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Universidade do Vale do Itajaí Centro de Ciências Tecnológicas da Terra e do Mar Engenharia Civil S a n e a m e n to e C o n tr o le A m b ie n ta l Prof ª. Janete Feijó Itajaí – Fevereiro 2015 Saneamento e Controle Ambiental Prof ª. Janete Feijó UNIVERSIDADE DO VALE DO ITAJAÍ Mário César dos Santos Reitor Cássia Ferri Vice-Reitora de Graduação Valdir Cechinel Filho Vice-Reitor de Pós-graduação, Pesquisa, Extensão e Cultura Carlos Alberto Tomelin Vice-Reitor de Planejamento e Desenvolvimento Institucional CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS DA TERRA E DO MAR João Luiz Baptista de Carvalho Diretor CURSO DE ENGENHARIA CIVIL Sônia Iara Portaluppi Ramos Coordenadora Saneamento e Controle Ambiental Prof ª. Janete Feijó Sumário SUMÁRIO .................................................................................................................................................... 3 LISTA DE FIGURAS ....................................................................................................................................... 6 LISTA DE TABELAS ....................................................................................................................................... 7 1. APRESENTAÇÃO ...................................................................................................................................... 8 1.1 EMENTA ......................................................................................................................................................... 8 1.2 CARGA HORÁRIA TOTAL ..................................................................................................................................... 8 1.3 OBJETIVOS ...................................................................................................................................................... 8 1.4 METODOLOGIA ................................................................................................................................................ 8 1.5 CRITÉRIOS DE AVALIAÇÃO .................................................................................................................................. 8 1.6 BIBLIOGRAFIA BÁSICA ........................................................................................................................................ 8 CURRICULUM RESUMIDO DO PROFESSOR .................................................................................................................... 8 2 SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA .................................................................................................. 9 2.1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................................................... 9 2.2 USOS DA ÁGUA ................................................................................................................................................ 9 2.3 FATORES QUE INFLUEM NO CONSUMO DE ÁGUA .................................................................................................. 10 2.4 POPULAÇÃO ................................................................................................................................................... 10 2.5 PREVISÃO DO CONSUMO DIÁRIO DE ÁGUA .......................................................................................................... 11 2.6 UNIDADES DO SISTEMA DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA .......................................................................................... 13 2.7 UNIDADES DO SISTEMA DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA .......................................................................................... 14 2.7.1 Captação ............................................................................................................................................. 14 2.7.1.1 Definição .......................................................................................................................................................................... 14 2.7.1.2 Concepção e Escolha da Captação ................................................................................................................................... 15 2.7.2 Adução ................................................................................................................................................ 15 2.7.2.1 Definição .......................................................................................................................................................................... 15 2.7.2.2 Classificação ..................................................................................................................................................................... 15 2.7.3 Recalque .............................................................................................................................................. 16 2.7.3.1 Definição .......................................................................................................................................................................... 16 2.7.3.2 Composição ..................................................................................................................................................................... 16 2.7.3.3 Características .................................................................................................................................................................. 16 2.7.4 Tratamento ......................................................................................................................................... 16 2.7.4.1 Definição .......................................................................................................................................................................... 16 2.7.4.2 Objetivos .......................................................................................................................................................................... 17 2.7.4.3 Finalidades ....................................................................................................................................................................... 17 2.7.4.4 Processos de Tratamento da Água................................................................................................................................... 18 2.7.4.5 Principais Produtos Químicos Utilizados .......................................................................................................................... 19 2.7.4.6 Considerações Gerais ....................................................................................................................................................... 20 2.7.5 Reservação .......................................................................................................................................... 22 2.7.5.1 Definição .......................................................................................................................................................................... 22 2.7.5.2 Classificação ..................................................................................................................................................................... 22 2.7.5.3 Capacidade ...................................................................................................................................................................... 23 2.7.5.4 Precauções Especiais .......................................................................................................................................................23 2.7.6 Distribuição ......................................................................................................................................... 24 2.7.6.1 Definição .......................................................................................................................................................................... 24 2.7.6.2 Materiais Empregados ..................................................................................................................................................... 24 2.7.6.3 Disposição dos Condutos ................................................................................................................................................. 24 2.7.6.4 Pressões ........................................................................................................................................................................... 25 2.7.6.5 Velocidades ...................................................................................................................................................................... 25 2.7.6.6 Diâmetros ........................................................................................................................................................................ 25 Saneamento e Controle Ambiental Prof ª. Janete Feijó 2.7.6.7 Normas Técnicas .............................................................................................................................................................. 25 2.8 DIMENSIONAMENTO DA REDE DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA PELO MÉTODO DO SECCIONAMENTO FICTÍCIO.................. 