Rede Agronomia

Rede dos Engenheiros Agrônomos do Brasil

Uma das ETEs mais eficientes e baratas do mundo

José Luiz Viana do Couto

Engo Agro  e Sanitarista

joseluiz@cohidro.com.br

1 – APRESENTAÇÃO

Não há nada mais desabonador para a 6ª. economia do planeta, ostentar o índice de pouco mais de 80% da população atendida com abastecimento de água, mas de menos de 40% em coleta de esgotos, dos quais apenas cerca de 30% são tratados. Por outro lado, com 8.500 km de costa, a maioria da nossa população vive a poucos quilômetros do mar, desde a época da colonização.

A ideia inicial do leigo de que o lançamento de esgotos no mar (disposição oceânica) só serve para contaminar o meio ambiente, cai por terra, com o simples raciocínio que se segue. Considerando-se um esgoto doméstico[1] com demanda bioquímica de oxigênio – DBO  (índice que mede a contaminação fecal) igual a 300 mg/l, sendo continuamente lançado e diluído com um fator de 100:1 (comum nesses casos, e até bem maior), a concentração resultante no campo de mistura (pluma de esgoto do emissário), será de 3 mg/l, equivalente a um tratamento convencional com eficiência de 99%. Ora, não existe processo de tratamento de esgoto com tamanha eficiência, evidenciando que a disposição oceânica de esgoto é uma alternativa que deve ser considerada na etapa de concepção de um projeto de esgotamento sanitário para cidades costeiras.

A taxa de mortandade de coliformes é geralmente expressa pelo fator T90, intervalo de tempo necessário para reduzir em 90% a população de bactérias poluidoras. Numa localidade, se T90 = 1 h (caso do litoral do Rio de Janeiro), significa que após 3 horas, a população de coliformes terá se reduzido por um fator 10T/T90 = 103/1 = 1.000 vezes.

Outros fatores que contribuem para tratar o esgoto no oceano são: presença de substâncias tóxicas na água, adsorção, floculação, sedimentação, luz solar (principalmente), protozoários e outros predadores – todos naturais.

A Figura abaixo mostra os principais componentes de um emissário submarino de esgotos. O projeto de um sistema de disposição de efluentes no oceano envolve a determinação: do comprimento do emissário, da profundidade de descarga (função do comprimento e da topografia), o comprimento e orientação da tubulação difusora (incluindo aí o número, dimensões e espaçamento entre os orifícios difusores). Nela, o quadradinho entre os emissários terrestre e submarino, é uma chaminé de equilíbrio, ou “caixa d´água” projetada para levar o esgoto, por gravidade, até o final do emissário submarino.

O item de custo principal do emissário é a sua extensão, em geral superior a 1 km, calculada em função da velocidade média das correntes marinhas e do tempo necessário para que a pluma de esgoto atinja a zona de 300 m de largura, a partir da praia, que deve ser protegida.

 

2 – ROTEIRO DE PROJETO

Os estudos preliminares ao dimensionamento hidráulico envolvem, pelo menos, conhecer a topo-batimetria (topografia do fundo) numa faixa aproximada de 4 km x 150 m a partir da praia, estudo das correntes marinhas (velocidade, sentido, salinidade, temperatura, etc.) e tipo de ondas, mortandade de coliformes fecais, e outros. Como esses estudos são caros e demorados, uma alternativa para as Prefeituras é utilizar dados de outros projetos e da Diretoria de Hidrografia e Navegação – DHN. Os esgotos brutos, também, necessitam de um pré-tratamento, para evitar deposição de areia, gorduras e obstrução dos difusores.

O passo seguinte será a consulta às Normas Ambientais e, apesar de não dispormos de Normas criadas especificamente para o projeto de emissários, costuma-se utilizar as determinações do CONAMA; vide quadro abaixo.

2.1 – Dados de Projeto

Número de coliformes fecais: Co = 3 x 107 NMP/100 ml (número mais provável).

Exigência para banho de mar: C = 1 x 103 NMP/100 ml (tabela CONAMA; Satisfatória).

Redução necessária de coliformes: R = Co/C = 3 x 107 ÷ 1 x 103 = 3 x 104 NMP/100 ml

Diluição inicial: Di = 100:1

Diluição horizontal: Dh = 2

T90 = 1 h

V = 0,12 m/s (velocidade média das correntes marinhas no local)

H = 15 m (profundidade no final do emissário; H > 10 m já é considerado profundo).

