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CENTRO UNIVERSITÁRIO CESMAC DÉBORA YASMIN CAVALCANTE DA SILVA SAMARA THAÍS LIMA RAMOS IMPLANTAÇÃO DO SISTEMA JARDIM FILTRANTE: alternativa para o tratamento do efluente cinza na zona urbana MACEIÓ-AL 2018/1 DÉBORA YASMIN CAVALCANTE DA SILVA SAMARA THAÍS LIMA RAMOS IMPLANTAÇÃO DO SISTEMA JARDIM FILTRANTE: alternativa para o tratamento do efluente cinza na zona urbana Trabalho de Conclusão de Curso apresentado como requisito final para conclusão do curso de Engenharia Civil do CESMAC, sob a orientação da professora Me. Marianny Monteiro Pereira de Lira e coorientação da professora Daysy Lira Oliveira Cavalcanti. MACEIÓ/-AL 2018/1 S586i Silva, Débora Yasmin Cavalcante da Implantação do sistema jardim filtrante: alternativa para o tratamento do efluente cinza na zona urbana / Débora Yasmin Cavalcante da Silva, Samara Thaís Lima Ramos. -- Maceió: 2018 73 f.: il. TCC (Graduação em Engenharia civil) - Centro Universitário CESMAC, Maceió - AL, 2018. Orientador: Marianny Monteiro Pereira de Lira Coorientadora: Daysy Lira Oliveira Cavalcanti 1. Jardim filtrante. 2. Tratamento de águas cinzas. 3. Reutilização de esgoto doméstico. 4. Tratamento natural de esgoto. I. Lira, Marianny Monteiro Pereira de. II. Cavalcanti, Daysy Lira Oliveira. III.Título. CDU: 628.3.033 REDE DE BIBLIOTECAS CESMAC Evandro Santos Cavalcante Bibliotecário CRB-4/1700 AGRADECIMENTOS Agradecemos primeiramente a Deus pelo dom da vida, por toda força, saúde e coragem que nos foi dada para conseguirmos chegar ao fim de nossa graduação em Engenharia Civil, e que apesar dos desafios encontrados ao longo do caminho nos manteve firmes e fortes em busca do nosso sonho. Um muito obrigada as nossas famílias pelo suporte e dedicação durante todos os anos de graduação, graças ao apoio de vocês conseguimos chegar até aqui e alcançar esse sonho e aos amigos por toda colaboração na construção desse trabalho, a participação de vocês foi fundamentação na concretização deste projeto. Gratidão também a Universidade que nos recebeu de braços abertos, que nos deu suporte e condições de aprendizagem, principalmente com o nosso Trabalho de Conclusão de Curso, agradecemos ao apoio dado pela nossa coordenadora Rosineide e ao pessoal do laboratório de Construção civil na elaboração deste projeto. Aos professores que sem dúvida alguma foram essenciais nesse processo de aprendizagem, em sua maioria com muita paciência e sabedoria para lidar com as nossas dúvidas e as perturbações diárias. Muito Obrigada a Professora Marianny Monteiro por orientar nosso trabalho de conclusão de curso da melhor forma possível, sempre nos dando ideias, apoiando e principalmente nas horas mais difíceis acreditando que tudo daria certo, não poderíamos ter melhor orientadora e a Professora Daysy Cavalcante por nós auxiliar na conclusão do nosso trabalho. E por fim, a todos que de alguma forma nos ajudaram a chegar ao fim destes cinco anos de luta, lagrimas e alegrias, somos gratas a cada um de vocês. IMPLANTAÇÃO DO SISTEMA JARDIM FILTRANTE: alternativa para o tratamento do efluente cinza na zona urbana IMPLEMENTATION OF THE GARDEN FILTER SYSTEM: alternative for the treatment of gray effluent in urban areas Débora Yasmin Cavalcante da Silva Graduanda em engenharia civil Deborayasmin2010@hotmail.com Samara Thaís Lima Ramos Graduanda em engenharia civil Samarathais_15@hotmail.com Marianny Monteiro Pereira de Lira Mestra em Engenharia Civil Marianny.monteiro@gmail.com Daysy Lira Oliveira Cavalcanti daysyy_lira@hotmail.com Mestra em Engenharia Civil RESUMO O descarte inadequado do esgoto doméstico sem o devido tratamento gera sérios problemas que afetam a qualidade das águas, além de desequilibrar o ecossistema aquático e proporcionar malefícios a saúde pública. Em busca de uma alternativa natural e econômica para minimizar esses problemas foi desenvolvido o presente trabalho apresentando uma alternativa para o reaproveitamento do efluente gerado pelo esgoto doméstico. Nesse sistema as águas cinza são tratadas por meio de um sistema de tratamento natural e simples denominado Jardim Filtrante. Através de estudos sobre implantação e dimensionamento foi possível sua construção e instalação, que não só proporcionou um adequado tratamento eficiente e econômico para o efluente gerado como também uma valorização paisagística do espaço onde foi implantado proporcionando uma maior qualidade de vida aos usuários. PALAVRAS-CHAVE: Jardim Filtrante. Tratamento de águas cinzas. Reutilização de esgoto doméstico. Tratamento natural de esgoto. ABSTRACT The inadequate disposal of domestic wastewater without proper treatment creates serious problems that affect water quality, as well as unbalance the aquatic ecosystem and harm public health. In search of a natural and economical alternative to minimize these problems, the present work presented an alternative for the reuse of the effluent generated by domestic sewage, called gray water by means of a simple and natural treatment system called Garden Water Filter. Through studies it was possible to build and install it, which not only provided an adequate and efficient treatment for the generated effluent, but also a landscape appreciation of the space where it was installed, providing a higher quality of life for users. KEYWORDS: Garden Water Filter System. Grey water treatment. Wastewater reuse. Natural treatment of wastewater. LISTA DE FIGURAS Figura 1- Composição do Jardim Filtrante ................................................................ 