25 2.8.1 Legenda do Sistema de Abastecimento de Água ................................................................................ 29 2.9 CÁLCULO DO VOLUME DO RESERVATÓRIO ........................................................................................................... 30 3 SISTEMAS DE ESGOTOS SANITÁRIOS ....................................................................................................... 31 3.1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................................................. 31 3.2 CONCEPÇÃO DOS SISTEMAS DE ESGOTOS SANITÁRIOS ........................................................................................... 31 3.3 CLASSIFICAÇÃO DOS SISTEMAS DE ESGOTOS SANITÁRIOS ....................................................................................... 31 3.3.1 Unitário ............................................................................................................................................... 31 3.3.2 Separador ............................................................................................................................................ 31 3.3.3 Estático ............................................................................................................................................... 32 3.3.4 Condominial ........................................................................................................................................ 32 3.4 UNIDADES DOS SISTEMAS DE ESGOTOS SANITÁRIOS .............................................................................................. 32 3.4.1 Sistema Coletor ................................................................................................................................... 32 3.4.1.1 Ligação Domiciliar ............................................................................................................................................................ 32 3.4.1.2 Rede Coletora .................................................................................................................................................................. 33 3.4.1.3 Coletor Tronco ................................................................................................................................................................. 33 3.4.2 Interceptores ....................................................................................................................................... 33 3.4.3 Emissários ........................................................................................................................................... 34 3.4.4 Estação Elevatória ou de Recalque ..................................................................................................... 34 3.4.5 Estações de Tratamento de Esgotos – ETE’s ....................................................................................... 34 3.4.5.1 Principais Parâmetros Indicadores ................................................................................................................................... 35 3.4.5.2 Processos de Tratamento dos Esgotos............................................................................................................................. 38 3.4.5.3 Nível de Tratamento de Esgoto ....................................................................................................................................... 38 3.4.5.4 Operações Unitárias ........................................................................................................................................................ 39 3.4.5.5 Eficiência no Tratamento Segundo o Balanço de Oxigênio .............................................................................................. 40 3.4.5.6 Eficiência no Tratamento para Instalações Variadas ....................................................................................................... 40 3.4.5.7 Finalidades do Tratamento dos Esgotos .......................................................................................................................... 41 3.4.6 Disposição ou Lançamento Final ......................................................................................................... 41 3.5 ACESSÓRIOS DO SISTEMA COLETOR E INTERCEPTORES ........................................................................................... 41 3.5.1 Poços de Visita (PV) ............................................................................................................................. 42 3.5.2 Tubo de Inspeção e Limpeza (TIL) ou Poço de Inspeção (PI) ............................................................... 42 3.5.3 Terminal de Limpeza (TL) .................................................................................................................... 42 3.5.4 Caixa de Passagem (CP) ...................................................................................................................... 42 3.5.5 Degrau (DG) ........................................................................................................................................ 42 3.5.6 Tubo de Queda (TQ) ............................................................................................................................ 42 3.6 VAZÕES DE DIMENSIONAMENTO ....................................................................................................................... 43 3.6.1 Contrubuições Concentradas .............................................................................................................. 43 3.7 CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO .................................................................................................................... 43 3.7.1 Dimensionamento da Rede Coletora de Esgotos Sanitários pelo Método da Tensão Trativa (σ) ...... 44 3.8 LEGENDA DO SISTEMA DE ESGOTOS SANITÁRIOS .................................................................................................. 49 4 SISTEMAS DE TANQUES SÉPTICOS ........................................................................................................... 50 4.1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................................50 4.2 DEFINIÇÃO ..................................................................................................................................................... 50 4.3 PROJETO, CONSTRUÇÃO E OPERAÇÃO DE SISTEMAS DE TANQUES SÉPTICOS (NBR 7229/93) ..................................... 51 4.3.2. Aplicação ............................................................................................................................................ 52 4.3.3 Localização .......................................................................................................................................... 52 4.3.4 Materiais ............................................................................................................................................. 52 4.3.5 Construção .......................................................................................................................................... 52 4.3.6 Dimensionamento ............................................................................................................................... 53 4.3.6.1 – Definições complementares ......................................................................................................................................... 53 4.3.6.2 - Medidas internas ........................................................................................................................................................... 54 4.3.7 Tabelas ................................................................................................................................................................................ 54 4.4 UNIDADES DE TRATAMENTO COMPLEMENTAR E DISPOSIÇÃO FINAL DOS EFLUENTES LÍQUIDOS (NBR 13969/97) ......... 55 4.4.1 Definições ............................................................................................................................................ 56 4.4.2 Dimensionamento ............................................................................................................................... 57 Saneamento e Controle Ambiental Prof ª. Janete Feijó 4.4.3 Tabelas ................................................................................................................................................ 61 4.5 EFICIÊNCIA DOS SISTEMAS DE TANQUES SÉPTICOS ................................................................................................ 62 4.6 SISTEMA TANQUE SÉPTICO – FILTRO ANAERÓBIO ................................................................................................. 62 4.6.1 Funcionamento Hidráulico do Sistema ............................................................................................... 62 4.6.2 Eficiência do Sistema .......................................................................................................................... 63 4.6.3 Referências Bibliográficas ................................................................................................................... 64 4.7 EXERCÍCIOS .................................................................................................................................................... 