2.2 – Cálculo do decaimento bacteriano:

Db = R/(Di.Dh) = 3 x 104 ÷ (100 x 2) = 150

Db = 10T/T90  ou  T = T90.Log(Db) = 1 x Log(150) = 2,2 h

2.3 – Cálculo do comprimento do emissário:

L = V.T = 0,12 x 2,2 x 3.600 = 940 m

Adotar, por segurança,  1.000 m + 300 m (faixa de proteção) = 1.300 m

2.4 – Cálculo da vazão do emissário:

População de 20 mil habitantes, consumo de água de 200 L/hab.dia, relação água/esgoto = 80%, coef. do dia de maior consumo K1 = 1,2 e coef. da hora de maior consumo K2 = 1,5.

Q = (20.000 x 200 x 0,8) ÷ 86.400 = 37 L/s x 1,2 x 1,5 = 66,7 =~ 67 L/s (vazão máxima).

2.5 – Cálculo do diâmetro do emissário:

Adotando-se uma velocidade máxima do fluxo de 2,5 m/s, tem-se que:

D = √ (4.Q)/(π.V) = √ (4 x 0,067)/(3,14 x 2,5) = 0,185 m =~ 200 mm

V = (4.Q)/(π.D2) = (4 x 0,067)/(3,14 x 0,22) = 2,1 m/s (velocidade real do fluxo)

A = π.R2 = 3,14 x 0,102 = 0,031 m2

2.6 – Cálculo do difusor:

Área dos orifícios = 33 a 66% da área do emissário.

Espaçamento = 1/5 a 1/10 da altura da pluma.

D = 5 a 15 cm

V = 1,2 a 3 m/s

Qu = < 7 a 11 L/s.m

Adotando-se D = 8 cm,

a = 3,14 x 0,042 = 0,005 m2

Σa = 66%.A = 0,031 x 0,66 = 0,021 m2

N = Σa /a = 0,021/0,005 =~ 4 saídas

E = H/5 = 15/5 = 3 m (espaçamento)

L = (N-1).E = 3 x 3 = 9 m (comprimento)

Qu = (Q/N)/L = (67/4)/9 = ~ 2 L/s.m (< 7, OK)

Assim, o esquema seria parecido com o da Figura abaixo:

 

Um resumo técnico dos principais emissários em operação no mundo, inclusive no Brasil, constam do Quadro abaixo:



[1]  http://www.semengo.furg.br/2008/16.pdf (visitado em 25/01/2013).

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Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 13 abril 2016 às 15:28

3 - Hidroweb > Softwares > Baixar softwares > Hidro 1.2.1

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 13 abril 2016 às 15:26

4 - Conta: hidro > Senha: master.

Sistema > Conectar Banco de Dados...

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 12 abril 2016 às 19:41

COMO INICIAR UMA PESQUISA

1 - Abrir o site da Agência Nacional de Águas - ANA (http://hidroweb.ana.gov.br/default.asp) e clicar em Dados Hidrológicos > Séries Históricas. Na janela que se abre (ao lado), escolhe-se o tipo de estação (Fluviométrica) e o Estado (Pará). Uma tabela com as estações será carregada.

2 - Escolhida a estação, ao clicar no seu código (1a. coluna da figura acima), surge a opção de dados para serem consultados no Hidro 1.2 (Arquivos Access) ou na planilha Excel (Arquivos Texto). O conteúdo dos dados é mostrado na janela tipo persiana onde está escrito Cotas (cm).

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 10 abril 2016 às 15:11

FONTE DOS DADOS

Para os estudos pretendidos, a fonte de dados deve provir de uma estação fluviométrica. Segundo o site do Sistema Nacional de Informações de Recursos Hídricos - SNIRH (www.snirh.gov.br/hidroweb), usando como filtro o estado do Pará, só existem seis estações fluviométricas na região: 3 em Óbidos, 2 em Almeirim e 1 em Prainha (esta, a mais próxima de Santarém, chama-se Taperinha, cujo código é 18050000). Os pontos em azul são estações pluviométricas. Vide mapa abaixo.

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 9 abril 2016 às 20:03

ESTUDOS DE DILUIÇÃO DOS EMISSÁRIOS DE SANTARÉM

Considerando que a cidade de Santarém - PA fica na foz do Rio Tapajós, que deságua no Rio Amazonas, é intuitivo que os estudos de diluição e autodepuração dos esgotos lançados pelos emissários que estão sendo projetados, considerem as vazões deste último. As mais reduzidas delas, chamadas de Mínimas de 7 dias e 10 anos de recorrência ou Q7,10.

