR GRAVIDADE

L O DO B IO L O G ICO

( já e s ta b i l i za d o )

TRANSPORTE

A P L I C A Ç Ã O N O S OL O

L O DO B IO L O G ICO

( já e s ta b i l i za d o )

LEITO DE

SECAGEM

ATERRO SANITÁRIO

TRANSPORTE

LODO PRIMÁRIO GR/

L O DO B IO L Ó G IC O F

- -»N

DIGESTOR

ANAEROBIO

LEITO DE

SECAGEM

TRANSPORTE

ATERRO SANITÁRIO

, _ DIGESTOR

ADENSADOR ANAERÓBIO

LODO PRIMÁRIO GRAVIDADE

L OD O B IO L ÓG IC O ^ ^

1 1

D E

m

Â

D

0

OB TOANSP0RTE

ATERRO SANÍTARIO

N OT A : A L T ER N A TI V A A A T E R R O S A N I T Á R I O : C O M P OS T A G E M

ADENSADOF

GRAVIDADE

LODO PRIMÁRIO

FLOTADOR

L O DO B IO L Ó G ICO

DIGESTOR

AERÓBIO

DESIDRATADOS

M E C A N C O

ATERRO SANfTAfi lO

DIGESTOR

ANAEROBIO

Fig. 2.29. A l g u m a s a l t e r n a t iv a s d e tr a t a m e n t o e d i s p o s i ç ã o d o l o d o

t

2

(14





3 . A N Á L I S E E S E L E C Ã O D O P R O C E S S Q D E T R A T A M E N T O

3.1 . Cr i t é r ios pa ra a aná l i se

A decisão quanto ao processo a ser adotado para o tratamento das fases l íquida e

sól ida deve ser der ivada fundamenta lmente de um balanceamento ent re cr i té r ios

técnicos e econômicos, com a apreciação dos méritos quantitativos e qualitativos de

cada alternativa. Se a decisão quanto ao aspecto econômico pode parecer relativa-

mente simples, o mesmo p ode não ocorrer quanto aos aspectos f inancei ros. Adem ais,

os pontos técnicos são em grande parte das vezes intangíveis, e num grande número

de situações, a decisão final pode assumir um caráter de subjetividade. Para que a

eleição conduza realmente à alternativa mais adequada para a configuração em

análise, critérios ou pesos devem ser atribuídos a diversos aspectos, vinculados

essencialmente à realidade em foco. Não há fórmulas generalizadas para tal , e o bom

senso ao se atribuir a importância relativa de cada aspecto técnico é essencial. A inda

que o lado econômico se ja fundamenta l , deve-se lembrar que nem sem pre a m elhor

alternativa é simplesmente a que apresenta o menor custo em estudos econômico-fi-

nanceiros.

A Figura 3.1 apresenta uma comparação entre aspectos de importância na seleção

dos sistemas de tratamento, analisados em termos de países desenvolvidos e em

desenvolvim ento (von Sperling, 1995b). A comparação é forçosamente bastante geral,

devido à especificidade de cada país e aos altos contrastes usualmente observáveis nos

países em desenvolvimento. Os itens estão organizados numa ordem decrescente de

importância para os países desenvolvido s, de acordo com a percepção do autor. Nestes

países, os itens crít icos são: eficiência, confiabilidade, aspectos d e disposição d o lodo

e requisitos de área. Nos países em desenvolvimento, estes primeiros i tens estão

organizados de uma maneira similar quanto ao decréscimo de importância, mas

possuem uma m enor magn i tude , comparado com os países desenvolvidos. A princi -

pal diferença reside no que se considera como itens crít icos para os países em

desenvolvimento: custos de construção, sustentabilidade, simplicidade e custos ope-

racionais. Estes i tens são importantes para países desenvolvidos, mas não podem ser

considerados crít icos.

O Quadro 3.1 apresenta fatores gerais a serem levados em consideração ao se

selecionar e avaliar operações e processos unitários no tratamento de esgotos.

A decisão quanto à adoção de estações descentralizadas, atendendo a bacias

hidrográficas separadas, ou estações centralizadas, atendendo conjuntamente a várias

bacias hidrográficas na mancha urbana, é um aspecto que influi também na seleção

do processo de tratamento (ver Figura 3.2). Estações descentralizadas conduzem a

menores extensões dos interceptores principais, além de permitirem uma melhor

ctapaiização da implantação do sistema de esgotamento sanitário, viabilizando a

implantação paulatina de estações de tratamento. Por outro lado, elas podem implicar

em uma certa perda de economia de escala e no aumento da infra-estrutura operacio-


2 1 1




SOLUÇÕES DE ESGOTAMENTO SANITÁRIO

EM BACIAS HIDROGRÁFICAS

ETEs DESCENTRALIZADAS

X B A C I A 1

ETE CENTRALIZADA

LEGENDA

interceptor

margem esquerda

corrego ou

fundo de vale

interceptor

margem direita

M(j;. 3 .2 . Soluções de es gotam ento san i tár io cm um a ma ncha urbana (hachurad a) . Par te super ior : s i s t ema

decent ra l i zado dc t ra tamento . Par le in fer ior : s i s t ema cent ra l i zado de t ra tamento (ETE única)

B A C I A 1


2 1 3



Q u a d r o 3.1 Fatores de importância a serem considerados ao se selecionar e avaliar operações

e processos unitários

Condição Fator

A aplicabilidade do processo é avaliada com base na experiência passada,

Aplicabilidade dados publicados, dados de estações operando e dados de estações piloto.

do processo

Caso condições novas ou não usuais sejam encontradas, são necessários

estudos em escala piloto.

Vazão aplicável O processo deve ser adequad o à faixa de vazão esperada,

A maioria das operações e processos deve ser projetada para operar numa

ampla faixa de vazões. A maior eficiência é usualmente obtida com vazão

constante, embora alguma variação possa ser tolerada. Caso a variação de

vazão seja muito grande, pod e ser necessária uma equalização da vazão.

Características

As características do afluente ateiam os tipas de processo

a

serem usados (ex:

do afluente químicos ou biológicos) e os requisitos para a sua adequa da operação.

Variação de

vazão aceitável

Constituintes

inibores ou retratários

Aspectos

climáticos

Cinética do processo

e hidráulica do

reator

Quais dos constituintes presentes nos esgotos pode m ser inibidores ou tóxicos,

e em que condições? Quais constituintes não são afetados durante o tratamento?

A temperatura afeta a taxa de reação da m aioria dos processos químicos e

biológicos. A temperatura pode também afetar a operação fisica das unidades

Temperaturas elevadas po dem acelerar a geração de odor.

0 dimensionamento do reator é baseado na cinética das reações. Os da dos de

cinética são normalmente o btidos da experiência, literatura ou estudos piloto.

Desempenho

O desempenho é normalmente medido em termos da qualidade do efluente, a

qual deve ser consistente com os requisitos e/ou padrões de lançamento.

Subprodutos

Os tipos e qualidade dos subprodutos sólidos, líquidos e gasosos devem ser

do

tratamento

conhecido s ou estimados. Caso necessário, realizar estudos piloto.

Limitações no

tratamento

do lodo

Há limitações que poderiam tornar o tratamento do lodo caro ou inexequível?

Oual a influência, na fase liquida, das cargas recirculadas do tratamento do

lodo? A seleção d a forma de processam ento do lodo deve ser feita em paralelo

com a seleção dos processos de tratamento da fase liquida.

Fatores am bientais, como os ventos prevalecentes e suas direções, e

Limitações proximidad e a áreas residenciais podem restringir o uso de certos processos,

ambientais

especialmente quando houver liberação de odores. Ruídos e tráfego podem

afetar a seleção do local da estação.