64 Saneamento e Controle Ambiental Prof ª. Janete Feijó Lista de Figuras Figura 1 – Unidades do Sistema de Abastecimento de Água .................................................................................................13 Figura 2 – Sistema de Abastecimento de Água ......................................................................................................................13 Figura 3 – Tratamento de Água ..............................................................................................................................................17 Figura 4 – Etapas de tratamento ............................................................................................................................................18 Figura 5 – Unidades dos Sistemas de Esgotos Sanitários .......................................................................................................32 Figura 6 – Estação de Tratamento ..........................................................................................................................................35 Saneamento e Controle Ambiental Prof ª. Janete Feijó Lista de Tabelas Tabela 1 – Contribuição diária de esgoto (C) e de lodo fresco (Lf) por tipo de prédio e de ocupante. ...............................54 Tabela 2 – Período de detenção dos despejos (T), por faixa de vazão. ................................................................................55 Tabela 3 – Taxa de acumulação total de lodo (K), em dias, por intervalo entre limpezas e temperatura do mês mais frio. .......................................................................................................................................................................................55 Tabela 4 – Contribuição diária de despejos (C) e de carga orgânica por tipo de prédio e de ocupantes. ...........................61 Tabela 5 – Período de detenção hidráulica de esgotos (T), em dias, por faixa de vazão e temperatura do esgoto do mês mais frio. .......................................................................................................................................................................61 Tabela 6 - Conversão de valores de taxa de percolação em taxa de aplicação superficial (Tas). .........................................62 Tabela 7 – Faixas prováveis de remoção dos poluentes, conforme o tipo de tratamento, consideradas em conjunto com o tanque séptico (em %). ..............................................................................................................................................62 Saneamento e Controle Ambiental Prof ª. Janete Feijó 8 1. Apresentação 1.1 Ementa Sistemas de Abastecimento de Água. Sistemas de Esgotos Sanitários. Sistemas de Tanques Sépticos. Poluição Ambiental. Resíduos Sólidos Urbanos. 1.2 Carga Horária Total 72 horas-aula 1.3 Objetivos Conhecer os conceitos relacionados ao meio ambiente; identificar as principais formas de poluição da água, do ar e do solo; interpretar as formas de coleta, transporte, tratamento e disposição final de resíduos sólidos urbanos; dimensionar sistemas de coleta, armazenamento e disposição final de resíduos sólidos municipais. Conhecer, selecionar e dimensionar sistemas de tanques sépticos. 1.4 Metodologia Ver Plano de Ensino. 1.5 Critérios de avaliação Ver Plano de Ensino. 1.6 Bibliografia Básica Ver Plano de Ensino. Curriculum resumido do Professor Janete Feijó Engenheira Civil pela Fundação Universidade Regional de Blumenau (1991), Especialista em Gerenciamento e Controle da Qualidade Ambiental pela Pontifícia Universidade Católica do Paraná (1993) e Mestre em Engenharia Ambiental pela Fundação Universidade Regional de Blumenau (2001). Atualmente é professora titular e coordenadora de curso da Universidade do Vale do Itajaí. Tem experiência na área de Engenharia Sanitária, atuando principalmente nos seguintes temas: sistemas urbanos de abastecimento de água e esgotos sanitários; tratamento de águas, esgotos e efluentes. Saneamento e Controle Ambiental Prof ª. Janete Feijó 9 2 Sistemas de Abastecimento de Água 2.1 Introdução A água é um elemento imprescindível para a sustentação de vida na terra. Por isso, as comunidades, ao longo do tempo, aprimoraram formas variadas de extrair da natureza esse recurso tão necessário ao desenvolvimento de suas atividades. Os sistemas de abastecimento de água têm como objetivo proporcionar o suprimento deste líquido às pessoas, na qualidade indispensável à preservação de sua saúde e na quantidade necessáriaaos seus diversos usos. Os sistemas de abastecimento de água constituem-se no melhor investimento em saúde pública e melhoria da qualidade de vida de uma comunidade, uma vez que promovem o estabelecimento de novos hábitos de higiene, a prevenção de doenças de veiculação hídrica, o desenvolvimento industrial, etc. Daí a importância de se projetar e dimensionar unidades de abastecimento de água que possibilitem a interligação a todos os pontos desejáveis, com pressões suficientes, com índices de potabilidade de acordo com os padrões exigidos, etc., atendendo as necessidades de utilização da água. O consumo energético de cada uma das etapas de um sistema de abastecimento de água deve ser analisado para possibilitar um programa de eficiência energética no sistema como um todo, podendo adequar- se cada situação em função da concepção do sistema, do projeto adotado, da implantação executada e do modo gerencial da operação do sistema, com reflexos nos valores finais das tarifas. O suprimento de água em quantidade suficiente e qualidade satisfatória a um local habitado ou comunidade tem influência decisiva sobre: • Controle e prevenção de doenças; • Práticas que promovem o aprimoramento da saúde, como hábitos higiênicos (asseio individual, limpeza de utensílios, etc.), serviços de limpeza pública, práticas esportivas e recreativas; • Estabelecimento de dispositivos relacionados ao conforto e à segurança coletiva, como por exemplo a instalação de acondicionamento de ar, o aparelhamento para combate a incêndios, etc.; • Desenvolvimento industrial, conduzindo, pelo progresso material, à elevação do padrão de vida da comunidade. 2.2 Usos da Água a) Uso doméstico: • Bebida • Banhos e outras medidas de asseio corporal • Fins culinários • Irrigação de jardins e pequenas hortas particulares • Criação de animais domésticos Saneamento e Controle Ambiental Prof ª. Janete Feijó 10 • Limpezas diversas na habitação, lavação de roupas, etc. b) Uso público • Escolas, presídios, quartéis e outros edifícios públicos • Irrigação de parques, lavagem e irrigação de ruas • Fontes ornamentais e chafarizes • Limpeza de esgotos • Proteção contra incêndios. c) Uso comercial e industrial • Indústrias diversas • Escritórios, entrepostos, armazéns, estações rodoviárias, etc. • Instalações de acondicionamento de ar. As perdas e desperdícios são provenientes de deficiências técnicas do sistema e da má utilização da água. Perda é a quantidade de água existente em qualquer parte do sistema de abastecimento que não está contabilizada e faturada pela empresa de abastecimento de água, ou seja, aquela água que não está chegando legalmente ao usuário final. Desperdício é o volume de água proveniente do esbanjamento de água nas instalações prediais, ou seja, é uma quantidade de água gasta, mas não utilizada de forma racional pelo consumidor. 2.3 Fatores que Influem no Consumo de Água Muitos são os fatores que influem no consumo de água. Entre eles podem ser citados: • Características da população: hábitos higiênicos, situação econômica, educação sanitária; • Desenvolvimento da cidade: presença de indústrias, tipo de indústria, zoneamento de bairros industriais; • Condições climáticas: precipitação atmosférica, umidade do ar, temperatura; • Características do abastecimento: qualidade da água distribuída, pressões na rede de distribuição, tarifa d’água, modo de distribuição (serviço medido), administração do serviço. 2.4 População Os dados da população compreendem os valores globais e a sua distribuição na cidade. Os valores globais podem ser obtidos em publicações oficiais do IBGE, que dão os resultados de estimativas e de recenseamentos, ou de entidades Estaduais e Municipais que efetuam censos tendo em vista o estudo de certos problemas. Na própria cidade, pode-se obter informações através das estatísticas dos prédios registrados e dos que estão sendo construídos (cadastro predial), do sistema de arrecadação de impostos (imposto predial) ou de tarifas (serviços de fornecimento de energia elétrica), etc. Em cidades onde a população flutuante é importante, há necessidade de pesquisar: • Época normal da influência dessas populações; Saneamento e Controle Ambiental Prof ª. Janete Feijó 11 • Distritos ou locais preferidos para a estadia; • Duração da estadia; • Estatísticas que permitam avaliar o fluxo das populações, como movimento em hotéis, pensões e abrigos; movimento de passageiros em aeroportos e estações rodoviárias; registros de veículos em postos de pedágio; estimativas existentes. A distribuição de população conforme os diferentes locais ou distritos tem relação com as respectivas vazões de dimensionamento. Alguns levantamentos podem ser efetuados escolhendo-se quarteirões típicos da cidade e contando-se a sua população. 