22 Figura 2- Ilustração das plantas macrófitas .............................................................. 23 Figura 3 - Fluxograma das etapas construtivas do Jardim ....................................... 34 Figura 4 - Área de estudo para implantação do Jardim Filtrante .............................. 35 Figura 5 - Planta Baixa do Jardim Filtrante ............................................................... 35 Figura 6 - Locação do terreno .................................................................................. 36 Figura 7 - Levantamento da Alvenaria ...................................................................... 36 Figura 8 - Aplicação do reboco ................................................................................. 37 Figura 9 - Instalação das tubulações ........................................................................ 37 Figura 10 - Dreno confeccionado com tubo de PVC................................................. 37 Figura 11 - Dreno Horizontal Profundo de PVC ........................................................ 38 Figura 12 - Instalação do Dreno Horizontal Profundo ............................................... 38 Figura 13 - Caixas de gordura e retenção de sólidos ............................................... 39 Figura 14 - Camada de Brita adicionada ao jardim juntamente com a tela para separação das camadas de materiais ....................................................................... 40 Figura 15 - Camada de areia grossa ........................................................................ 40 Figura 16 - Camada de terra vegetal ........................................................................ 41 Figura 17 - Plantas macrófitas e ornamentais nativas da região .............................. 42 Figura 18 - Armações das Tampas com CA-50 de 5,0 mm ...................................... 43 Figura 19 - Lançamento e Adensamento do Concreto na forma da Tampa ............. 43 Figura 20 – Tampasdo reservatório e caixa de gordura. ......................................... 44 Figura 21 – Plantas inseridas no jardim filtrante ....................................................... 44 Figura 22 - Estrutura do Jardim filtrante ................................................................... 45 Figura 23 - Coleta de Efluente para realização de análises de parâmetros ............. 49 Figura 24 - Efluente Coletado na Entrada do Jardim Filtrante .................................. 49 Figura 25 - Planta Baixa - Jardim Filtrante .............................................................. 52 Figura 26 - Planta Baixa do Jardim Filtrante ............................................................. 56 Figura 27 - Planta de Corte - Jardim Filtrante ........................................................... 56 Figura 28 - Espaço antes da implantação do Jardim Filtrante .................................. 60 Figura 29 - Espaço depois da implantação do Jardim Filtrante ................................ 60 LISTA DE QUADROS Quadro 1 - Classificação das macrófitas aquáticas .................................................. 24 Quadro 2 - Grau de Tratamento para Usos Múltiplos de Esgoto .............................. 28 Quadro 3 - Espécies inseridas no Jardim Filtrante ................................................... 41 Quadro 4 – Parâmetros analisados .......................................................................... 46 Quadro 5 - Parâmetros analisados na entrada do efluente ...................................... 48 Quadro 6 - Composição de Custos de Alvenaria ...................................................... 53 Quadro 7 - Composição de Custos do Reboco ........................................................ 54 Quadro 8 - Composição de Custos da Tubulação .................................................... 55 Quadro 9 - Composição Interna de Custos do Jardim Filtrante ................................ 57 Quadro 10 - Composição de Custo dos Materiais: Insumos..................................... 58 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 8 1.1 Considerações Iniciais ....................................................................................... 8 1.2 Objetivos ............................................................................................................ 10 1.2.1 Objetivo Geral ................................................................................................... 10 1.2.2 Objetivos Específicos ........................................................................................ 10 2 REFERENCIAL TEÓRICO ................................................................................. 11 2.1 Sistema de Esgotamento Sanitário Doméstico .............................................. 11 2.1.1 Princípios do Tratamento de Esgoto ................................................................. 12 2.1.2 Impactos da Disposição Inadequada de Esgoto Doméstico ............................. 14 2.2 Alternativas Para o Tratamento de Esgoto ..................................................... 16 2.2.1 Sistema Natural de Tratamento de Esgoto ....................................................... 17 2.2.2 Jardim Filtrante ................................................................................................. 19 2.2.2.1 Estrutura e composição dos Jardins Filtrantes ............................................. 22 2.2.2.2 Dimensionamento ......................................................................................... 