Requisitos de

Que recursos e quantidades devem ser garantidos para a satisfatória operaç ão

produtos químicos da unidade por um longo período de tempo?

Requisitos

Os requisitos energéticos, bem como os prováveis custos tuturos, devem ser

energéticos

estimados, caso se deseje projetar sistemas economicamente viáveis.

Requisitos de

Ou e recursos adicionais são necessários para se garantir uma satisfatória

outros recursos

implantação e operação do sistema?

Requisitos de

pessoal

Quantas pessoas e a que nível de capacitação são necessárias para se operar o

sistema? Os elementos na capacitação desejada são facilmente encontrados?

Qual o nível de treinamento que será necessário?

Requisitos de

Quais os requisitos especiais de operação que necessitarão ser satisfeitos?

operação e

Quantas peças e equipamentos reserva serão necessários, e qual a sua

manutenção disponibilidade e custo?

2(14

Introdução


tratamento

de esgotos



Q u a d r o 3 . 1 C o n t i n u a ç ã o

Condição

Fator

Processos a uxiliares

Que processos auxiliares de suporte são necessários? Como eles afetam a

requeridos

qualidade do efluente, especialmente quando se tornam inoperantes?

Confiabilidade

Complexidade

Compatibilidade

Disponibilidade

de área

Qual é a confiabilidade d a operação e processo em consideração? A unidade

pode apresentar problemas frequentes? O processo resiste a cargas de choque

periódicas? Caso afirmativo, como é afetada a qualidade do efluente?

Qual a complexidade do processo em operação rotineira e emergencial com

cargas d e choque? Qual o nível de treinamento deve ter o operador para operar

o processo?

A operação ou processo unitário pode ser usada satisfatoriamente com as

unidades existentes? A expansão da estação pode ser feita com facilidade?

Há espaço disponível para acomodar, não apenas as unidades previstas no

momento, mas também possíveis expansões futuras? Foi alocada u ma área de

transição suficiente para minimizar impacto s ambientais estéticos na vizinhança ?

Ponte: Adaptado de Metcalf & Eddy (1991)

3 .2 . Comparação en t re os s i s t emas

O Quadro 3.2 apresenta as principais características dos métodos de tratamento

(fase l íquida) descritos no Item 2, aplicados a esgotos predominantemente domésti-

cos. O Quadro 3.3 apresenta a l ista dos equipamentos básicos usualmente necessários

em cada sistema de tratamento de esgotos.

E T F E S

-Bibl iot fcca

Níveis, processos e s is em os de tratamento

2 1 5



Qu adr o 3.2, Características típicas dos principais sistemas de tratamento de esgotos

Eficiência na remoção (%) Requisitos

Custos de

implant

(US$/hab)

Tempo de Quantidade


DBO N

P

Coliformes

Área

(m

2

/hab)

Potência

(W/hab)

Custos de

implant

(US$/hab)

detenção

hidráulica

total (dias)

de iodo a ser

tratado

(rm/hab.ana)

Tratamento preliminar

Tratamento primário

0-5

35-40

~0

10-25

~0

10-20

- 0

30-40

<0,001

0,03-0,05

~0

- 0

2-8

20-30 0,1-0,5 0,6-13

Lagoa facultativa

Lagoa anaeróbia - lagoa facultativa

Lagoa aerada facultativa

Lagoa aer. mist. completa - lagoa decant.

70-85

70-90

70-90

70-90

30-50

30-50

30-50

30-50

20-60

20-60

20-60

20-60

60-99

60-99,9

60-96

60-99

2,0-5,0

1,5-3,5

0,25-0,5

0,2-0,5

- 0

- 0

1,0-1,7

1,0-1,7

10-30

10-25

10-25

10-25

15-30

12-24

5-10

4-7

-

Lodos ativados convencional

Lodos ativados (aeração prolongada)

Lodos ativados (fluxo intermitente)

85-93

93-98

85-95

30-40(a)

15-30(a)

30-40(a)

30-45(a)

10-20(a)

30-45(a)

60-90

65-90

60-90

0,2-0,3

0,25-0,35

0,2-0.3

1,5-2,8

2,5-4.0

1,5-4,0

60-120

40-80

50-80

0,4-0,6

0,8-1,2

0,4-1,2

1.1-1,5

0.7-1,2

0,7-1,5

Filtro biológico (baixa carga)

Filtra biológico (alta carga)

Biodiscos

85-93

80-90

85-93

30-40(a)

30-40(a)

30-40(a)

30-45(a)

30-45(a)

30-45(a)

60-90

60-90

60-90

0,5-0,7

0,3-0,45

0,15-0,25

0,2-0,6

0,5-1,0

0,7-1,6

50-90

40-70

70-120

NA

NA

0,2-0,3

0.4-0,6

1,1-1.5

0,7-1,0

Reator anaeróbio de manta de lodo

Fossa séptica - Filtro anaeróbio

60-80

70-90

10-25

10-25

10-20

10-20

60-90

60-90

0,05-0,10

0,2-0,4

- 0

- 0

20-40

30-80

0,3-0,5

1,0-2.0

0,07-0,1

0,07-0,1

infiltração lenta

Infiltração rápida

Infiltração subsuperficial

Escoamento superficial

94-99

86-98

90-98

85-95

65-95

10-80

10-40

10-80

75-99

30-99

85-95

20-50

>99

>99

>99

90->99

10-50

1-6

1-5

1-6

- 0

- 0

- 0

- 0

10-20

5-15

5-15

5-15

NA

NA

NA

NA

-

Fontes: Arceivala (1981), EPA(1979, 1981, 1992), Metcall 5. Eddy (1991), Prioli ei al (1993). Vieira (1993), informações de terceiros e experiência do autor

Notas:

NA: Não Aplicável

Os requisitos energéticos não incfuem o eventual bombeamento do esgoto bruto

(a) Uma remoção adicional de nutrientes pode ser obtida através de modificações no prccesso




(Juadro

3 . 3 E q u i p a m e n t o s m í n i m o s n e c e s s á r i o s p a r a o s p r i n c i p a i s s i s t e m a s d e t r a t a m e n t o d e

e s g o t o s


Equipamento básico requerido

hntamento preliminar - Grade; caixa de areia; medidor de vazão

Irnfamento primário

- Removedor de lodo (sistemas m aiores); m isturadores

nos digestores; equipamento para gás

l.ngoa facultativa

-

1 ngoa anaeróbia - lagoa facultativa

- Elevatória para recirculação do efluente (opcional)

1 ngoa aerada facultativa

- Aeradores

1. ígoa aer.

mist. completa - lagoa decantação

- Aeradores

t odos ativados convencional -

Aeradores; elevatória de recirculação; removedores

de lodo nos decantadores; removedores de lodo nos

adensadores; misturadores nos digestores;

equipamento para gás; elevatória para retorno de

sobrenadantes e drenados

l.odos ativados (aeração prolongada)

- Aeradores; elevatória de recirculação; removedores

de lodo nos decantadores; removedores de lodo nos

adensadores; elevatória para retorno de


l.odos ativados (fluxo intermitente) -

Aeradores; removedores de lodo nos adensadores;

elevatória para retorno de sobrenadantes e drenado s

liltro biológico (baixa carga) -

Distribuidor rotativo; raspadores de lod o nos

decantadores; removedores de lodo nos adensadores;

elevatória para retorno de sobrenadantes e drena dos

riltro biológico (alta carga)

- Distribuidor rotativo; elevatória de recirculação do

efluente; removedores de lodo nos decantadores;

removedores de lodo nos adensadores; misturadores

nos digestores; equipamento para gás; elevatória para

retorno de sobrenadantes e drenados

Modiscos -

Motor para rotação dos discos; removedores de lodo

nos adensadores; elevatória para retorno de


Hoator

anaeróbio de manta de lodo

Fossa

séptica - Filtro anaeróbio -

Infiltração lenta

- Aspersores (opcional)

Infiltração rápida

Escoamento su perficial

Infiltração subsuperficial - Aspersores (opcional)

Apresenta-se a seguir uma análise comparativa entre os principais sistemas de

tratamento de esgotos (fases l íquida e sólida), em quadros e figuras-resumo, tal como

listado a seguir:

• Comparação qual i ta t iva - fase l íquida (Quadro 3.4) : anál ise comparat iva qual i -

tativa, abordando diversos aspectos de relevância na avaliação de sistemas de

tratamento de esgotos. São analisados os aspectos de eficiência, economia, proces-

so e problem as ambienta is .