2.5 Previsão do Consumo Diário de Água As categorias de consumo de água em instalações prediais podem ser residencial, comercial, industrial e pública. O consumo residencial é relativo à residências unifamiliares e edifícios multifamiliares. O consumo comercial acontece em restaurantes, hospitais e serviços de saúde, hotéis, lavanderias, auto-posto e lava- rápidos, clubes esportivos, bares, lanchonetes e lojas. O consumo industrial acontece em indústrias, que podem ser químicas e de produtos afins, metalúrgica básica, de papéis, de alimentos, de equipamentos elétricos e eletrônicos, de equipamentos de transportes, têxteis, etc. Na categoria consumo público estão os edifícios públicos, escolas, parques infantis, prédios de unidades de saúde pública, paço municipal, cadeia pública e todos os edifícios municipais, estaduais e federais existentes. Para a previsão do consumo diário de água de uma edificação, para fins de abastecimento de água, deve ser feito um estudo detalhado da taxa de ocupação, do número de ocupantes, do tipo de uso (interno ou externo), da atividade a ser desenvolvida, da finalidade do uso, entre outros. Os Quadro 1 e Quadro 2 apresentam a taxa de ocupação e o consumo diário de água de edificações. Quadro 1 – Taxa de Ocupação LOCAL TAXA DE OCUPAÇÃO Bancos 1 pessoa por 5,00 m2 de área Escritórios 1 pessoa por 6,00 m2 de área Lojas – pavto. superior 1 pessoa por 5,00 m2 de área Lojas – pavto. térreo 1 pessoa por 2,50 m2 de área Museus e bibliotecas 1 pessoa por 5,00 m2 de área Residências e apartamentos 2 pessoas por dormitório Restaurantes 1 pessoa por 1,40 m2 de área Salas de hotéis 1 pessoa por 5,50 m2 de área Salas de operações (hospitais) 8 pessoas Teatros, cinemas e auditórios 1 cadeira para cada 0,70 m2 de área Quadro 2 – Consumo Diário de Água PRÉDIO CONSUMO DIÁRIO Alojamentos provisórios 80 per capita Ambulatórios 25 per capita Saneamento e Controle Ambiental Prof ª. Janete Feijó 12 Casas populares ou rurais 120 per capita Cavalariças 100 por cavalo Cinemas, teatros e templos 2 por lugar Creches 50 per capita Edificações públicas e/ou comerciais 50 per capita Escolas – externatos 50 per capita Escolas – internatos 150 per capita Escolas – semi internatos 100 per capita Escritórios 50 per capita Fábricas 70 por operário Garagens 50 por automóvel Ginásio 25 por pessoa Hospitais 250 por leito Hotéis (s/ cozinha e s/ lavanderia) 120 por hóspede Indústria * 200 per capita Jardins 1,5 por m2 de área Lavanderias 30 por Kg de roupa seca Matadouros (animais de grande porte) 300 por cabeça abatida Matadouros (animais de pequeno porte) 150 por cabeça abatida Mercados 5 por m2 de área Oficina de costura 50 per capita Orfanatos, asilos e berçários 150 per capita Posto de serviço para automóveis 150 por veículo Quartéis 150 per capita Residências (casaou apartamento) ≥ 150 per capita Restaurantes e similares 25 por refeição * sem considerar a atividade industrial Saneamento e Controle Ambiental Prof ª. Janete Feijó 13 2.6 Unidades do Sistema de Abastecimento de Água � � ������ ��� � � �������� ��� Figura 1 – Unidades do Sistema de Abastecimento de Água Os sistemas de abastecimento de água geralmente compreendem: • Captação • Recalque • Adução de Água Bruta • Estação de Tratamento • Recalque • Adução de Água Tratada • Reservação • Rede de Distribuição A sequência acima não é obrigatória, assim como podem não existir algumas unidades no sistema. Quando se está projetando um sistema de abastecimento de água para uma comunidade deve-se buscar todas as alternativas possíveis desde os mananciais até a distribuição da água tratada, bem como as tecnologias disponíveis. Deve-se, ainda, estabelecer critérios de implantação e, principalmente, manter a gestão operacional orientada para os objetivos de garantia de abastecimento, qualidade da água fornecida e eficiência nos consumos de insumos e de energia elétrica. Figura 2 – Sistema de Abastecimento de Água Saneamento e Controle Ambiental Prof ª. Janete Feijó 14 2.7 Unidades do Sistema de Abastecimento de Água 2.7.1 Captação 2.7.1.1 Definição Manancial é um recurso hídrico onde é retirada a água, sendo que a escolha do manancial depende da sua localização, da quantidade de água disponível, da qualidade da mesma, etc. Os mananciais têm grande participação na concepção do projeto dos sistemas de abastecimento de água, pois são fontes naturais de onde se pode captar a água para os fins pretendidos de abastecimento público. Existem três tipos de mananciais, sendo eles: a) De águas pluviais: • Captadas pela superfície de telhados e encaminhadas para cisternas que armazenam a água para o abastecimento individual; • Captadas por superfícies especialmente preparadas e encaminhadas para reservatórios destinados ao abastecimento de pequenas comunidades. b) De águas superficiais: • Rios ou lagos com capacidade adequada, permitindo a capacidade direta; • Cursos d’água com vazões de estiagem insuficientes, mas com vazões médias anuais adequadas. O suprimento é assegurado pela construção de uma barragem, criando um reservatório de acumulação. c) De águas subterrâneas: • Fontes naturais de encosta e de fundo de vale; • Poços escavados, cravados ou perfurados; • Galerias de infiltração de encosta, com ou sem reservatório de água. Captação é o conjunto de estruturas e dispositivos construídos ou montados junto a um manancial para a tomada d’água destinada ao sistema de abastecimento. É a primeira unidade do sistema de abastecimento de água. O desempenho de todas as unidades subsequentes depende do seu constante e bom funcionamento. A concepção de uma unidade de captação deve considerar que não são admissíveis interrupções em seu funcionamento. Os principais tipos de captação existentes para águas superficiais são, em função das características dos mananciais, a captação direta, com barragem de nível, com canal de derivação, com canal de regularização, com reservatório de regularização, com torre de tomada, com poço de derivação e captação das águas da chuva. De modo geral, a captação geralmente é composta por: • Barragens ou vertedores para manutenção do nível ou para regularização da vazão; • Órgãos de tomada d’água com dispositivos para impedir a entrada de materiais flutuantes ou em suspensão na água; • Dispositivos para controlar a entrada de água; • Canais ou tubulações de interligação e órgãos acessórios; • Poços de sucção e casa de bombas para alojar os conjuntos elevatórios, quando necessário. Saneamento e Controle Ambiental Prof ª. Janete Feijó 15 2.7.1.2 Concepção e Escolha da Captação A concepção e a escolha do local de captação da água para abastecimento devem: • Assegurar condições de fácil entrada da água em qualquer época do ano; • Assegurar, tanto quanto possível, a melhor qualidade da água do manancial; • Garantir o funcionamento e a proteção contra danos e obstruções; • Favorecer a economia das instalações; • Facilitar a operação e a manutenção ao longo do tempo; • Planejar a execução de estruturas junto ou dentro da água, já que sua ampliação é, geralmente, muito trabalhosa; • Prever proteção contra inundação. A existência de grandes motores e bombas na captação, dimensionada geralmente para atender o pico de consumo de água, é normalmente subutilizada quando a demanda de água é menor. Este fato, por exemplo, possibilita planejar a operação do sistema objetivando e redução do consumo de energia. 2.7.2 Adução 2.7.2.1 Definição É o conjunto de encanamentos, peças especiais e obras de arte, destinado a promover a circulação da água num abastecimento urbano entre: • A captação e o reservatório de distribuição ou diretamente à rede de distribuição • A captação e a estação de tratamento • A estação de tratamento e o reservatório ou rede de distribuição • reservatório e a rede de distribuição. Desta forma, a adutora é um dispositivo destinado a conduzir água bruta e/ou tratada entre as unidades de um sistema de abastecimento. Quando de uma adutora principal derivam-se adutoras secundárias, estas são chamadas de sub-adutoras. 2.7.2.2 Classificação a) De acordo com a energia de movimentação da água: • Adução por gravidade • Adução por recalque • Adução mista (parte por gravidade, parte por recalque) b) De acordo com o modo de escoamento: • Adução em conduto livre • Adução em conduto forçado • Adução mista (parte em conduto forçado, parte em conduto livre) Saneamento e Controle Ambiental Prof ª. Janete Feijó 16 Adução por gravidade pode ser em conduto livre ou em conduto forçado. Numa adutora em conduto livre a água escoa sempre em declive, mantendo uma superfície livre sob o efeito da pressão atmosférica; em sistemas maiores, apresentam grande seção, podendo ser galerias, túneis ou canais e, em sistemas menores, são tubulações ou canais de pequena seção. Nas adutoras em conduto forçado a água corre sob pressão, processando-se o escoamento por gravidade. Por outro lado, a adução por recalque, ou através de bombeamento, exige um conjunto elevatório ou estação de bombeamento. A água é conduzida sob pressão de um ponto a outro mais elevado através de um conjunto motor-bomba e, consequentemente, com um consumo de energia associado. 2.7.3 Recalque 2.7.3.1 Definição Os recalques, bombeamentos ou estações elevatórias são utilizados nos sistemas de água para captá-la de mananciais de superfície ou de poços, seja para recalcá-la a pontos distantes ou elevados ou para reforçar a capacidade de adução de adutoras. São cada vez mais raros os sistemas de abastecimento de água que não necessitam de um recalque, geralmente devido à localização das cidades em cotas bastante elevadas em relação ao manancial mais próximo, ou à enorme distância do manancial que se encontra em posição mais alta que a cidade a ser abastecida. 