24 2.3 Reuso doméstico para fins não potáveis ....................................................... 25 2.3.1 Reuso de Águas Cinza ..................................................................................... 26 2.3.2 Aspectos qualitativos das Águas Cinza ............................................................ 27 2.3.2.1 Características físicas ................................................................................... 28 2.3.2.2 Características Químicas .............................................................................. 29 2.3.2.3 Características Microbiológicas .................................................................... 30 2.3.3 Viabilidade Técnica ........................................................................................... 31 3 METODOLOGIA ................................................................................................... 33 3.1 Dimensionamento e implantação do Jardim filtrante. ................................... 33 3.2 Análise de Parâmetros Físico-Químicos do Efluente .................................... 45 3.3 Verificação do custo benefício da implantação do sistema .......................... 46 4 RESULTADOS E DISCUSSÕES .......................................................................... 48 4.1 Qualidade da água proveniente da entrada e saída do Jardim Filtrante ...... 48 4.2 Alternativas de reúso após a análise do efluente .......................................... 50 4.3 Custo para implantação do Jardim Filtrante .................................................. 50 4.3.1 Quantificação de Materiais para composição de custos ................................... 50 4.3.2 Área de Alvenaria ............................................................................................. 51 4.3.3 Composição do Custo através do Orçamento de Obras de Sergipe – ORSE e Sistema Nacional de Pesquisa de Custos e Índices da Construção Civil SINAPI ..... 52 4.3.4 Considerações sobre o custo de implantação do Jardim Filtrante .................... 57 4.4 Benefício da implantação do jardim filtrante .................................................. 59 5 CONCLUSÃO ....................................................................................................... 61 REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 63 ANEXOS ................................................................................................................... 70 ANEXO A - Orçamento dos parâmetros fisico-quimicos e biológico realizado pelo Institituto do Meio Ambiente. ..................................................................................... 71 ANEXO B – Resultado de Ensaios Analíticos (Físicos, Químicos e Biológicos) ....... 72 8 1 INTRODUÇÃO 1.1 Considerações Iniciais O descarte inadequado do esgoto doméstico gera sérios problemas ambientais, sociais, saúde pública. O despejo do esgoto sem o devido tratamento afeta a qualidade das águas, além de desequilibrar o ecossistema aquático e trazer malefícios a saúde pública. Dados do Instituto Trata Brasil (2015), apontam que de todo o esgoto produzido no país, apenas 38% passa por algum tipo de tratamento. Isso significa que mais de 100 milhões de brasileiros, mais da metade da população do país, não possui acesso aos serviços de saneamento básico e todo esgoto produzido por essa população é despejado in natura em nossos mananciais. O levantamento, intitulado Ranking do Saneamento mostra que a coleta de esgotos chegou a 61,40% da população nas 100 maiores cidades do Brasil e a somente 48,1% no restante do país, no ano de 2011 (STRACI, 2017). Conforme Édison Carlos (2017), presidente do Instituto Trata Brasil: “Desde os anos de 1970, a prioridade dos governos foi levar água de qualidade para as pessoas, mas houve um descaso generalizado com o esgoto. Algumas regiões, como o Sudeste se desenvolveram mais rapidamente e estão mais avançadas, mas regiões como o Norte e Nordeste são as que mais sofrem com este descaso histórico”. Segundo Costa (2017), presidente da Companhia de Saneamento de Alagoas (CASAL) e vice-presidente da Associação Brasileira deEngenharia Sanitária e Ambiental (ABES), comenta que as água superficiais estão sendo agredidas de forma muito acentuada e que ao longo de muitos anos as cidades vêm crescendo sem planejamento e sem controle, levando a uma expansão habitacional muito superior ao crescimento de sistemas de coleta/tratamento de esgotos e drenagem urbana. Assim, rios, lagoas e mares sofrem com o lançamento de esgotos in natura e de águas servidas que não são coletadas por sistemas públicos de esgotamento sanitário ou, muitas vezes, são lançadas em redes de drenagem de forma clandestina ou até intencional. Atualmente os problemas relacionados ao meio ambiente tem se tornado muito evidentes, a maioria advém das ações antrópicas, problemas de poluição do 9 ar, escassez de água, degradação das florestas, uso desenfreado dos recursos naturais e despejo inadequado do esgoto são alguns exemplos desses problemas. Diante do exposto, são feitos estudos para usar técnicas capazes de minimizar os impactos negativos das ações humanas. A água é um recurso natural essencial para manutenção da vida, acreditava- se ser uma um recurso natural inesgotável, entretanto não é, pois não se trata de um recurso renovável e devido ao seu consumo demasiado de forma irracional e irresponsável vêm gerando sérios danos. Como por exemplo: a crise hídrica que vem se instalando e o consumo desenfreado que contribuem para o agravamento desse problema. Outro problema a ser minimizado