2 1 7



• C om pa ra çã o qua l i ta t iv a - fase sól ida (Quadro 3.5) : anál ise comparat iva qual i ta -

tiva, abordando diversos aspectos de relevância na avaliação de sistemas de

processamento do lodo. São anal isados os aspectos de ef ic iência , economia ,

processo e problemas ambienta is .

• C om pa ra çã o diag ram át i ca (Figura 3.3) : comparação entre os pr incipais sistemas,

na forma de diagrama de barras, tendo por base os dados do Quadro 3.2. Nos

diagramas, os processos de um mesmo sistema (ex: os diversos t ipos de lagoas)

estão condensados em uma mesma barra. O objetivo principal é apenas uma visão

geral dos diversos sistemas, sem levar em consideração as especificidades de cada

processo.

• Vantagens e desvantagens (Quadro 3.6). Principais vantagens e desvantagens dos

diversos sistemas de tratamento de esgotos. Esta análise é orientada principalmente

para a comparação de processos de um mesmo sistema, embora permita a inda ,

dentro de certas l imitações, comparações entre sistemas distintos.

2(14

Introdução


tratamento

de esgotos



Quadro 3 .4 . Avalia ção relativa d os sistemas d e tratamento d e esgotos domésticos fase líquida)

a

§

Sí

Efcênca n remoçSo Economa

Capacdade

de

resstênca

a varações

d o

a ueme e

Smp-

independ de

outras caract. para

Menor possb dade

de

probemas

car

s de

choque

Confa-

Smp-

0 bo m

desempenho

Sstemas de tratamento

Requstos Custos

Geração

b dade

cdade

oper. e

manut

Insetos

e

Vetmes

DBQ

Nutr-

entes

Colil

Área

Energa

Imp.

Oper

Manut

Sub-

produtos

Vazão

Qua-

dade

Tóxcos

cdade

oper. e

manut

Cma Soo

Maus

odores

Ruídos Aerosós

Insetos

e

Vetmes

T r a t a m e n t o p r e l i t r J n a r

0 0 0 44444

44444

4444 44444

44444 +44+4 444+4

444

++++4

++444 +

++++ 4444+

44

T r a t a m e n t o p r i m á r i o

+ +

4

444+4 4444 4444 444

444 4444 44444 4444 ++++ 444

4444

+++++ ++

++++

444++

44

L a g o a f a c u l t a t i v a

+++

++ 44/4444

4 44444

444

44444

44444

4444 4444

+++

++++ 44444

++

+++ +++ +++++ ++444

4

L a g o a a n a e r ó b i c a - l a g o a f a c u l t a t i v a

+++

44 44/4444

44

44444 4444

44444 44444 4444

44+4 ++ + +444

44444

++

+++

+

444

44444

4

L a g o a a e r a d a f a c u l t a t i v a

+++ ++

4 * / m *

44 4 4 4

444 4444 44444 4444 4444

44 4

44++

4444 +++

+++

4444

+

4

444

L a g o a a e r . m i s t . c o m p l • - l a g o a d e c .

+++

+4 44/4444 4 4 4 4 4 4 444 444

444

444

4444

4 4 4 4 4 + +++ +44 ++++ 444 +

4

4

L o d o s a t i v a d o s c o n v e n c i o n a l

++++

++A+++ 44 4444 44 4

44

4

+4 4 4 ++

++ ++++ +

444

+++4+ 4444

+

4/44444

4444

L o d o s a t i v a d o s a e r a ç ã o p r o l o n g . )

44444

++/+444

44

4444

4 44 4

44

4444

4444

++ +

444+4

44

4444 444+4

4+444

+

4/444+4 4444

L o d o s j l i i a d o s f l u x o i n te r m it e n te ]

++++

++/+4++

44

4444

4 /4 4 4 4

•/++

++++

+4++

44 4

4444

4 4 4

4444 44444

444

+

+/

+44+4

4444

F i l t r o

b i o l ó g i c o { b a i x a c a r g a )

++++

++/++++ 44

444 4444

4

444 44 +++ 4+

4+

++++

4 ++ 4+

4444+

++44

444

4444

4

F i l t r o b i o l ó gi c o a l t a c a rg a ) ++++

++/+++

44 4444

4 4 4 44 4 4 4 4

4444

4 +4 4 4 4

4444

4 4 4 4+

44444

4444

4444

4444

444

B i o d i s c o s

++++ ++/+++

44

4444

444 4 444 4

4 4 4 4 4 4

+4 4 4 4

4 4 4 +4

44444 4+4+

4 4

4+444

444

R e a t o r a n a e r ó b i o d e m a n t a d e l o b o +4 4 4 44

44444 44444

4444

44444

4444

44

44

4 4 4 4 4 444+

44

4444

44

4444

F o s s a s é p t i c a - F i l t r o a n a e r ó b io +++ 4 44

44444

44444

4444

44444 4444 4 4 4

444

4 4 4 4 4 444+

44

4444

+4 4 44

I n f i l t r a ç ã o l e n t a

44444 44+4 4444 + 44444 444

44444

44444

4444 44+4 4444 +444 ++++

+444

4 •

44444 4/4 4

I n l i l t r a ç ã o r á p i d a

44444 4444 4444

44

44444 4444 44444 44444 +444 4444 444 4 44 +4

++++

4444 + +

44444

444+4

4

I n f i l t r a ç ã o s u b s u p e r í i c i a l

4+44+

4444 4444

44

44444

4444

44444 44444 4444

4444

+44+ ++++ ++++ 4444

+ ++++

44+44 444+4

4

E s c o a m e n t o s u p e r f i c i a l

444

444/444

44

44444 4444 4 4 4 « « 4 «

4444 +444

44 4

44+4

*****

++++ ++ +

44444

+Z+44+4

4

Nota;

a

gradação

é

relativa

em

cada coluna apenas,

e não

generalizada para todos

d os

Itens.