2.7.3.2 Composição Normalmente fazem parte da estação de recalque: • Motores a vapor, de combustão interna ou elétricos, que transformam a energia térmica ou elétrica em energia mecânica; • Bombas que transformam a energia mecânica em energia cinética e energia piezométrica; • Máquinas e aparelhos necessários à operação, controle e segurança; • Poço de sucção e tubulações de sucção, de manobra e de recalque, com os correspondentes aparelhos de controle e segurança. 2.7.3.3 Características Para que, na prática, as vantagens dossistemas de bombeamento possam ser de fato concretizadas, são necessários alguns cuidados e recomendações: • Planejamento adequado do sistema de abastecimento; • Elaboração de um bom projeto para os sistemas de recalque; • Execução do projeto de acordo com as normas de construção apropriadas; • Instalação correta dos equipamentos; • Organização e manutenção de serviços de operação e conservação à altura das necessidades do serviço. 2.7.4 Tratamento 2.7.4.1 Definição Saneamento e Controle Ambiental Prof ª. Janete Feijó 17 Um sistema público de abastecimento de água deverá fornecer à comunidade água potável, isto é, água de boa qualidade para a alimentação humana e outros usos, dos pontos de vista físico, químico, biológico e bacteriológico. O tratamento da água deverá ser efetuado quando for comprovada a sua necessidade e a purificação for indispensável, compreendendo os processos imprescindíveis à obtenção da qualidade necessária para abastecimento público. O tratamento coletivo da água para abastecimento público é efetuado em Estações de Tratamento de Água – ETA, onde ela passa por diversos processos de depuração. Figura 3 – Tratamento de Água 2.7.4.2 Objetivos O tratamento da água tem por objetivo condicionar as características da água bruta, isto é, da água como encontrada na natureza, a fim de atender à qualidade necessária a um determinado uso. • A água a ser utilizada para o abastecimento público deve ter sua qualidade ajustada de forma a: • Atender aos padrões de qualidade exigidos pelo Ministério da Saúde e aceitos internacionalmente; • Prevenir o aparecimento de doenças de veiculação hídrica, protegendo a saúde da população; • Torná-la adequada aos serviços domésticos; • Prevenir o aparecimento da cárie dentária, através da fluoretação; • Proteger o sistema de abastecimento de água dos efeitos danosos da corrosão e da deposição de partículas no interior das tubulações. 2.7.4.3 Finalidades O tratamento da água é feito para atender a várias finalidades: • Finalidades higiênicas: remoção de bactérias, eliminação ou redução de substâncias tóxicas ou nocivas; redução do excesso de impurezas; redução de teores elevados de compostos orgânicos, algas, protozoários e outros microrganismos; Saneamento e Controle Ambiental Prof ª. Janete Feijó 18 • Finalidades estéticas: correção da cor, turbidez, odor e sabor; • Finalidades econômicas: redução da corrosividade, dureza, cor, turbidez, ferro, manganês, odor e sabor. 2.7.4.4 Processos de Tratamento da Água Os principais processos utilizados no tratamento convencional de água são os seguintes: • Medição da Vazão: determinação da vazão na entrada da ETA com o objetivo de conhecer a vazão de tratamento bem como de dosar os produtos químicos adequadamente. Utiliza-se mais comumente a Calha Parshall. • Coagulação: aplica ção de substâncias coagulantes à água, às quais têm a característica de fazer com que as minúsculas partículas presentes na mesma se aglutinem, formando flocos, os quais serão, posteriormente, sedimentados ou filtrados. A solução do coagulante é aplicada na unidade de mistura rápida. • Floculação: formação dos flocos, em câmaras (floculadores) onde a água é levemente agitada, permitindo a aglutinação das impurezas. Os floculadores podem ser hidráulicos ou mecânicos. • Flotação por Ar Dissolvido: separação de partículas através da introdução de gás ou geralmente ar na massa líquida. As bolhas de ar se aderem nas partículas e a força ascendente do conjunto partícula / bolha de gás é tal que a partícula sobe à superfície. • Decantação: passagem da água por grandes tanques para decantar os flocos de sujeira formados na floculação. • Filtração: passagem da água através de uma camada filtrante (leito de material granular: areia, cascalho, antracito). Os filtros podem ser lentos (tem baixa taxa de filtração e são indicados para pequenas cidades, sem turbidez elevada) ou rápidos (funcionam com altas taxas de filtração e devem ser precedidos de coagulação). • Desinfecção: adição de substâncias desinfectantes, visando eliminar os microrganismos patogênicos. • Ajuste do pH: dependendo do valor do pH da água, são aplicados produtos que provocam sua diminuição ou sua elevação, de forma que o mesmo se situe na faixa recomendada para água ser coagulada ou tornar-se potável. • Fluoretação: aplicação de produto químico à base de flúor no sentido de prevenir a cárie dentária. Comumente, as tradicionais Estações de Tratamento de Água incorporam em seu processo as etapas de clarificação, desinfecção, fluoretação e controle de corrosão e incrustação. O esquema abaixo apresenta o fluxograma de uma ETA convencional e completa. Figura 4 – Etapas de tratamento Saneamento e Controle Ambiental Prof ª. Janete Feijó 19 O Quadro 3 apresenta os principais objetivos do tratamento da água, de acordo com os processos utilizados. Quadro 3 – Objetivos do tratamento da água, de acordo com os processos utilizados. Processos Objetivos Mais Frequentes Menos Frequentes Clarificação Remoção de turbidez, de microorganismos e de alguns metais pesados Desinfecção Remoção de microorganismos patogênicos Fluoretação Proteção da cárie dentária infantil Controle de corrosão e/ou de incrustação Acondicionamento a água de tal maneira a evitar efeitos corrosivos ou incrustantes no sistema abastecedor e nas instalações domiciliares Abrandamento Redução da dureza; remoção de alguns contaminantes inorgânicos Adsorção Remoção de contaminantes orgânicos e inorgânicos; controle de sabor e odor Aeração Remoção de contaminantes orgânicos e oxidação de substâncias inorgânicas, como o Fe e o Mn Oxidação Remoção de contaminantes orgânicos e de substâncias inorgânicas, como o Fe e o Mn Tratamento com membranas Remoção de contaminantes orgânicos e inorgânicos Troca iônica Remoção de contaminantes inorgânicos Quanto ao consumo energético, na ETA estão localizados motores associados a bombas para limpeza de filtros, preparação de dosagens de solução de reagentes, e associados a equipamentos mecânicos de agitação de mistura. 2.7.4.5 Principais Produtos Químicos Utilizados Quadro 4 – Principais produtos químicos utilizados no tratamento da água. Aplicação Produtos utilizados Remoção de partículas em suspensão Sulfato de alumínio * Sulfato ferroso Sulfato ferroso clorado Sulfato férrico Cloreto férrico Aluminato de sódio Saneamento e Controle Ambiental Prof ª. Janete Feijó 20 Ajuste do pH Cal hidratada * Carbonato de cálcio Carbonato de sódio (soda ou barrilha) Hidróxido de sódio Gás carbônico Ácido clorídrico Ácido sulfúrico Controle da corrosão Cal hidratada * Carbonato de sódio Hidróxido de sódio Polifosfatos de sódio Remoção ou controle do desenvolvimento de microorganismos / desinfecção Cloro gasoso * Hipoclorito de sódio * Hipoclorito de cálcio * Amônia hidratada Hidróxido de amônia Sulfato de amônia Ozona Redução da cárie dentária infantil / fluoretação Fluorssilicato de sódio * Fluoreto de sódio Ácido fluorssilícico * Fluoreto de cálcio (fluorita) * mais utilizados 2.7.4.6 Considerações Gerais De maneira geral, os materiais que impurificam as águas podem ser assim classificados: • materiais que flutuam • materiais em suspensão: bactérias, algas e protozoários, lodos • materiais dissolvidos • colóides: matéria orgânica, sílica, resíduos industriais O tratamento da água deve ser precedido da remoção dos materiais que flutuam ou estão suspensos por meio do uso de grades e telas, geralmente instaladas na unidade de captação. 1) Processospara retirada de sabor e odor: a) Aeração: tem a finalidade de proporcionar o contato do ar com a água, a fim de que nesta seja efetivada a dissolução ou o desprendimento de gases, a oxidação de compostos ou a redução da corrosividade, por meio da redução do teor de gás carbônico. Saneamento e Controle Ambiental Prof ª. Janete Feijó 21 b) Pré-cloração: a cloração da água bruta, em função do poder oxidante, por derivados clorados de origem inorgânica, como hipoclorito de sódio, hipoclorito de cálcio e cloro gás, é bastante eficiente no processo de redução de sabor e odor da água. Em geral, após o uso de uma pré- cloração, a água passa por um leito de carvão ativado para retirada do excesso de cloro. c) Carvão ativado: na remoção dos gostos e odores da água pelo carvão ativado, o material pode ser aplicado como pó seco diretamente na água, antes da filtração ou da sedimentação ou mesmo num leito por onde a água pode ser passada. d) Sulfato de cobre: é utilizado, por sua ação algicida, para controlar algas causadoras de odor e sabor às águas. 