é o descarte inadequado do esgoto doméstico, mais precisamente, das chamadas águas cinza, que são as águas provenientes de pias, chuveiros, tanques entre outros dispositivos que utilizam água potável. O jardim filtrante é um sistema alternativo para o tratamento de efluentes, cujo objetivo é dar um destino adequado às águas cinza provenientes de pias, tanques, chuveiros entre outros aparelhos. Essas águas são conduzidas para um pequeno reservatório impermeabilizado com uma camada de brita e outra de areia, onde acima estão localizadas as plantas que por sua vez agem como absorventes dos nutrientes e contaminantes. Os jardins filtrantes são de grande utilidade, não se resumindo apenas ao tratamento das águas podendo ser utilizado também para fins decorativos. Consiste na filtragem da água por meio das raízes das plantas macrófitas. Essa água filtrada pode ser reutilizada para fins não potáveis ou simplesmente retornar ao meio ambiente de forma correta. Basicamente dois problemas são sanados com a implantação dos jardins filtrantes: primeiramente existem lugares que não possuem coleta de esgoto e o mesmo é despejado a céu aberto, nesses lugares esse problema seriam amenizados, pois através do jardim esse esgoto teria um destino mais adequado. E posteriormente tería-se a reutilização da água para fins não potáveis uma vez que enfrentamos problemas como o agravamento da escassez de água. 10 1.2 Objetivos 1.2.1 Objetivo Geral Estudar a viabilidade técnica e econômica de um sistema de tratamento alternativo de esgoto denominado Jardim Filtrante e analisar alternativas para reaproveitamento das águas cinza. 1.2.2 Objetivos Específicos Dimensionar o Jardim filtrante para a sua implantação; Analisar os parâmetros físico-químicos e biológicos da amostra da água proveniente da saída do jardim filtrante; Estudar alternativas para o reúso do efluente a partir da sua qualidade final; Verificar o custo benefício da implantação do sistema de reúso do efluente. 11 2 REFERENCIAL TEÓRICO Neste capítulo será abordado todo o referencial teórico que foi utilizado para subsidiar a presente pesquisa, desde a definição do sistema de um esgotamento sanitário, com a explicação dos princípios de tratamento e os impactos causados pela disposição inadequada do efluente gerado. Também são abordadas formas de tratamento e reutilização do efluente gerado para outras atividades de forma não potável através de um dispositivo natural conhecido como jardim filtrante que é de fácil manutenção. 2.1 Sistema de Esgotamento Sanitário Doméstico Segundo definição da norma brasileira NBR 9648 (ABNT, 1986), o esgoto sanitário doméstico é o “despejo líquido resultante do uso da água para higiene e necessidades fisiológicas humanas”. O esgoto doméstico é originado a partir da água advinda do abastecimento e, portanto, sua medida resulta da quantidade de água consumida, onde 99,9% deste esgoto doméstico é composto por água e os outros 0,1% de sólidos. Para Costa e Nuvolari (2010), o município ideal deve ter um sistema de esgotamento sanitário que atenda 100% das residências, do comércio e do complexo industrial, através de redes coletoras, interceptores e emissários devidamente executados e tratamento competente da água residuária. Seu planejamento e sua construção devem ser inteligentes e personalizados para cada cidade, seja ela de pequena, média ou grande porte. Essa é uma necessidade básica e urgente para a formação, ou transformação, de uma sociedade saudável, promissora e com qualidade de vida. Os esgotos domésticos têm temperatura ligeiramente superior à da água de abastecimento, por conta de alguns fatores como a atividade microbiana e velocidade das reações químicas; possui coloração variando do cinza claro ao cinza escuro (VON SPERLING, 2005). O odor é geralmente marcante e fétido, devido ao gás sulfídrico e a outros dejetos em decomposição. A turbidez é causada pela alta concentração de sólidos em suspensão (VON SPERLING, 2005). De acordo com Costa e Nuvolari (2010), genericamente, estão presentes no esgoto doméstico os elementos: Carbono (C), Hidrogênio (H), Oxigênio (O), 12 Nitrogênio (N), Fósforo (P) e Enxofre (S), além de outros microelementos, sendo os sólidos totais; a matéria orgânica; o nitrogênio total; o fósforo, o pH; a alcalinidade; os cloretos; e os óleos e graxas os principais parâmetros a serem considerados. Quando o imóvel não possui rede coletora de esgoto é comum à população utilizar fossa séptica ou ligar direto na rede pluvial (que deveria coletar apenas água de chuvas) ou descartar o esgoto diretamente em valões, córregos, rios e praias, porém esta ação contribui para agravamento e contaminação do meio ambiente e da saúde. As fossas sépticas são unidades de tratamento primário de esgoto doméstico nas quais são feitas a separação e a transformação físico-química da matéria sólida contida no esgoto (CESAN, 2013). É uma maneira simples e barata de disposição dos esgotos indicada, sobretudo, para a zona rural ou residências isoladas. Todavia, o tratamento não é completo como numa estação de tratamento de esgotos (CESAN, 2013). A destinação adequada dos esgotos se inicia dentro de nossa casa, quando esta é construída com as instalações hidrossanitárias, que compreende a rede de tubulação interna da casa e as peças sanitárias (bacia, chuveiros e pias) que recebem as águas servidas e as levam até a tubulação de saída do ramal predial (CESAN, 2013). Comumente o destino final do esgoto sanitário é conduzido a um corpo de água, muitas vezes em sua forma bruta. E têm-se como consequência do lançamento desse efluente, alguns inconvenientes, como o desprendimento de maus odores, a presença de sabor na água potável, a mortalidade de peixes e a ameaça à saúde pública. Os impactos são evitados ou minimizados quando existe um tratamento prévio adequado para o esgoto. As pesquisas em buscas de novas alternativas de tratamento de efluentes vêm crescendo continuamente, pois há uma grande quantidade de matéria orgânica sendo lançado nos cursos de água, então se percebe a necessidade de minimizar esse problema. 