Trata-se do método  da  vazão  média  mínima  de  7  dias  consecutivos  com  período  de  retorno  de  10 anos (Q7,10). A vazão  Q7,10 é um importante parâmetro hidrológico, com grande aplicação em estudos de planejamento e  gestão  de  uso  dos  recursos  hídricos.  Constitui  importante  instrumento  da  Política  Nacional  dos Recursos  Hídricos  do  Brasil,  pois  fornece estimativa  estatística  da  disponibilidade  hídrica  dos escoamentos naturais da água. Pode ser entendida como o valor anual da menor média de 7 vazões diárias consecutivas, que pode repetir-se, em média, uma vez a cada dez anos (período de retorno de 10 anos). Esta  vazão  é  obtida  computando-se  as  médias  móveis  das  vazões  diárias  com  janelas  de  7 (sete) dias ao longo de um ano hidrológico. A mínima dessas médias é retida. O processo é repetido para  cada  ano  hidrológico  da  serie  histórica,  obtendo-se  uma  série de  valores  mínimos  de  vazões médias  em  dias  consecutivos,  para  cada  ano.  Estas  vazões  são  tabeladas  em  ordem  crescente  de magnitude juntamente com a frequência de ocorrência e o tempo de retorno, utilizando a fórmula de distribuição de frequência, mostrada na equação:

f = m/(n+1)

Onde: f é  a frequência de ocorrência, m é a  ordem da vazão amostral  e n é o tamanho da amostra. Neste caso o Tr (tempo de retorno) é de 10 anos.

Para mostrar como se calcula, tomamos o exemplo do trabalho Vazão Base e Vazão Mínima Ecológica, do Eng. Plínio Tomaz (25/2/12), para um determinado rio. Relacionados os valores anuais da vazão de 7 dias, calcula-se a média, desvio padrão (DP) e coeficiente de variação (CV). Com base neste último, consultando a tabela das Relações Auxiliares de Weibull e substituindo 3 valores lá encontrados numa equação, chega-se ao valor de Q7,10. Vide planilha abaixo. As duas últimas colunas foram acrescentadas para comprovar como após a ordenação das descargas observadas, a vazão Q7,10 se encaixa no período de retorno de 10 anos.

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 8 abril 2016 às 19:13

Ver Blog do Tucci de 4/3/16, Problemas no Saneamento, em:

http://blog.rhama.net/

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 8 abril 2016 às 11:05
Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 6 abril 2016 às 10:35

O ESTUDO DA POLUIÇÃO DE RIOS COM MODELOS

Enquanto aqui no Brasil nós já estamos tão acostumados com a situação de calamidade dos nossos rios e mares (basta ver a quantidade de lixo boiando na Baía de Guanabara às vésperas das Olimpíadas), que só nos indignamos quando vemos na TV o rompimento de uma barragem acabar com um deles, como aconteceu em Mariana - MG (com o Rio Doce), no exterior há uma abundância de softwares (a maioria gratuitos) que simulam a degradação ambiental num rio ou córrego, antes que aconteçam.

Para não me alongar, vou apenas listar alguns deles:

a) Water Quality Analysis Simulation Program - WASP;

b) Water Quality Meter - QUALIDEX;

c) Iranian Water Quality Index Software - IWQIS;

d) Quality Simulation About River System - QUASAR;

e) Decision Support System for Evaluating River Basin Strategies - DESERT;

f) Outros: QUAL2-E, QUAL-UFMG, MIKE11, CE-QUAL-W2, etc.

Nossa maior dificuldade nem é obter, estudar e experimentar um deles (que estão disponíveis na rede) mas sim, alimentá-lo com dados locais. Veja, p.ex., o caso do Rio Tapajós em Santarém - PA (onde estão sendo projetados 2 emissários subaquáticos de esgotos). Como mostra a Figura, justamente a montante da foz desse rio, há um grande estirão retilíneo vazio de postos fluviométricos (pontos em azul e roxo); pior é que alguns constam no mapa mas nem funcionam mais. Uma lástima.

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 5 abril 2016 às 15:00

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 3 abril 2016 às 19:07

DILUIÇÃO DE ESGOTOS EM RIOS

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