A s

gradações podem variar extremamente

com as

condições [ocais

mais favorável

+

menos favorável ++•»•+. ++,++: inlermedjários,

e m

classificação decrescente

0:

efeito nUíõ

H

7++++

V

: variável

c o m o

tipo

d e

processo, equipamento. modalidade

ou

projeto

r n

- n

M

o o

Cü

cr

õ

i—f

a>

o

&)



Q u a d r o 3 . 5 . A v a l i a ç ã o r e l a t i v a d o s s i s t e m a s d e t r a t a m e n t o d e l o d o ( f a s e s ó l i d a )

Efciência na Redução Economia nos Requisitos

Economia nos Custos Capacdade de Resistência

Simpl-

Indepen-

dência do

Clma

Menoi

Operação/

Processo

Unidade

Volume de

Iodo

Matéra

orgânica

do odo

Área Energia

Operação/

Implant.

marnl

„ . , Varações

Varações

qualdade Tóxicos

de

vazão

afluente

Confa-

bilidade

cidade

de Oper

e Manul

Indepen-

dência do

Clma

PossibíL

Maus

Odores

Adensamento

Gravidade

Ffoaçao

Mecanizado

++

++

+++

0

0

0

+++

+ 44

44+ 4

+ 444

4+ +

44

+ + +

+ 4+

4 + + 4

++

++ '

4+ 4444

+ 4 44+ 4

44 4+ + +

4 4 4 4 4+H

4 4 + 4 44H

44+ 4 4+H

hf + + 44

14 4+

hf + 44

4 4 4 44

44444

Eslabi zaç3o

Aeróbia

Anaeróbia

+

4

+ + + 4

4 4 4 4

++

++

+ 44+

+ + +

+4

4+ +•

4 4 4 4

H + + 4+ 4

44 444

4+ ++H

44 44H

hf + 44

hf 44

+ + +

4+

444

Desdratação

Leitos de secagem

Lagoas de odo

Mecanizada

44+

0

0

0

4

4

4444

4444

+ + + + +

4+ 4

4 4 4

+ + + +

++

+++ +-

++++ ++

44

144 44++

+ + + + + 44

44 444

4 4 4 4 +4

4444

4 4 4 4 4+H

44

4 4 4 4

hf + + +

+

44

4+

4



R E Q U I S I T O S

REQUISITOS DE ÁREA (mWhab)

OISP. SOLO

TRAT. ANAER.

FILTRO BK)L

LOPOS AT V .

LAGOAS

REQUISITOS DE POTÊNCIA (W/hab|

S U B P R O D U T O S E

QUANTIDADE DE LODO A TRATAR (matrab.ano SIMPLIC IDADE OPERAC IONAL (qualitativo)

Dl SP. SOLO

TRAT ANA li

F ILTRO BIOL

LODOS ATIV.

LAGOAS

l ' l j> i i m 3 . 3 C o m p a r a ç ã o e s q u e m á t i c a e n t r e o s p ri n c i p a i s s i s t e m a s d e t r a t a m e n t o

Níveis, processos e sistemas de tratamento

2 2 1



Q u a d r o 3 . 6 . A n á l i s e c o m p a r a t i v a d o s p r i n c i p a i s s i s t e m a s d e t r a t a m e n t o d e e s g o t o s . B a l a n ç o

d e v a n t a g e n s e d e s v a n t a g e n s

Sistemas de Lagoas de Estabilização

Sistema Vantagens Desvantagens

- Satisfatória eficiência na remoção de

DBO

• Elevados requisitos de área

- Eficiência na remoção de patogênicos

- Dificuldade em satisfazer padrões de

- Construção, operação e manutenção

lançamento bem restritivos

simples

- A simplicidade operacional pod e trazer

- Reduzidos custos de implantação e

o descaso na manutenção (crescimento

Lagoa

operação ds vegetação)

facultativa

- Ausência de equipamentos mecânicos

- Possível necessidade de remoção de

- Requisitos energéticos praticamente algas do efluente para o cumprimento de

nulos

padrões rigorosos

- Satisfatória resistência a variações d e

- Performance variável com as condições

carga climáticas (temperatura e insoiação)

• Remoção de lodo necessário apenas

- Possibilidade do crescimento de insetos

após períodos superiores a 20 anos

- Idem lagoas facultativas

Sistema de

lagoa

anaeróbia •

lagoa

facultativa

- Idem lagoas facultativas

- Requisitos de área inferiores aos das

lagoas facultativas únicas

- Possibilidade de maus odores na lagoa

anaeróbica

- Eventual necessidade de elevatórias de

recirculaçâo do efluente, para controle

de maus odores

- Necessidade de um afastamento

razoável ás residências circunvizinhas


relativamente simples

- Requisitos de área inferiores aos

sistemas de lagoas facultativas e

anaerúbio-facultativas

- Maior independ ência das condições - Introdução de equipamentos

Lagoa

climáticas que os sistemas de lagoas - Ligeiro aumento no nível de sofisticação

aerada

facultativas e anaerób io-facultativas - Requisitos de área ainda elevados

facultativa

• Eficiência na remoção da DBO - Requisitos de energia relativamente

ligeiramente superior à das lagoas elevados

facultativas

- Satisfatória resistência a variações de

carga

- Reduzidas possibilidades de maus

odores

Sistema de

- Idem lagoas aeradas facultativas

lagoa aerada

de mistura

completa -


- Menores requisitos de área de todos os

sistemas de lagoas

(exceção: requisitos de área)

- Preenchimento rápido da lagoa de

decantação com o lodo 2 a 5 anos)

lagoa de


- Menores requisitos de área de todos os

sistemas de lagoas

- Necessidade de remoção continua ou

decantação periódica (2 a 5 anos) do lodo

2(14




<Juadro3.6. Cont inuação

ETFES-Bibl iotec

a

Sistemas de Lodos Ativados

Sistema

Vantagens

Desvantagens

Lodos

ativados

convencional

• Elevada eficiência na remoção de DBO

• Nitrificação usualmente obtida

• Possibilidade de remoção biológica de

N e P

• Baixos requisitos de área

• Processo confiável, desde q ue

supervisionado

• Reduzidas possibilidades de maus

odores, insetos e vermes

• Flexibilidade operacional

• Elevados custos de implantação e

operação

• Elevado consumo de energia

• Necessidade d e operação sofisticada

Elevado índice de mecanização

• Relativamente sensível a descarga s

tóxicas

• Necessidade do tratamento completo do

lodo e da sua disposição final

- Possíveis problemas am bientais com

ruídos e aerosóis

- Idem Iodos ativados convencional

- Sistema com m aior eficiência na

remoção da DBO

- Nitrificação consistente

- Mais simples conceitualmente que Iodos

ativados convencional (operação mais

Aeração

simples)

prolongada -

Menor geração de lodo que Iodos

ativados convencional

- Estabilização do lodo no próprio reator

- Elevada resistência a variações de carga

e a cargas tóxicas

- Satisfatória independência das

condições climáticas

• Elevados custos de implantação e

operação

• Sistema com maior consumo de energia

• Elevado índice de mecanização (embora

inferior a Iodos ativados convencional)

• Necessidade de remoção da umidade

do lodo e da sua dispos ição final

(embora mais simples que Iodos

ativados convencional)

Sistemas

de fluxo

intermitente

Elevada eficiência na remoção de DBO

•

Satisfatória remoção de N e

possivelmente P

Baixos requisitos de área

• Mais simples conceitualmente que os

demais sistemas de Iodos ativados

• Menos equipamentos que os demais

sistemas de Iodos ativados

• Flexibilidade op eracional (através da

variação dos ciclos)

• Decantador secundário e elevatória de

recirculação não são necessários

Elevados custos de implantação e

operação

Maior potência instalada que os dem ais

sistemas de Iodos ativados

• Necessidade do tratamento e da

disposição do lodo (variável com a

modalidade convencional ou prolongada)

• Usualmente m ais com petitivo

economicamente para populações

menores

Níveis, processos e sistemas de tratamento

L

223



Quad ro 3.6.

C o n t i n u a ç ã o

Sistema

Filtro

biológico

de baixa

carga

Sistemas Aeróbios c om B iofilmes

3 .