2.1.1 Princípios do Tratamento de Esgoto O tratamento do esgoto está diretamente ligado à saúde pública, se o esgoto não for devidamente tratado trará inúmeros problemas de cunho ambiental,com a 13 degradação do ecossistema natural, onde o esgoto é lançado, ou social, gerando problemas de saúde a população. A Fundação Nacional de Saúde (FUNASA) destaca que, a cada R$ 1,00 investido no setor de saneamento, cerca de R$ 4,00 é economizado com a saúde (FUNASA, 2010). Água encanada e tratada é considerada um grande benefício para as comunidades, mas se esse serviço não vier acompanhado de um sistema de tratamento de esgoto adequado poderá, em certos casos, não acabar com os problemas de saúde relacionados à veiculação hídrica, tal como verminoses, hepatite e diarreia (FUNASA, 2010). Segundo o Programa de Pesquisas em Saneamento Básico (PROSAB, 2005), no Brasil, a coleta de esgoto sanitário atende a apenas cerca de 40% da população urbana. Do volume coletado, atualmente, apenas cerca de 40% recebe tratamento adequado, gerando perspectivas significativas de crescimento e de geração de lodo. A maior parte deste resíduo, até recentemente, era lançada indiscriminadamente em rios. No entanto, com a evolução da legislação ambiental, as operadoras vêm sendo obrigadas a destinar adequadamente estes resíduos. O LE (Lodo do Esgoto) pode ser definido como os sólidos removidos do esgoto sanitário durante o processo de tratamento, resultante da sedimentação de sólidos em suspensão do esgoto, areia e microrganismos. É constituído pela fração sólida de contaminantes concentrados removidos do esgoto, composta por uma mistura de matéria orgânica e inorgânica, que durante o processo de tratamento do esgoto permanece acumulada no sistema, estes sólidos, precisam ser removidos periodicamente ou continuamente de acordo com o tipo de tratamento adotado. Se estes sólidos receberem tratamento, passam a serem denominados de biossólidos, por sua vez, os biossólidos são resultantes da degradação biológica ou química da matéria orgânica (METCALF; EDDY, 2003). Baseado em Costa e Nuvolari (2010), o tratamento do esgoto se resume na busca eficiente da remoção dos poluentes neles contidos. Baseia-se em parâmetros normatizados que variam de acordo com o volume a ser tratado, finalidade, nível de processamento, qualidades originais e pretendidas, local de lançamento ou reaproveitamento. Sabe-se que o esgoto é composto de uma elevada parcela de 14 água (99,9%) e uma parcela mínima de impureza (0,1%), quando se faz o tratamento de esgoto, procura-se retirar esse percentual de tais impurezas. Um processo de tratamento de esgoto convencional possui duas fases: a chamada fase líquida, correspondente ao fluxo principal do líquido na estação de tratamento de esgoto, e a fase sólida, do lodo retirado. Para cada uma delas existe uma forma de processamento e acondicionamento (COSTA; NUVOLARI, 2010) Banderali (2014) defende que o tratamento do esgoto deve ser realizado para garantir a saúde da população e o acesso à água de qualidade. “Mesmo que a água seja utilizada para fins não potáveis, deve-se atingir um padrão mínimo de qualidade e monitorar a quantidade de compostos químicos que estão presentes na água. Iniciativas para recuperar a qualidade das águas dos rios, mares e lagos são essenciais para a saúde das próximas gerações”. 2.1.2 Impactos da Disposição Inadequada de Esgoto Doméstico Como visto no presente trabalho, muito se fala sobre o descarte inadequado do esgoto sanitário e são notórios os impactos causados, sejam eles impactos ambientais, sociais e econômicos. Segundo Instituto Trata Brasil (2009), no ano de 2004, doenças relacionadas a sistemas precários de água e esgoto e a deficiências de higiene causaram a morte de mais de 1,6 milhões de pessoas em países pobres, de acordo com a Organização Mundial da Saúde (OMS). A perpetuação de sistemas inadequados de esgotamento sanitário também é causadora de 88% dos óbitos por diarreias registradas no mundo – quase a totalidade deles ocorre em nações em desenvolvimento. Um dos problemas enfrentados pelo lançamento de efluentes não tratados é o desequilíbrio no ecossistema aquático. O esgoto doméstico, por exemplo, consome oxigênio em seu processo de decomposição, causando mortalidade aos peixes. Os nutrientes (fósforo e nitrogênio) presentes nesses despejos, quando em altas concentrações, ainda causam a proliferação excessiva de algas, o que também desequilibra o ecossistema local (esse processo é chamado de eutrofização) (GONÇALVES, 2015). 