2) Processos de clarificação a) Sedimentação simples: ocorre de maneira natural, em lagos e represas, para separar partículas com tamanho acima de 10 microns. É considerada como processo preliminar para aliviar as cargas sobre os processos de tratamento subsequentes, pois o tempo que as partículas gastam para se depositar inviabiliza a sedimentação simples na estação. b) Sedimentação com o uso de coagulantes: implica na necessidade de ajustar o pH da água e da matéria em suspensão, e da aglutinação das partículas, para aumentar o tamanho, conseguida por meio de substâncias coagulantes. c) Etapas do processo de sedimentação por coagulantes: • Coagulação: local ou ponto onde é adicionado o coagulante; • Câmara de mistura rápida: mistura que possibilita a reação do coagulante com a água, formando espécies hidrolisadas com carga positiva; • Formação do floco: processo físico que consiste no transporte das espécies hidrolisadas para que haja contato com as impurezas presentes na água, formando partículas maiores, denominadas flocos; • Decantação ou sedimentação: a velocidade nesta etapa é ainda mais lenta para permitir a completa deposição dos flocos no fundo do decantador. 3) Processos de Filtração A filtração consiste em fazer a água atravessar uma camada de material poroso, geralmente grãos de areia, que, em função do diâmetro dos poros, permite a retenção das partículas em suspensão por ventura provenientes da etapa da sedimentação. Os espaços vazios entre os grãos de areia atuam como diminutas câmaras de sedimentação, e permitem às partículas em suspensão aderirem-se às suas paredes, devido à camada gelatinosa previamente depositada pelas partículas que já foram retidas. Os filtros são classificados pela velocidade de filtração, podendo ser rápidos (de fluxo ascendente, descendente ou misto) ou lentos (de fluxo ascendente ou descendente), sendo que seu material granular deve apresentar grãos com tamanhos com variação dentro de determinados padrões estabelecidos para cada tipo de filtro. 4) Desinfecção A desinfecção é de fundamental importância na garantia da qualidade sanitária de uma água, uma vez que promove a eliminação de microrganismos patogênicos nela presentes. O processo físico de desinfecção por radiação ultravioleta é capaz de inativar quase todos os microrganismos encontrados em águas a serem tratadas, especialmente bactérias coliformes. Sua utilização é Saneamento e Controle Ambiental Prof ª. Janete Feijó 22 questionada, pois atua somente superficialmente e sua eficiência decresce com o tempo de utilização da lâmpada. Outro fator a ser considerado é o custo elevado. O ozônio é uma forma alotrópica do oxigênio que não apresenta odor peculiar, é muito volátil e pouco solúvel em água, sendo pouco estável e, por este motivo, sua produção deve ocorrer no próprio local de utilização. O uso de derivados clorados tem contribuído para o controle de doenças de origem hídrica e, por este motivo, tem sido frequentemente utilizados na desinfecção das águas de abastecimento. 5) Fluoretação Não é considerado um tratamento e sim uma polêmica complementação do tratamento convencional adotada no Brasil e em alguns outros países. A fluoretação da água de abastecimento público tem sido considerada o mais efetivo e econômico método de prevenção da cárie dentária em locais de alta prevalência, fundamental para garantir a manutenção da saúde pública, segundo alguns técnicos e pesquisadores. Porém, a polêmica está em torno do produto utilizado, considerado resíduo da indústria de fosfato fertilizantes, pois é um sub-produto da extração de fosfato da apatita. Outra questão levantada é que não é uma tarefa do tratamento urbano de água levar tratamento medicinal às pessoas. Alguns países adotam a fluoretação no sal ou no leite. 2.7.5 Reservação Após o tratamento, a água segue para a distribuição para a população, ou então, para a reservação estratégica em reservatórios de água tratada. 2.7.5.1 Definição O reservatório de distribuição permite armazenar a água para atender às variações de consumo e às demandas de emergência da cidade ou comunidade, pois: • Permite um escoamento com diâmetro uniforme na adutora, possibilitando a adoção de diâmetros menores nesta; • Permite um funcionamento uniforme para as bombas e para as instalações de tratamento, possibilitando um funcionamento mais econômico; • Evita interrupções no fornecimento de água, no caso de acidentes no sistema de adução, na estação de tratamento ou mesmo em certos trechos do sistema de distribuição; • Oferece maior segurança ao abastecimento, quando a demanda de emergência se destina ao combate a incêndio; • Proporciona uma economia no dimensionamento da rede de distribuição; • Possibilita uma melhoria das condições de pressão da água na rede de distribuição. 2.7.5.2 Classificação Quanto à localização no sistema • Reservatório de montante • Reservatório de jusante ou de sobras Quanto à localização no terreno • Reservatório enterrado Saneamento e Controle Ambiental Prof ª. Janete Feijó 23 • Reservatório semienterrado • Reservatório apoiado • Reservatório elevado Quanto ao material de construção • Reservatório de alvenaria • Reservatório de concreto armado comum • Reservatório de concreto protendido • Reservatório de aço • Reservatório de madeira • Reservatório em terra com paredes revestidas 2.7.5.3 Capacidade A capacidade do reservatório pode ser determinada por um critério de grande segurança, através da combinação de três finalidades: • Combate a incêndios • Variações de consumo ou volume flutuante • Situações de emergência decorrentes de falhas no sistema Geralmente os reservatórios demandam controle de nível a fim de mantê-los cheios de forma a não extravasarem. Os sistemas mais comuns são os de bóia ligados a sinaleiros ou a controles elétrico-eletrônicos de comando das bombas que os abastecem. 2.7.5.4 Precauções Especiais Os reservatórios de distribuição devem, entre outros: • Ter capacidade de armazenamento adequada; • Ser criteriosamente localizados; • Ter proteção contra águas de inundação, estando localizados em terreno inacessível a enchentes e/ou provido de drenagem pluvial dos terrenos adjacentes; • Ter proteção contra águas do subsolo e tubulações de esgoto, estas com distância mínima de 15 metros do reservatório; • Prever, sempre que possível, a divisão em dois compartimentos com possibilidade de funcionamento independente; • Ter previsão de descarga de fundo e extravasor em cada compartimento, devidamente protegidos a fim de impedir o refluxo da água e a entrada de animais; • Ser cobertos. As tampas de inspeçãoda cobertura devem ser perfeitamente vedadas a fim de impedir a entrada de animais e de luz solar; • Possuir câmara ou compartimento de manobras. Saneamento e Controle Ambiental Prof ª. Janete Feijó 24 2.7.6 Distribuição 2.7.6.1 Definição A rede de distribuição de água é constituída por um conjunto de condutos assentes nas vias públicas, junto aos edifícios, com a função de conduzir a água para os prédios e os pontos de consumo público. Esses condutos caracterizam-se pelas numerosas derivações (distribuição em marcha) e uma disposição em rede. 2.7.6.2 Materiais Empregados Os materiais mais utilizados na construção de tubos para distribuição de água sob pressão são ferro dúctil, ferro fundido, cimento amianto, concreto, aço e plástico (PVC). Tubos de pequeno diâmetro, usados nas ligações prediais, são geralmente de ferro galvanizado ou plástico (PVC). Os materiais usados nos tubos para distribuição de água devem ter as seguintes características: apresentar resistência às cargas externas e à fraturas em função da pressão; possuir habilidade para absorver impactos no transporte, manuseio e assentamento; possuir paredes internas lisas, resistentes à corrosão, e paredes externas resistentes à solos agressivos e à água subterrânea; possuir juntas estanques e possibilidade de receber ligações domiciliares. 2.7.6.3 Disposição dos Condutos Na rede de distribuição distinguem-se dois tipos de condutos: • Condutos principais: também chamados condutos tronco ou condutos mestres. São as canalizações de maior diâmetro, responsáveis pela alimentação dos condutos secundários. A eles cabe, portanto, o abastecimento de extensas áreas da cidade. • Condutos secundários: são de menor diâmetro e estão imediatamente em contato com os prédios a abastecer, cuja alimentação depende diretamente deles. A área servida por um conduto deste tipo é restrita. O traçado dos condutos principais deve tomar em consideração, de preferência: • Ruas sem pavimentação • Ruas com pavimentação menos onerosa • Ruas de menor intensidade de trânsito • Proximidade de grandes consumidores • Proximidade de áreas e de edifícios que devem ser protegidos contra incêndios. As redes de distribuição são normalmente projetadas de forma a abastecer os pontos mais desfavoráveis com uma pressão mínima suficiente. Em geral, podem ser definidos três tipos principais de redes de distribuição, conforme a disposição dos seus condutos principais: • Redes em “espinha de peixe”, em que os condutos principais são traçados a partir de um conduto principal central, com uma disposição ramificada que faz jus à denominação. É um sistema típico de cidades que apresentam desenvolvimento linear pronunciado. • Redes “em grelha”, em que os condutos principais são sensivelmente paralelos, ligam-se em uma extremidade a um outro conduto principal e têm seus diâmetros decrescendo para a outra extremidade. Saneamento e Controle Ambiental Prof ª. Janete Feijó 25 • Redes “malhadas”, em que os condutos principais formam circuitos ou anéis, lembrando a disposição de malhas. É um tipo de rede que geralmente apresenta uma eficiência superior aos dois anteriores. Nos dois primeiros tipos de redes, a circulação da água nos condutos principais faz-se praticamente em um único sentido. Uma interrupção acidental em um conduto mestre prejudica sensivelmente as áreas situadas à jusante da seção onde ocorreu o acidente. Na rede em que os condutos principais formam circuitos ou anéis, a eventual interrupção do escoamento em um trecho não ocasiona grandes transtornos ao abastecimento das áreas à jusante, pois a água efetuará um caminhamento diferente através de outros condutos principais. 