Vantagens

Desvantagens

• Elevada eficiência na remoção de DBO

- Nitrificaçâo frequente

• Requisitos de área relativamente baixos

- Mais simples conceitualmente do que

Iodos ativados

- índice de mecanização relativamente

baixo

- Equipamentos mecânicos simples

- Estabilização do lodo no próprio filtro

- Menor flexibilidade operacional que

lodos ativados

- Elevados custos de implantação

- Requisitos de área mais eievados do

que os.filtros biológicos de alta carga

- Relativa dependência da temperatura do ar

- Relativamente sensível a desc argas

tóxicas

- Necessidade de remoção da umidade

do lodo e da sua disposição final

(embora m ais simples que filtros

biológicos de alta carga)

- Possíveis problemas com moscas

- Elevada perda d e carga

- Boa eficiência na remoção de DBO

(embora ligeiramente inferior aos filtros

de baixa carga


Iodos ativados

- Maior flexibilidade operacional qu e filtros

de baixa carga

- Melhor resistência a variações de carga

que filtros de baixa carga


odores

• Operação ligeiramente mais so fisticada

do q ue os fiitros de baixa carga

• Elevados custas de implantação

• Relativa dependên cia da temperatura do ar

- Necessidade do tratamento completo do

lodo e da sua disposição final

- Elevada perda de carga

- Elevada eficiência na remoção da 0 8 0

- Nitrificaçâo frequente

- R equisitos de área bem baixos


Biodisco Iodos ativados

- Equipamento mecânico simples


odores

- Reduzida perda de carga

- Elevados custos de implantação

- Adequado principalmente para

pequenas populações (para não

necessitar de núm ero excessivo de

discos)

- Cobertura dos discos usualmente

necessária (proteção contra chuvas,

ventos e vandalismo)

- Relativa dependência da temperatura do ar

- Necessidade do tratamento completo do

lodo (eventualmente sem digestão, caso

os discos sejam instalados sobre

tanques Imhoff) e da sua disposiçã o final.

2

(14

Introdução à qu alidade das águas e ao tratamento de esgotos



Quadro 3.6. Continuação

Sistemas Anaeróbios

Sistema

Vantagens

- Satisfatória eficiência na remoção de DBO

- Baixos requisitos de área

- Baixos custos de implantarão e

operação

- Reduzido consumo de energia

- Não necessita de m eio suporte


sirpples

mania de lodo - Baixíssima produção de lodo

- Estabilização do lodo no próprio reator

- Boa desidratabilidade do lodo

- Necessidade apenas da secagem e

disposição final do lodo

- Rápido reinicio após períodos de

paralisação

Desvantagens

Reator

anaeróbio de

- Dificuldade em satisfazer padrões de


- Possibilidade de efluentes com asp eclo

d e sa g r a d á v e l

- Remoção de N e P insatisfatória

- Possibilidade de maus odores (embora

possam ser controladas)

- A partida do processo é geralmente lenta

- Relativamente sensível a variações de

carga

- Usualmente necessita pós-tratamento

- Idem reator anaeróbio de fluxo ascendente

Fossa

séptica -

(exceção - necessidade de meio suporte

filtro -

Boa adaptação a diferentes tipos e

anaeróbio concentrações de esgotos

- Boa resistência a variações de carga

• Dificuldade em satisfazer pad rões de


- Possibilidade de efluentes com aspecto

desagradável

- Remoção de N e P insatisfatória

- Possibilidade de maus odores (embora

possam ser controlados)

- Riscos de entupimento

N

i

11

i

v , processos e sistemas de tratamento 2 2 5



Quadro 3.6.

C o n t i n u a ç ã o

Sistemas de Disposição no Solo

Sistema Vantagens Desvantagens

Infiltração

lenta

- Elevadíssima eficiência na remoção de

DBO e de coliformes

- Satisfatória eficiência na remoção de

N e P

- Método de tratamento e disposição final

combinados

- Requisitos energéticos praticamente

nulos


simples

- Reduzidos custos de implantação e

operação

- Boa resistência a variações de carga

- Não há lodo a ser tratado

- Proporciona fertilização e

condicionamento do solo

- Retorno financeiro na irrigação de áreas

agricultáveis

- Recarga do lençol subterrâneo

- Elevadíssimos requisitos de área

- Possibilidade de maus odores

- Possibilidade de insetos e vermes

- Relativamente dependente do clima e

dos requisitos de nutrientes dos vegetais

- Dependente das características do solo

- Risco de contaminação de vegetais a

serem consumidos, caso seja aplicado

indiscriminadamente

- Possibilidade de contaminação dos

trabalhadores na agricultura (na

aplicação por aspersão)

- Possibilidade de efeitos químicos no

solo, vegetais e água subterrânea (no

caso de haver despejos industriais)

- Difícil fiscalização e controle com

relação aos vegetais irrigados

- A aplicação deve ser suspensa ou

reduzida nos períodos chuvosos

Infiltração

rápida

- Idem infiltração lenta (embora e ficiência

na remoção de poluentes seja menor)

- Requisitos de área bem inferiores ao da

infiltração lenta

- Reduzida dependência da declividade

do solo

- Aplicação durante todo o ano

- Idem infiltração lenta (mas com menores

requisitos de área e possibilidade de

aplicação durante todo o ano)

- Potencial de contaminação do lençol

subterrâneo com nitratos

- Idem infiltração rápida

- Possível economia na implantação de

interceptores

- Ausência de maus odores

Infiltração -

0 terreno superior pode ser utilizado

subsuperficial como área verde ou parques

- Independência das condições climáticas

- Ausência de problemas relacionados à

contaminação de vegetais e

trabalhadores


- Necessidade de unidades reserva para

permitir a alternância entre as mesm as

(operação e descanso)

- Os sistemas maiores necessitam de

terrenos bem perm eáveis para reduzir os

requisitos de área

Escoamento

superficial

- Idem infiltração rápida (mas com

geração de efluente final e com m aior

dependência da declividade do terreno)

- Dentre os métodos de disposição no

solo, é o com menor dependência das

características do solo


- Maior dependência da declividade do

solo

- Geração de efluente final

Fonte: von Sperling (1994b)

2(1 4

Introdução

à qualidade das águ as e ao

tratamento

d e esgotos



Estudos


CAPÍTULO 5

preliminares para projetos

X. E S T U D O S P R E L I M I N A R E S

A

fase

inicial de u m proje to corresponde aos estudos preliminares. Tais compreen-

dem a caracterização global do sistema a ser projetado, incluindo a aval iação

quantitativa e qualitativa dos esgotos a contr ibuírem à futura estação, bem como a

análise técnico-econômica dos diversos processos e sistemas de tratamento passíveis

de aplicação. Tal etapa é de grande importância, visto que a opção a ser adotada será

fruto de todas as considerações e estudos efetuados nessa fase. Portanto, devem ser

concentrados esforços no sentido de se obterem os dados e de se extraírem as

conclusões buscando semp re a maior prec isão e confiabi l idade possíveis , visto q ue

o sucesso técnico e a viabilidade econô mica da alternativa eleita dependem em grande

parte desta análise inicial .

E l ementos fundamenta i s que devem compor os estudos preliminares são:

• Caracterização quantitativa dos esgotos afluentes à ETE

• estimativa da vazão domést ica

- estimativa da vazão de infil tração

- estimativa da vazão industrial

• Caracterização qualitativa dos esgotos afluentes à ETE

- esgotos domést icos

- despe jos industriais

• Requisitos de qualidade do efluente e nível de tratamento desejado

• Estudos populacionais

• Determinação do período d e projeto e das etapas de implantação

• Estudo técnico das diversas alternativas de tratamento pa ssíveis d e aplicação na

situação em análise

• Pré-dimensionam ento das alternativas mais promissoras do ponto de vista técnico

• Avaliação econômica das alternativas pré-dimensionadas

• Seleção da alternativa

et

ser adotada com base em análise técnica e econômica

A caracterização quantitativa e qualitativa dos esgotos afluentes encontra-se

abordada no Capítulo 2, ao passo que os requisitos para o efluente e o nível de

i ra tamento estão enfocados no Capítulo 1. Os critérios para seleção das alternativas

foram descritos no Capí tulo 4. Os demais tópicos são comentados individualmente

no presente capítulo. Não é objetivo do mesmo a análise aprofundada destes i tens,

í M udos preliminares para projetos 2 2 7



m as tão somente o de se enfatizar a su a importância dentro da concepção e proje to

da estação de t ra tamento de esgotos.