15 Citado por Fernandes (1997), esse consumo de oxigênio mencionado anteriormente, diz respeito às bactérias aeróbias que são aquelas que consomem em sua atividade vital o oxigênio livre presente no interior da massa líquida, originando o processo de decomposição aeróbia do esgoto também chamado de oxidação. Os poluentes químicos presentes em agrotóxicos e metais também provocam um efeito tóxico em animais e plantas aquáticas, podendo se acumular em seus organismos (GONÇALVES, 2015). Segundo Rodrigues (2005), citado por Bassetti e Sabei (2013), outra importante razão para tratar os esgotos diz respeito à preservação ambiental. As substâncias presentes nesses dejetos exercem ações deletérias nos corpos d’água: a matéria orgânica pode ocasionar a exaustão do oxigênio dissolvido, resultando na morte de peixes e outros organismos aquáticos, bem como no escurecimento da água e aparecimento de maus odores. Isso porque, os nutrientes acarretam uma forte “adubação” da água, provocando o crescimento acelerado de vegetais microscópios responsáveis pelo sério desequilíbrio ecológico, além do odor e gosto desagradáveis. Para Gonçalves (2015), os efluentes líquidos não tratados, quando lançados no ambiente, podem comprometer gravemente a saúde pública. A água poluída provoca doenças como cólera, disenteria, meningite, amebíase e hepatites A e B. Já os efluentes industriais que poluem os rios podem causar contaminação por metais pesados, provocando tumores hepáticos e de tireoide, rinites alérgicas, dermatoses e alterações neurológicas. A falta de sistemas de esgotos nas cidades é sem dúvidas um problema de saúde pública, pois pode provocar doenças que são transmitidas por meio hídrico ou pelo contato direto com o esgoto. O estudo “Esgotamento Sanitário Inadequado e Impactos na Saúde da População”, realizado pelo Trata Brasil, mostrou que em 2011, quase 400 mil pessoas foram internadas por diarreia no Brasil. São números expressivos que representam uma grande parcela de um montante gasto em saúde pública no país. “O estudo mostrou também que cidades que investiram em saneamento básico ao 16 longo dos anos hoje chegam a gastar 40 vezes menos em saúde do que as cidades que nada investiram e convivem com as doenças da água poluída”, confirma Carlos (2017), do Trata Brasil. 2.2 Alternativas Para o Tratamento de Esgoto Existem várias alternativas para o esgoto ser tratado de forma adequada, entre elas são expostas os sistemas de lagoas de estabilização, filtros biológicos, lodos ativados fossas sépticas biodigestoras, banheiros secos, wetlands (jardins filtrantes), escoamento superficial no solo, produção de biogás, entre outros. A função das ETE’s (Estações de Tratamento de Esgoto) consiste em reproduzir, através de processos físicos, químicos e/ou biológicos, em curto período de tempo, condições necessárias e suficientes, normalmente encontradas na natureza (em corpos hídricos receptores tais como rios, lagos e banhados), para promover a decomposição da matéria orgânica presente nos esgotos. Por exemplo, em ETE’s que utilizam a tecnologia denominada lodos ativados, a decomposição acelerada da matéria orgânica presente no esgoto é realizada por um conjunto de bactérias aeróbias. A adequada operação da ETE consiste em promover e assegurar as condições propícias para a existência dessas bactérias (COMUSA, 2017). O sistema de tratamento denominado lodos ativados é um sistema de tratamento de efluentes líquidosque apresenta elevada eficiência de remoção de matéria orgânica presente em efluentes sanitários e industriais. O processo de tratamento é exclusivamente de natureza biológica, onde a matéria orgânica é depurada, por meio de colônias de microrganismos heterogêneos específicos, na presença de oxigênio (processo exclusivamente aeróbio). Essas colônias de microrganismos formam uma massa denominada de lodo (lodo ativo, ativado ou biológico) (COMUSA, 2017). Também pode ser citado o banheiro seco, que para Alves (2009), que é um tipo de tratamento realizado no próprio local da disposição e o princípio destes banheiros é a não utilização de um recurso finito, a água, para o transporte dos resíduos, e sim o tratamento e o aproveitamento local destes através do processo de compostagem, onde os resíduos, ao invés de serem despejados nos solos, nos rios 17 ou no mar, são armazenados em coletores, nos quais serão compostados a partir do aquecimento gerado por algum tipo de energia que pode ser solar, elétrica, térmica ou qualquer outra que seja acessível, disponível e capaz de gerar um aquecimento colaborando para as bactérias e fungos termófilos que, além de serem responsáveis pela decomposição, são também responsáveis por ajudar a manter a temperatura alta, necessária para a eficiência da compostagem. Bassetti e Sabei (2013) citam também o sistema de fossa biodigestora que contribui para a viabilização do tratamento de esgoto doméstico e consequente produção de efluentes desinfetados. Consiste em um tratamento biológico do esgoto por ação de digestão fermentativa. Segundo Chernicharo (1997), esse método tem baixa eficiência na remoção de Demanda Bioquímica de Oxigênio (DQO), nutrientes e patógenos, mas segundo a Empresa Brasileira de Pesquisas Agropecuárias (BRASIL, 2001) a fossa séptica biodigestora é capaz de produzir adubo orgânico totalmente isento de microrganismos patogênicos para o homem como bactérias, vírus e ovos de vermes, onde mostram estudos fitos com o uso desse adubo em graviola e gerou ótimos resultados. Reator Anaeróbio de Fluxo Ascendente (RAFA) ou Reator UASB é um reator fechado onde o tratamento biológico ocorre por processo anaeróbio, isto é, sem oxigênio. O esgoto entra pela base do reator, passa por uma manta de micro- organismos anaeróbicos onde ocorre a decomposição da matéria orgânica. O esgoto tratado e coletado pelas calhas na parte superior. Trata-se de uma tecnologia que ocupa pouco espaço, sendo indicada para centros urbanos, bairros, vilas etc. Por se tratar de um sistema fechado, há liberação de gás que é coletado e queimado (CESAN, 2013). 