2.7.6.4 Pressões • Pressão estática: pressão referida ao eixo da via pública, em determinado ponto da rede, sob condição de consumo nulo. • Pressão dinâmica: pressão referida ao eixo da via pública, em determinado ponto da rede, sob condição de consumo não nulo. A pressão dinâmica mínima é de 10m.c.a. e a pressão estática máxima é de 50m.c.a. Valores da pressão estática superiores à máxima e da pressão dinâmica inferiores à mínima podem ser aceitos, desde que justificados técnica e economicamente. 2.7.6.5 Velocidades A velocidade mínima nas tubulações deve ser de 0,6m/s e a máxima de 3,5m/s. 2.7.6.6 Diâmetros O diâmetro interno mínimo dos condutos secundários é de 50mm. 2.7.6.7 Normas Técnicas O dimensionamento das redes de distribuição deve ser de acordo com o estabelecido na NBR 12218/94: Projeto de Rede de Distribuição de Água para Abastecimento Público. 2.8 Dimensionamento da Rede de Abastecimento de Água pelo Método do Seccionamento Fictício a) Vazão de abastecimento (Q) � � �������� ��� Onde: Q = vazão de abastecimento (l/s) P = população (hab) X = consumo per capita de água (l/hab.dia) K1 = coeficiente do dia de maior consumo (1,2) K2 = coeficiente da hora de maior consumo (1,5) Saneamento e Controle Ambiental Prof ª. Janete Feijó 26 b) Vazão de marcha (q) � � �������� ��� �� � � � � Onde : q = vazão de marcha (l/s.m) L = extensão da rede de abastecimento (m) c) Vazão de montante = Q (em l/s) d) Vazão no trecho = � � � (em l/s) e) Vazão de jusante = ���ã� �� �������� – ���ã� �� ������ (em l/s) f) Vazão Fictícia (QFIC) (� !") = ���ã� �� �������� # ���ã� �� $%&���� (em l/s) g) Velocidade (V) ' � �( !")����� � �( !"* � � � ���� Onde: V = velocidade (m/s) +,-. = vazão fictícia (L/s) A = área da seção do tubo (m²) R = raio do tubo (m) h) Perda de carga unitária (J) / � 0 �( !"�, 2 3 � " � 4 , 5 � ����6 � �,3�7 Onde: J = perda de carga unitária (m/m) +,-. = vazão fictícia (l/s) C = coeficiente de atrito (CPVC = 140) D = diâmetro do tubo (m) Saneamento e Controle Ambiental Prof ª. Janete Feijó 27 i) Perda de carga total (hp) �8 � / � � Onde: hp = perda de carga total (m) J = perda de carga unitária (m/m) L = extensão do trecho (m) j) Cota do Terreno de Montante (CTMont) = tirar da planta ou perfil (em m) k) Cota do Terreno de Jusante (CTJus) = tirar da planta ou perfil (em m) l) Pressão Disponível de Montante (PDMont) = valor medido ou estimado (em m.c.a.) m) Cota Piezométrica de Montante (CPMont) = PDMont + CTMont (em m) n) Pressão Disponível de Jusante (PDJus) = CPMont – CTJus – hp (em m.c.a.) o) Cota Piezométrica de Jusante (CPJus) = PDJus + CTJus (em m) Saneamento e Controle Ambiental Prof ª. Janete Feijó 28 PLANILHA DE REDE DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA Método do Seccionamento Fictício Número de habitantes: P = 150 pes Per capita residencial: X = 200 L/hab dia Coeficiente do dia de maior consumo: K1 = 1,2 Coeficiente da hora de maior consumo: K2 = 1,5 Extensão da rede de água: L = 360,00 m QR = P x X x K1 x K2 q = Q 86400 L QR = 150 x 200 x 1,2 x 1,5 q = 0,625 86400 360 QR = 0,625 l/s q = 0,00174 l/sm Trecho Extens (m) Vazão mont (L/s) Vazão trecho (L/s) Vazão jus (L/s) Vazão fictícia (L/s) Diâm (mm) Veloc (m/s) Perda de carga J unit (m/m) Perda carga hp total(m) Cota terreno mont(m) Cota terrenoj us (m) Cota piezom mont (m) Cota piezom jus (m) Pres dispon mont (mca) Pres dispon jus (mca) 1-2 60,00 0,625 0,104 0,521 0,573 50 0,292 0,00244 0,15 25,00 23,00 34,00 33,85 9,00 10,85 2-3 50,00 0,313 0,087 0,226 0,270 50 0,138 0,00060 0,03 23,00 23,00 33,85 33,82 10,85 10,82 3-4 80,00 0,226 0,139 0,087 0,157 50 0,080 0,000220,02 23,00 22,00 33,82 33,80 10,82 11,80 4-5.1 50,00 0,087 0,087 0,000 0,044 50 0,022 0,00002 0,00 22,00 21,00 33,80 33,80 11,80 12,80 2-5 80,00 0,208 0,139 0,069 0,139 50 0,071 0,00018 0,01 23,00 21,00 33,85 33,84 10,85 12,84 5-6 40,00 0,069 0,070 -0,001 0,035 50 0,018 0,00001 0,00 21,00 20,00 33,84 33,84 12,84 13,84 ∑ 360,00 Saneamento e Controle Ambiental Prof ª. Janete Feijó 2.8.1 Legenda do Sistema de Abastecimento de Água Tubo PVC JE PB DN 50 Curva PVC 45° JE PB DN 50 Curva PVC 90° JE PB DN 50 Tê PVC 90º JE BBB DN 50 Cruzeta PVC JE BBBB DN 50 Registro FºFº DN 50 Hidrante Reservatório COTA DO TERRENO (m) COTA PIEZOMÉTRICA (m) PRESSÃO DISPONÍVEL (m.c.a.) EXTENSÃO (m) DIÂMETRO (mm) RES N Saneamento e Controle Ambiental Prof ª. Janete Feijó 30 2.9 Cálculo do Volume do Reservatório ' � �5� "4 + � � � "4 � � � � � �� Onde: V = volume do reservatório (l) CD = consumo diário (l/dia) P = população a ser abastecida nas residências (hab) X = consumo per capita de água (l/hab.dia) K1 = coeficiente do dia de maior consumo (1,2) Obs.: O 1º termo da 1ª equação refere-se ao Consumo Diário de água nas residências, enquanto que o 2º termo refere-se à Reserva Técnica de Incêndio (RTI). Saneamento e Controle Ambiental Prof ª. Janete Feijó 3 Sistemas de Esgotos Sanitários 3.1 Introdução É o conjunto de elementos que tem por objetivo a coleta, o transporte ou afastamento, o tratamento e a disposição final dos esgotos sanitários. Compreende sistema coletor, interceptor, emissário, estação elevatória ou de recalque, estação de tratamento e disposição final, cada qual com seus devidos componentes. Os sistemas de esgotos sanitários não compreendem, necessariamente, todas as unidades acima. Os esgotos sanitários devem ser coletados e removidos para suas áreas de disposição final ou tratamento o mais rapidamente possível, a fim de que se possa evitar o desenvolvimento de suas condições sépticas. 3.2 Concepção dos Sistemas de Esgotos Sanitários É o conjunto de estudos e conclusões referentes ao estabelecimento de todas as diretrizes, parâmetros e definições necessárias e suficientes para a caracterização completa do sistema a ser projetado e, posteriormente, implantado. Tem como objetivos: • Identificação e quantificação de todos os fatores intervenientes (interferências) com o sistema de esgotos; • Diagnóstico do sistema existente, considerando a situação atual e futura; • Estabelecimento de todos os parâmetros básicos de projeto; • Pré-dimensionamento das unidades do sistema, para as alternativas estudadas; • Escolha da alternativa mais adequada mediante a comparação técnica, econômica e ambiental; • Estabelecimento das alternativas gerais de projeto e estimativa das quantidades de serviços que devem ser executadas nesta fase. 3.3 Classificação dos Sistemas de Esgotos Sanitários 3.3.1 Unitário Esse sistema recolhe, na mesma canalização, os lançamentos dos esgotos sanitários e as contribuições pluviais. Tem como desvantagens a carga hidráulica descontrolada para as ETE’s; a exigência de canalizações de diâmetro maior e a extravasão do excesso de água pluvial, evidentemente misturada ao esgoto, representando a poluição do corpo receptor. 3.3.2 Separador Saneamento e Controle Ambiental Prof ª. Janete Feijó 32 Este sistema caracteriza-se por oferecer duas redes de canalização, sendo uma exclusivamente para a coleta dos esgotos sanitários e a outra para recolher as águas de chuva. As redes separadas cumprem, independentemente uma da outra, as regulamentações normativas de projeto. 3.3.3 Estático Neste sistema, em cada residência ou grupo de residências, é construído um sistema de tanques sépticos. O efluente da unidade de tratamento complementar é infiltrado ou encaminhado à rede pluvial. 3.3.4 Condominial Esse sistema consiste em, no interior dos quarteirões e aproveitando-se uma das faixas de domínio público, serem lançados os coletores de esgoto para atendimento aos domicílios. As caixas de inspeção devem ser facilmente acessíveis, sem violar, entretanto, a intimidade domiciliar. 3.4 Unidades dos Sistemas de Esgotos Sanitários Figura 5 – Unidades dos Sistemas de Esgotos Sanitários 3.4.1 Sistema Coletor O sistema coletor é classificado em ligação domiciliar (também chamada de coletor predial ou ligação predial), rede coletora (ou coletor secundário) e coletor tronco. 3.4.1.1 Ligação Domiciliar Corresponde à canalização responsável pela interligação da instalação predial do imóvel ao sistema público, instalada a partir do interior da propriedade (terreno) ou do passeio público até o coletor secundário ou rede coletora. É dotada, preferencialmente, de caixa de inspeção e ramal predial, com diâmetro mínimo de 100 mm. Saneamento e Controle Ambiental Prof ª. Janete Feijó 3.4.1.2 Rede Coletora São canalizações destinadas a recolher e transportar os esgotos provenientes das ligações domiciliares, geralmente assentadas no passeio ou na via de tráfego. Os diâmetros variam de 150 a 300 mm, possibilitando a interligação das ligações domiciliares com a própria canalização, através de conexões denominadas “Tê” ou “selim”. Os materiais mais utilizados são PVC e manilha cerâmica, cujo emprego resulta em diferentes valores de taxas de infiltração. Visando a economia global no empreendimento, utiliza-se normalmente uma rede simples, que consiste numa única tubulação atendendo aos dois lados da rua. Algumas situações, no entanto, devem ser consideradas, as quais levam á adoção de rede dupla, visando ao menor custo das ligações prediais e a facilidade de implantação, manutenção e reparação da rede coletora. 