A presenta-se a seguir um comentár io sucinto sobre a integração dos diversos

pontos l istados acima dentro da fase de estudos preliminares.

• Qu an t i f i caç ão das ca rgas p o lu ido ra s . In i c ia lmente , deve -se p roceder à quan t if i -

cação das cargas poluidoras, tendo por base a quant idade e qual idade dos esgo tos.

Para o dimensionamento da estação segundo um horizonte de proje to, é imp ortante

que se ja est imada a progressão da população até o fim de plano. De posse destas

informações, procede-se à projeção da vazão e das cargas poluidoras para diversos

anos de operação, até o horizonte de projeto.

• Nível de t r a t amen to . Após , deve ser bem caracterizado qual o nível do tratamento a

ser objetivado, face à interação entre o s impactos previstos no corpo receptor decor-

rentes do lançamento dos efluentes e os usos previstos para este corpo receptor.

• A l t e r n a t i v a s d e t r a t a m e n t o . A p ó s tal, devem ser avaliadas quais as alternativas

de processo são passíveis de aplicação no caso em questão. Através de uma análise

técnica global, calcada nas especificidades do sistema em análise, se lec iona-se

apenas aquelas que devem merecer estudos mais aprofundados. Para le lamente ,

de t e rminam-se as etapas de implantação a serem adotadas.

• F l u x o g r a m a d o p r o c e s s o . O fluxograma de cada alternativa analisada deve ser

concebido, de form a a or ientar

a

etapa de pré-dimensionamento. O f luxogram a deve

apresentar as principais un idades e as l inhas de f luxo (líquido, lodo, sobrenadantes

e recirculações).

• P r é - d i m e n s i o n a m e n t o . Com as alternativas selecionadas, elabora-se um pré-di-

mens ionamento que visa fornecer dados que subsidiem a posterior análise econô-

mica . Subal ternat ivas podem ser analisadas, como fo rmatos de tanques, s i stema d e

aeração, opções de t ra tamento do lodo etc, as quais são decididas através de estudos

econômicos comparat ivos.

• Layout e de senho das un idades p r inc ipa i s . Os sistemas pré-dimensionados

devem ser locados em planta , em escala , comp ondo o layout do sistema. D e forma

a subsidiar a subsequente composição d e custos, deve-se elaborar também desenhos

das unidades, contendo os pr incipais de ta lhes que possam inf lui r nos custos. O

pré-dimensionamento e os correspondentes layouts devem ser e laborados com base

em informações locais , como topograf ia e geologia.

• Es t udo econôm ico- f inance i ro . Conhec idas a s características das alternativas prin-

c ipais , compõ e-se o orçamento dos sistemas e empreende-se um estudo econ ômi-

co-f inancei ro comparat ivo ent re os mesmos , anal isando-se os itens que não são

comuns às opções. A análise econômica deve levar em consideração, tanto custos

de implantação, quanto de operação. Todos os custos devem ser trazidos a valor

presente , de forma a que possam ser comparados segundo uma base com um e única.

A alternativa proposta deve ser aquela que oferecer as maiores vantagens do ponto

de vista técnico e eco nôm ico.

2(14

Introdução


tratamento

de esgotos




2 . E S T U D O S P O P U L A C I O N A I S

Apopulação contribuinte à estação é aquela situada dentro da área de projeto, servida

pela rede coletora, e l igada à mesma. Portanto, a população de projeto é uma fração

da população total da c idade ou bacia contribuinte à ETE. Esta fração (população

.servida^população total) é denom inada índice de atendimento. Tal dev e ser determi-

nado (condições atuais) ou estimado (condições futuras), de forma a subsidiar o

cálculo da vazão de projeto . O índice de atendim ento é função dos seguintes aspectos:

• Condicionantes físicas, geográficas ou topográficas da localidade. Nem sempre é

possível atender com a rede coletora a todas as residências, sendo que para estas

devem ser adotadas outras soluções que não o esgotamento dinâmico.

• índice de adesão. Tal é a relação entre a população realmente l igada à rede e a

população potencialmente servida pela tubulação coletora na rua (nem todas as

residências são conectadas à rede disponível, ou seja, nem todas se aderem ao

sistema de coleta).

• Etapas de implantação da rede coletora. Pode ser que nos anos iniciais de

funcionamento da E T E nem toda a rede pr o jetada esteja já implantada, o que afeta

a vazão inicial.

Para o projeto da estação de tratamento, é necessár io o conhecimento da popu la-

ção de f ina l de plano, bem como da sua evolução ao longo do tempo, para o estudo

das e tapas de im plantação.

Os pr incipais métodos ut i lizados para as projeções populacionais são (Fai r et al,

1973; CETESB, 1978; Barnes et ai , 1981; Qasim, 1985; Metcalf & Eddy, 1991):

- crescimento aritmético

- crescimento geométrico

- regressão multiplicativa

- taxa decrescente de crescimento

- curva logística

- comparação gráfica entre cidades similares

- m étodo da razão e correlação

- previsão com base nos empregos

Os Quadros

2.1 e 2.2

l istam as principais características dos diversos métodos.

Alguns dos métodos apresentados no Quadro 2.1 podem ser resolvidos também

através da análise estatística da regressão (linear e não linear). Tais métodos são

encontrados em um grande número de programas de computador comercia lmente

disponíveis. Sempre que possível, deve-se adotar a análise da regressão, que permite

a incorporação de uma maior série histórica, ao invés de apenas 2 ou 3 pontos, como

nos métodos algébricos.

í M udos preliminares para projetos 229



Quadro 2.1. P r o j e ç ã o p o p u l a c i o n a l . M é t o d o s c o m b a s e e m f ó r m u l a s m a t e m á t i c a s .

Coeticientes

Método Descrição Forma da Curva Taxa de Crescimento Fórmula (se não for efetuada análise da

r e g r e s s ã o ]

Crescimento populacional segundo uma taxa

p . _ constante. Método utilizado para estimativas de menor

aritnStica P

r a 2 : o

0 ajuste cfa curva pods ser também feito por

análise da regressão.

ko a p p, -

pn

o t

p

Crescimento populacional função da população

Projeção existente a cada instante Utilizado para estimativas

geométrica de menor prazo. 0 ajuste da curva pode ser também ^

feito por análise da regressão

s

r,"

K

g

p

™

- d r » ou

- f Pr=fb ( i + / )

l

' - '

o í

íme

K

S

_

1

juste da progressão populacional por regressão

P

_ linear (transforma ção logarítmica da equação} ou

m u l t a v a re gre ss ã o n ão l in ea r. ^

k

. Síl

r. s - análise

rp g r^^ã n

Premissa de que. à medida em que a cidade cresce.

Taxa a taxa de crescimento torna-se menor A população

decrescente tende assintoticamente a um valor de saturação. Os

de crescimento parâmetros podem ser também estimadas par Po

regressão não linear.

Pr-^-Po^ r

s

-

2PoP

1

e

- « c r . ( ' - f c ) ]

K

-WPs-P2VlPs-Pl)l

0 crescimento populacional segue uma relação ^

Crescimento matemática. que estabelece uma curva em forma de

loaistico

S A

P° P

u f a i

?