2.2.1 Sistema Natural de Tratamento de Esgoto No sistema natural de tratamento de esgoto são utilizadas plantas específicas que tem a função de poder realizar o tratamento do solo e também de executar a limpeza de esgotos. As plantas servem como recurso natural para a formação deste sistema, que tem por objetivo limpar os resíduos indesejáveis. 18 Os sistemas de tratamento de esgotos são ditos naturais quando se baseiam na capacidade de ciclagem dos elementos contidos nos esgotos em ecossistemas naturais, sem o fornecimento de quaisquer fontes de energia induzida para acelerar os processos bioquímicos, os quais ocorrem de forma espontânea. Dentro desta concepção, enquadram-se as lagoas de estabilização e os wetlands. O princípio do tratamento nesses sistemas baseia-se na capacidade de depuração dos poluentes orgânicos em um corpo d’água lêntico natural e em banhados, respectivamente (BENTO et al, 2004). Os sistemas naturais de tratamento são habitados por uma ampla diversidade de seres vivos de vários níveis da cadeia alimentar, desde bactérias até pequenos animais aquáticos, e no caso das lagoas, também os peixes. Esses organismos interagem entre si e com o meio tornando o processo mais complexo dentro da perspectiva ecológica, do fluxo energético. A cada passagem de energia por um nível trófico, uma quantidade menor de energia atinge o nível superior subsequente, devido ao trabalho executado e a ineficiência das transformações de energias biológicas no nível trófico anterior (RICKLEFS, 1996). Esses tipos de sistemas naturais são bastante eficientes e possuem um custo acessível, onde as raízes tratam e purificam os esgotos, de uma forma que ele pode ser lançado sem grandes danos ao meio ambiente, obedecendo aos regimentos exigidos pelo Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA), ou também podem ser reutilizadas em descargas sanitárias ou na agricultura, também podendo ter outras aplicabilidades (MORAIS et. al., 2015). Os projetos relacionados aos sistemas naturais de tratamento de efluentes estão baseados normalmente em 5 princípios que são: Tratamento, Paisagístico, Biodiversidade, Econômico e Gestão. São economicamente viáveis, pois não necessitam de grandes manutenções, além de serem ecológicos e tanto preservarem quanto recuperarem rios. Uma das desvantagens encontradas para implantar certos sistemas é a demanda de espaço, pois no caso dos jardins filtrantes há de se considerar o mínimo de 1 m² (metro quadrado) por pessoa. 19 2.2.2 Jardim Filtrante É um tipo de tratamento natural, o jardim trata-se de uma tecnologia, também conhecida por zona de raízes ou fitorestauração, que consiste no uso de plantas para tratar esgotos domésticos e efluentes industriais (CUNHA, 2011). De acordo com Dornellas (2008), o jardim filtrante tem como principal objetivo a melhoria da qualidade da água. Quando aplicados no tratamento de efluentes, a técnica pode ser utilizada como uma alternativa secundária ou terciária, realizando a remoção de nutrientes e reduzindo taxas de DQO e DBO do efluente. A estação de tratamento é projetada sob critérios de engenharia e as técnicas de construção variam de acordo com a característica do efluente a ser tratado, da eficiência final desejada na remoção de poluentes, da área disponível e do interesse paisagístico. A empresa Phytorestore, fundada pelo engenheiro francês Thyerry Jacquet, que é o grande desenvolvedor da técnica de tratamento de esgoto por jardins filtrantes, possui várias provas pelo mundo que esse tipo de processo é eficaz e confiável, uma possível aplicação desse método no esgoto doméstico faria com que o efluente que não possui nenhum tipo de tratamento ou cuidado, fosse tratado e descartado da maneira correta e, assim a natureza não sofreria os impactos ambientais que são sofridos hoje (ASPÁSIA, 2013). Esse tratamento natural, já é bem conhecido no mundo inteiro e traz vários re- sultados positivos, um dos maiores tratamentos realizado por esse tipo de técnica, foi o tratamento de despoluição das águas do Rio Sena na França, já foram aplicadas em vários locais da China, como no bairro de Wuhan e em mais três rios, o Brasil não fica de fora, essa técnica inovadora foi realizada em Campinas e Curitiba (MORAIS et al, 2015). A utilização de espécies vegetais no tratamento de esgoto representa uma tecnologia emergente que está se revelando como uma alternativa, eficiente e de baixo custo, aos sistemas convencionais (PARKINSON; SIQUEIRA; CAMPOS, 2004). Para a construção do jardim filtrante, segundo Silva (2013), deve-se inicialmente fazer uma caixa no solo com aproximadamente 1 m² de área superficial 20 por habitante. Essa caixa deve possuir o fundo impermeabilizado com uma geomembrana que consiste em uma manta de liga plástica, elástica e flexível como o PVC (policloreto de vinil), EPDM (Borracha de Etileno Propileno Terpolímero) ou equivalente. Preferencialmente protegida por manta de bidim que é uma manta geotêxtil de drenagem utilizada na construção civil. Antes da entrada do Jardim Filtrante, deve ser instalada uma pequena caixa de decantação (50 a 100 litros) que serve para retenção de sólidos e uma caixa de gordura. Após percorrer essas caixas o liquidopassará por uma tubulação em forma de cachimbo conhecida popularmente como monge que também regula o nível da água no jardim. As tubulações de entrada e saída serão em pontos opostos da caixa. A caixa deve então ser preenchida com brita e areia grossa que agem como filtros físicos para o material particulado, sustentação para