3.4.1.3 Coletor Tronco É o coletor principal de uma bacia de drenagem, geralmente de PVC, manilha cerâmica ou concreto, que recebe a contribuição da rede coletora, conduzindo seus esgotos a um interceptor ou emissário. Com diâmetros iguais ou superiores a 400 mm, não comportam a interligação com as ligações domiciliares, recebendo somente os esgotos provenientes das redes coletoras, através de acessórios. O recobrimento das redes coletoras e dos coletores tronco não deve ser inferior a 0,90m para tubulações assentadas no leito da via de tráfego, ou a 0,65m para tubulações assentadas no passeio. Recobrimentos menores devem ser evitados. Na execução de redes coletoras e coletores tronco com profundidades acentuadas e, dependendo das condições do solo, devem ser previstos escoramentos. Os materiais mais utilizados em sistemas de coleta de esgotos são o tubo cerâmico, o concreto e o PVC. As características dos esgotos, as condições locais, os recursos financeiros e os métodos utilizados na construção condicionam a escolha do material a ser empregado. De um modo geral, os seguintes fatores devem ser observados para uma escolha criteriosa: • resistência a cargas externas • resistência à abrasão e ao ataque químico • facilidade de transporte • disponibilidade de diâmetros necessários • custo do material, do transporte e do assentamento 3.4.2 Interceptores São canalizações destinadas a interceptar e receber os esgotos das redes coletoras e coletores tronco; não aceitando, porém, o lançamento direto das ligações domiciliares. Com diâmetros superiores a 400 mm, diferem dos coletores tronco devido o amortecimento das cargas hidráulicas, ou seja, estas unidades, normalmente de grandes extensões, absorvem as vazões máximas horárias de contribuição de esgotos. O recobrimento dos interceptores e a escolha do material (geralmente concreto) seguemos mesmos critérios daqueles adorados para redes coletoras e coletores tronco. Saneamento e Controle Ambiental Prof ª. Janete Feijó 34 3.4.3 Emissários São canalizações que recebem os esgotos na extremidade de montante e os lançam na estação de tratamento ou no corpo receptor. Não recebem contribuições no trecho ou pontuais, provenientes de coletores ou interceptores. Para emissários ou linhas de recalque, normalmente são utilizados os tubos de ferro fundido ou de aço. 3.4.4 Estação Elevatória ou de Recalque Conjunto de instalações destinadas a transferir os esgotos de uma cota mais baixa para outra mais alta, geralmente nos seguintes casos: • Em terrenos planos e extensos, evitando-se que as canalizações atinjam profundidades excessivas; • No caso de esgotamento de áreas novas situadas em cotas inferiores àquelas já executadas; • Na reversão dos esgotos de uma bacia de esgotamento para outra; • Para descarga em interceptores, emissários, ETE’s ou em corpos receptores, quando não for possível utilizar apenas a gravidade. Devem ser projetadas com concepção adequada para cada caso, utilizando-se convenientemente equipamentos e métodos construtivos para que seus custos sejam os mínimos possíveis, sem perda de eficiência. As bombas comumente utilizadas para o recalque dos esgotos são: • Bombas centrífugas (c/ rotor): cj. de eixo horizontal, cj. de eixo vertical, cj. submerso • Bombas parafuso (c/ eixo rotativo) • Ejetores pneumáticos (c/ reservatório) As estações elevatórias típicas são formadas por: • Casa de bombas: edificação própria destinada a abrigar os conjuntos moto-bomba. Deve ter iluminação e ventilação adequadas e ser suficientemente espaçosa para a instalação e movimentação dos conjuntos elevatórios e para a parte elétrica. • Linha de sucção: conjunto de canalizações e peças que vão do poço de sucção até a entrada da bomba. • Linha de recalque: conjunto de canalizações e peças que vão da saída da bomba até o reservatório ou ponto de recalque. • Poço de sucção: reservatório de onde a água será recalcada. Sua capacidade ou volume deve ser estabelecido de maneira a assegurar a regularidade no trabalho de bombeamento. São canalizações que recebem os esgotos na extremidade de montante e os lançam na estação de tratamento ou no corpo receptor. Não recebem contribuições no trecho ou pontuais, provenientes de coletores ou interceptores. 3.4.5 Estações de Tratamento de Esgotos – ETE’s Tratamento de esgotos é a transformação de substâncias complexas (químicas) em simples, sem provocar danos ao ambiente. Os esgotos domésticos contem, aproximadamente, 99,9% de água. A fração restante Saneamento e Controle Ambiental Prof ª. Janete Feijó inclui sólidos orgânicos e inorgânicos, suspensos e dissolvidos, bem como microrganismos. Portanto, é devido a essa fração de 0,1% que há necessidade de se tratar os esgotos. As estações de tratamento de esgotos sanitários têm como objetivo controlar a poluição e a contaminação produzidas nas unidades receptoras e condutoras destes, provenientes das comunidades. Figura 6 – Estação de Tratamento O tratamento dos esgotos sanitários, que consiste na remoção de matérias orgânicas, inorgânicas e microorganismos patogênicos que se encontram dissolvidos e em suspensão na água, utiliza operações ou processos de remoção físicos, químicos e biológicos, materializados pelas unidades empregadas em estações de tratamento de esgotos (ETEs). Os processos biológicos, fundamentais na remoção de cargas orgânicas, produzem a biodegradação da matéria orgânica através de reações bioquímicas resultantes da ação das bactérias. No projeto de uma estação de tratamento normalmente não há interesse em se determinar os diversos compostos dos quais a água residuária é constituída, não só pela dificuldade em se executar vários destes testes em laboratório, mas também pelo fato dos resultados em si não serem utilizáveis como elementos de projeto e operação. Assim, é preferível a utilização de parâmetros indiretos que traduzam o caráter o ou potencial poluidor do esgoto. Tais parâmetros definem a qualidade do esgoto, podendo ser divididos em três categorias: parâmetros físicos, químicos e biológicos. 3.4.5.1 Principais Parâmetros Indicadores a) Sólidos Totais É definido como toda a matéria que permanece como resíduo após a evaporação à temperatura de 103 a 105ºC. Tipos de sólidos Dimensões das partículas Saneamento e Controle Ambiental Prof ª. Janete Feijó 36 Dissolvidos 10-3 a 10-5 µ Coloidais 1 a 10-3 µ Suspensos 1 a 100 µ b) Temperatura A determinação da temperatura é a medição da quantidade de calor. A temperatura das águas residuais é um parâmetro de grande importância devido seu efeito na vida aquática. O oxigênio é menos solúvel em águas quentes do que em águas frias. 0 ºC → concentração de O2 = 14,6 mg/l 10 ºC → concentração de O2 = 11,3 mg/l 20 ºC → concentração de O2 = 9,2 mg/l 30 ºC → concentração de O2 = 7,6 mg/l O aumento da temperatura estimula as atividades biológicas, resultando em consumo de O2 justamente na ocasião em que a água passa a conter menos esse elemento. Por isso as condições sanitárias tendem a se agravar durante o verão. c) Cor É provocada pela presença de partículas minerais dissolvidas (Fe, Mg), corantes inorgânicos e orgânicos (matéria orgânica). A cor da água varia o pH. Diferença entre cor aparente e cor verdadeira: no valor da cor aparente pode estar uma parcela devida a turbidez da água. Quando esta é removida por centrifugação, obtém-se a cor verdadeira. d) Odor Provocado por gases produzidos pela decomposição da matéria orgânica, por contaminantes como o fenol, mercaptana, etc., ou pela presença de despejos domésticos ou industriais. e) Turbidez Indica a presença de partículas insolúveis de areia fina, argila, minerais colóides, resíduos industriais que impedem a passagem da luz solar através da água, conferindo uma aparência turva à mesma. f) pH - Potencial Hidrogeniônico Representa a concentração de íons hidrogênio H+, dando uma indicação sobre a condição de acidez, neutralidade ou alcalinidade da água. A faixa de pH é de 1 a 14. Caracteriza os corpos d'água e as águas residuárias brutas ou tratadas. Saneamento e Controle Ambiental Prof ª. Janete Feijó pH < 7: condições ácidas pH = 7: neutralidade pH > 7: condições básicas g) DBO - Demanda Bioquímica de Oxigênio É a quantidade de Oxigênio necessária para a estabilização / decomposição, através de processos bioquímicos, da matéria orgânica biodegradável presente no esgoto. Se processa exclusivamente através de bactérias aeróbias. A DBO é tanto maior quanto mais elevado o teor de matéria orgânica; e o esgoto não entra em putrefação (decomposição) quando possui teor de Oxigênio superior à sua DBO. A estabilização completa demora vários dias. Para evitar que o teste de laboratório fosse sujeito a uma grande demora e para permitir a comparação entre os resultados, convencionou-se: • Proceder-se a análise no 5º dia; • Efetuar-se o teste à temperatura de 20ºC. • Daí a expressão: DBO5,20 Demanda Diária de Oxigênio (DT) 4: � �, ��� � � � 4;< Onde: DBO esgoto = 300 mg/L Q = Produção diária de esgoto (m³) Demanda Diária por Habitante (DH) 4= � 4:� Onde: DT= Demanda diária de oxigênio (Kg) P = População em mil habitantes População Equivalente (Pe) �> � 4!4= Onde: DI= Demanda total diária de esgoto industrial DH= Demanda total diária por habitante h) DQO - Demanda Química de Oxigênio Saneamento e Controle Ambiental Prof ª. Janete Feijó 38 Teste que mede o consumo de Oxigênio ocorrido durante a oxidação química da matéria
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