âo

tende assintoticamente a um valor de

^ saturação Os parâmetros podem ser também Po

estimadas por regressão não linear.

„ 2 Po Pi •

P

2 - P ? ( í í j t - ^ i

dl

1 P

P '

1+c

e

K,

.

(KJ

c

= [P

s

-P

0

)/P

0

,, i . ^•iPs-h)

' " [ P i . f f W » ]

Fonte adaptado parcialmente de Oasim (t9E5)

- dP/dt = taxa de crescimento da população em lunção do tempo (hab/ano) (

- P«. Pi. Pb - pooulações nos anos t, , (as fórmulas para laxa decrescente e crescimento logístico exigem valores equidistantes, caso não sejam baseadas na análise da regressão) (hab)

- P

t

= população estimada no ano t (hab)

P, = população de saturação (hab)

- K

ft

. K

g

. K

d

, Kj. i. o, r, s = coeficientes (a obtenção dos coeficientes pel3 análise da regressão é preferível, já que se pode utilizar toda a série de dados existentes, e não apenas P

D

. P, e ?

2

)



Q u a d r o 2 , 2 P r o j e ç õ e s p o p u l a c i o n a i s c o m b a s e e m m é t o d o s d e q u a n t i f i c a ç ã o i n d i r e t a

Método

Descrição

O método envolve a projeção gráfica dos d ados passados da população em estudo.

Os dados populacionais de outras cidades similares, porém maiores, são piotados

de tal maneira que as curvas sejam coincidentes no valor atual da pop ulação da

cidade em estudo. Estas curvas são utilizadas como referências na projeção futura

da cidade em estudo.

Comparação

gráfica

Assume-se que a população da cidade em estudo possui a mesma tendê ncia da

região (região física ou politica) na qual se encontra. Com base nos registros

censitários a razão "população da cidade/população da região"é calculada, e

projetada para os anos futuros. A população da cidade é obtida a partir da p rojeção

populacional da região (efetuada a nível de planejamento por algum outro Órgão) e

da razão projetada.

Razãoe

correlação

A população é estimada util izando-se a previsão de empregos (efetuada por algum

outro órgão). Com base nos dados passados da população e pessoas empregadas,

calcula-se a relação "emprego/população", a qual é projetada para os anos futuros.

A população d a cidade é obtida a partir da projeção do número de empregos da

cidade. 0 procecimento é similar ao método d a razão. Pode-se adotar a mesma

metodologia a partir da previsão de serviços de utilidade, como eletricidade, água,

telefone etc. As companhias de serviços de utilidade normalmente efetuam estudos

e projeções da expansão de seus serviços com relativa confiabilidade.

Previsão de

empregos e

serviços de

utilidades

Fonta: Qasrm (19a5)

Nota: a prolação futura Pas relações pope ser feita com base na análise da regressão

Ao se fazer as projeções populacionais , deve-se terem mente os seguintes pontos:

• Os estudos de projeção populacional são normalmente bastante complexos. Devem

se r analisadas todas as var iáveis ( infel izmente nem sempre quantif icáveis) que

possam in teragir na localidade específ ica em análise. Ainda assim podem ocorrer

eventos inespe rados que m udem to talmente a trajetór ia previs ta para o cresc imento

populacional . I s to ressalta a necessidade do estabelecimento de um valor realís t ico

para o hor izonte de projeto , assim c o m o da implantação da estação em etapas.

• As sof is t icações matemáticas associadas às determinações dos parâmetros de

a lgumas equações de projeção populacional perdem o sentido se não forem

embasadas por informações paralelas , na maior ia das vezes não quantif icáveis ,

como aspectos sociais , econômicos, geográf icos , históricos etc.

• O bom senso do analis ta é dc grande importância na escolha do método de projeção

a se r adotado e na in terpretação dos resultados. Ainda que a escolha possa se dar

tendo po r base o melhor ajuste aos dados censitár ios d isponíveis , a extrapolação

da curva exige percepção e cautela.

• E in teressante considerar-se a inclusão de uma cer ta margem de segurança na

es t imat iva , no sentido de que as populações reais fu turas não venham, a m e n o s de

alguma for te causa imprevis ível , facilmente u ltrapassar a população de projeto

estimada, induzindo a precoces sobrecargas no s is tema implantado.

I xtudos preliminares para projetos

2 3 1



3 . P E R Í O D O D E P R O J E T O E E T A P A S D E I M P L A N T A Ç Ã O

A seleção de um adequado período de projeto e de sua subdivisão em etapas de

implantação é um item que afeta, não só a economia da implantação e operação da

estação, como o seu próprio desempenho.

0 período de projeto de uma estação de tratamento de esgotos deve ser relativa-

mente curto, preferencia lmente inferior a 20 anos. O horizonte de projeto deve ser

dividido a inda em etapas de implantação, da ordem de 5 a 10 anos. Quanto maior a

taxa de crescimento populacional, menor deve ser a duração de cada etapa. Por outro

lado, deve-se evitar também etapas muito curtas, face ao transtorno associado à

convivência quase qu e cont ínua com as obras de implantação.

Os estudos pre l iminares devem ser feitos considerando-se todo o período de

proje to, de fo rma a subsidiar a desapropriação de toda a área necessária. No entanto,

o proje to e a const rução das unidades deve resumir-se a cada etapa de implantação.

Algumas razões para tal são:

• A divisão em etapas é um fa tor economicamente positivo, por transladar para o

fu tu ro uma considerável parte dos investimentos, reduzindo o valor presente dos

custos de imp lantação.

• A cada nova etapa de implantação podem ser revistos os parâmetros de proje to,

pr incipalmente as vazões e cargas af luentes, bem como os dados obt idos com a

experiência operacional da estação.

• Unidades superdimensionadas podem gerar problemas, como sept ic idade nos

decantadores, excesso de aeração etc.

• A etapalização permite o cont ínuo acompanhamento da evolução da tecnologia ,

permit indo a que se ja adotada sempre a solução mais moderna , que pode em mui tos

casos ser a mais ef ic iente e econôm ica .

• O projeto da estação deve prever, portanto, flexibilidade para a integração das

unidades existentes ou de primeira etapa com as unidades futuras.

2(14

Introdução


tratamento

de esgotos




Exemplo 3.1

Efetuar utn estudo de etapalização simplificado, tendo por base as projeções

de população, vazão e carga de DBO afluentes, adotadas no exemplo do Item

2.7 (Capítulo 2), e apresentadas a seguir:

Ano População (hab)

Vazão média (m

3

/d) Carga de DBO média (kg/d)

0

40.000

6.451 2.125

S 47.000

7.477 2.475

10 53.000

8.409 2.900

15 58.000

9.179 3.150

20

62,000 9.820 3.350

Solução:

Com base em tais dados, pode-se compor a seguinte tabela de valores

percentuais de população, vazão e carga, com relação aos valores de final de

plano (admitidos como 100%).

An o % da populaçã o final

% d a vazão final °A da carpa final

0 65 66

63

5 76

76 74

10 85

86 87

15 94

93 94

20 100

100 100

A etapalização desta estação não permite várias combinações,

em virtude do

crescimento populacional não ser tão significativo durante o s anos de hori-

zonte da segunda etapa de projeto. Uma possível alternativa p ode ser:

Item

1

a

etapa 2

a

etapa

Ano de implantação da etapa

Ano 0 Ano 5

Alcance

Ano 5 Ano 20

Duração

5 anos IS anos

% de implantação 75% 25%

Número de módulos implantados na etapa

3 1

Número de m ódulos totais na estação 3 4

Nesta alternativa, devido ao fato da vazão e da carga de DBO atingirem em

torno de 75% do total no ano 5, a etapalização prevê a implantação da

primeira etapa compreendendo 75% da estação (3 módulos, de um total de 4

módulos). O alcance desta primeira etapa é até

o

an o 5, quando deverá entrar

em funcionamento a segunda etapa, com vigência até o final do plano (ano

20), e inteirando o módulo restante (quarto módu lo, em paralelo com os

demais). A inda que a etapalização seja vantajosa, os benefícios são de certa

forma reduzidos, pelo fato de se ter de implantar 75% da estação já em

primeira etapa, e por u m alcance de apenas 5 anos.

í

,Mudos preliminares

para projetos

2 3 3



4 . P R É - D I M E N S I O N A M E N T O D A S A L T E RN A T I V A S

Para o estudo técnico e econômico das alternativas não há necessidade da

elaboração de dimensionamentos deta lhados.

O obje t ivo pr imordia l é a obtenção de informações que possam subsidiar a

compa ração técnica e econômica das alternativas. Para tanto, é necessária a elabora-

ção de layouts da estação, incluindo as principais unidades componentes da mesma.

Deve-se ter também o conhecimento das dimensões pr incipais das unidades, da área

ocupada, dos v olumes de corte e a terro, dos volumes d e concre to, dos equipamen tos

principais, da energia a ser consumida e outros i tens julgados de maior relevância na

estação em qu estão. Tal conhecimento permite a e laboração de orçamen tos pre l imi-

nares, que possam subsidiar o estudo econ ômico.

Para o pré-dimensionamento podem ser ut i l izados parâmetros gera is médios de

cálculo, ou efe tuado o dimensionamento a té a determinação dos i tens de interesse,

não se atendo ao deta lhamento do projeto e aos cálculos hidráulicos. Diversos

exemplos de cá lculo apresentados neste série de textos encontram-se ao nível reque-

r ido para o pré-dimensionamento das alternativas.

5 . E S T U D O E C O N Ô M I C O D A S A L T E R N A T I V A S

Os custos do t ra tamento dos esgotos var iam amplamente com as características

do esgoto, processo adotado, clima, critérios de projeto, condições locais e custos

locais unitários de mão de obra, materiais, terreno e energia.

A estimativa de custos deve compreender o levantamento dos custos de implan-

tação (pontuais no tempo) e os custos anuais de operação (distribuídos no tempo).

Tais incluem (Arceivaía, 1981):

• Custos de implantação

- custos d e const rução ( inc luindo equipamentos e instalação)

- compra ou desapropriação do terreno

' - custos de projeto e supervisão , taxas legais

' - juro s dos emprést imo s durante o per íodo de const rução

• Custos anuais

- juros dos emprést imos

- amort ização dos emprést imos

- depreciação da estação

- seguro da estação

- custos de operação e manutenção da estação

Dos custos anuais, os quatro primeiros i tens podem ser considerados como fixos,

já que têm de ser incluídos caso a estação esteja funcionando ou não. Geralmente,

nos estudos econômicos pre l iminares são considerados os custos de const rução c

desapropriação ( implantação) e de operação e manutenção (anuais).

Não se pre tende abordar no presente i tem os critérios para e laboração de levan-

2(14

Introdução


tratamento

de esgotos



tamentos de custos e estudos econômicos. Comenta-se tão somente sobre a lguns

processos simples de Engenharia Econômica , que permitem a adaptação dos dados a

uma form a ta l que permita que os mesmo s se jam comparados hom ogeneam ente co m

os de outras alternativas.

• Valor presente de um investimento futuro

P =

( 1 + 0 "

n-1 n

(5.1)

onde:

P = valor presente

F = valor futuro

i = taxa de juros anual

n = número de anos

Valor presente de gastos anuais constantes

A A A A A A A A A

íi

1 . ( 1 + 0 "

1

1 2 3 n-1 n

(5.2)

onde:

A = gasto anual

I xtudos preliminares para projetos

235



Exemplo 5.1

Existem dua s alternativas para o tratamento de esgotos de uma localidade,

cada uma implicando em custos de implantação e de operação/manutenção

distintos.

Av

características básicas são:

• período d e projeto: 20 anos

• taxa de juros: 11% ao ano

• Alternativa A

- custo de implantação (ano 0): US$ 3x10

6

- custo de operação/manutenção: US$ 0,5x1 (f/ano

• Alternativa B

- custo de implantação (primeira etapa, ano 0): US$ 5x10

6

- custo de operação/manutenção (primeira etapa): US$ 0,2x10

6

- custo de implantação (segunda etapa, ano 10): USS 3x10

6

- custo de operação/manutenção (segunda etapa): US$ 0,3x10

6

Com base no menor valor presente, estabelecer a melhor alternativa em

termos econômicos.

Solução:

a) Valor presente da alternativa A

b

3x10

6

0,5x10

. n n i n i n i H n n n i

0 5 10 15 20

Valor presente dos gastos anuais (Eq uação 5.2)

P =

A

= 0,5 x 1 0 ' . J l ± M t i _

=

4 ,0 x lO»

í . ( l + 0 0 ,1 1 x ( l + 0 , 1 1 )

2 0

• Valor presente total

Valor presente total = custo de implantação + valor presente d os gastos

anuais

Valor presente total = 3,OxlO

6

+ 4,0xl(f

Valor presente total = ÜS$ 7,0x10

6

2(14

Introdução

à

qualidade

das águas e ao

tratamento

de esgotos



b) Valor presente da alternativa B

6

5x10

E T r E S - B i b l i o t e c a

3x10

6

0.2x10

6

0,3x10

a u n u u . . U U H 1 U *

D

S 10 15 20

Valor presente dos custos de implantação

cla

2

a

etapa (Equação 5.1)

F

3 x 1 Q

1 q =

1 , 2 X 1 0 *

( 1 + 0 " ( 1 + 0 , 1 1 ) '

•

Vedor

presente dos gastos anuais da

2

;1

etapa

Transportar os valores para o ano 10 (primeiro cino da 2

n

etapa) (Equação

5.2):

P - a V + V ^ - W x 10« .

( 1 + a i l )

' ° l

=

l , 8 x ^

1 . ( 1 + 0 0 ,1 1 x ( 1 + 0 , l l )

1 0

Transportar o valor concentrado do ano 10 para o valor presente (Equação

5.1):

P

= -

1,8 x I0

ft

= 0,6 x IO

5

(I + O" ( 1 + 0 , l l )

1 0

• Valor presente dos gastos anuais da P etapa (Equação 5.2)

P=A«

+ ty

'-

l

=0 ,2*10*. = 2 x 1 0 «

.

(1

+ 0*

Valor presente total

0,11 x ( 1 + 0 , 1 1 )

Valor presente total = custo de implantação da T

x

etapa + valor presente da

implantação da 2

a

etapa + valor presente dos gastos anuais da P etapa + valor

presente dos gastos anuais da 2

:l

etapa

Valor presente total = 5x10

h

+ l,2x 0

h

+ 1,2x10

fi

+ 0,6x10

6

Valor presente total = US$ 8,0xl0

fi

c) Resumo dos valores

Alternativa Valor presente

A

B

ÜS$ 7,0x10

6

US$ 8,0x10

6

I, studos preliminares para projetos

237



Em função do menor vedor presente, a alternativa indicada é a alternativa A.

Neste caso, é mais vantajoso se ter uma estação com um menor custo de

implantação, embora apresentando maiores gastos de operação e manuten-

ção.

A presente an álise foi efetuada de maneira bem simplificada. Outras consi-

derações de ordem econôm ica e financeira podem ser agregadas, de forma a

subsidiar o estudo de alternativas.

2(14

Introdução

à

qualidade

das águas e ao

tratamento

de esgotos



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