as plantas e na formação do biofilme que é um conjunto de bactérias que crescem e formam uma espécie de capsula de proteção, que favorece relações simbióticas e permite a sobrevivência em ambientes hostis, o biofilme é aderido ao meio suporte e as raízes das plantas (PHILIPPI et al, 2007; SILVA, 2013). Para evitar que o escoamento superficial turbulento da chuva, conhecido popularmente como enxurrada entre no sistema deve-se fazer uma pequena curva de nível em torno do jardim sobre a geomembrana e o bidim. O jardim filtrante deve então ser saturado com água, mas deve se evitar a formação de lamina d’ água para não permitir a procriação de mosquitos (SILVA, 2013). Em seguida, inserem-se plantas macrófitas aquáticas que agem como absorvente de nutrientes e contaminantes durante o seu crescimento fazendo assim a depuração da água. As plantas escolhidas devem ser preferencialmente nativas da região onde o sistema está instalado. O mecanismo de filtração consiste na alimentação e percolação contínua do esgoto através do meio suporte. Durante a percolação, o esgoto entra em contato com regiões aeróbias e anaeróbias onde as comunidades de microrganismos irão degradar a matéria orgânica e o nitrogênio. O oxigênio solicitado é suprido pelas macrófitas e pela convecção e difusão atmosférica. A camada aeróbia é mais evidente ao redor das raízes das macrófitas, pois tendem a transportar oxigênio da parte aérea para as raízes. A contínua passagem dos esgotos nos interstícios promove o crescimento e aderência da 21 massa biológica na superfície do meio suporte. A massa biológica agregada ao meio suporte retém a matéria orgânica contida no esgoto, por meio da adsorção, que é a adesão de moléculas de um fluído a uma superfície sólida. A produção de novas células promove o aumento da biomassa, prejudicando a passagem de oxigênio até as camadas internas, então ocorrerá o tratamento dos contaminantes que só pode ser realizado em meio atóxico. O sistema pronto é então ligado à tubulação da casa recebendo a água cinza. A água que sai do sistema pode ser descartada ou reutilizada na limpeza. Este modelo de jardim filtrante é para o saneamento básico rural, onde apenas a água cinza é tratada (NIRENBERG; REIS, 2010; PHILIPPI et al, 2007). Segundo Mazzonetto (2011), são inúmeras as vantagens da implantação do jardim filtrante. A primeira é a versatilidade, pois ele não serve apenas para o tratamento de efluentes, como também para o tratamento de água para consumo, é um sistema modulado que pode atender desde uma família até um milhão de pessoas, serve para esgoto urbano, doméstico ou industrial, desde que seja devidamente projetado, no tratamento de grandes volumes de água de rios e na recuperação de áreas alagadas. Segundo os levantamentos bibliográficos, os jardins filtrantes trazem excelentes contribuições para a sociedade e para a localidade. Os benefícios vão desde a melhoria de condições de reciclagem da água a fatores psicológicos que interferem a qualidade de vida e o bem-estar da sociedade, já que além de realizar o tratamento do esgoto, ele embeleza o local, podendo ser utilizado como praça para pontos de encontros entre amigos, já que algumas plantas utilizadas nesse sistema possui o poder de anular o mau cheiro do esgoto. Para uma estação de tratamento de água ou esgoto desse tipo funcionar não é preciso equipamentos, motor ou gerador: tudo ocorre por gravidade, sem bombeamento, injeção de ar ou adição de químicos. "Se aperfeiçoar o tratamento biológico da água, fica muito mais fácil e mais barato", concorda José Alberto Ferro, gerente de recursos hídricos metropolitanos da Sabesp. Porém, há uma limitação: como precisa de uma área considerável para serem instalados, o jardim não pode ser aplicado em regiões excessivamente urbanizadas, como São Paulo (ARLEI, 2012). 22 2.2.2.1 Estrutura e composição dos Jardins Filtrantes Para a produção dos jardins filtrantes são usados materiais porosos, como por exemplo, a brita e o carvão, em que os seus poros conseguem absorver inúmeras partículas, tornando o recurso mais eficiente, e plantas aquáticas, que contribui para a filtração de águas em torno de 80% de eficiência. Estas plantas possuem crescimento e reprodução de forma rápida, nisso, ocorre à necessidade de manutenção para retirar o excesso (MORAIS et al, 2015). Figura 1- Composição do Jardim Filtrante Fonte: Embrapa, 2014. Na Figura 1, está representada a estrutura do jardim filtrante disponibilizada pela Embrapa com todas as suas camadas e disposição dos materiais, onde observa-se a entrada do efluente que passa pela caixa de retenção de sólidos, caixa de gordura e tem sua entrada no jardim para o processo de filtragem e sua saída para um reservatório apropriado ou para outros destinos. A escolha das plantas dos jardins é baseada em sua capacidade de “fitoextração” dos micropoluentes e nutrientes presentes na água, com a capacidade de autodepuração do meio úmido plantado (CARVALHO; ROCHA; SANTOS, 2016). Ou seja, as plantas escolhidas para o jardim devem ter a capacidade de extrair os micropoluentes e nutrientes necessários para elas e para a melhoria daquele efluente, tendo ainda em vista que as plantas necessitam do poder de autodepuração naquele meio. 23 Segundo pesquisas desenvolvidas pela Embrapa (2014), as macrófitas aquáticas são plantas aquáticas que vivem em brejos até ambientes verdadeiramente aquáticos (incluindo os corpos de água doce, salobra e salgada) e são utilizadas no sistema de tratamento natural do jardim filtrante. Incluem vegetais desde microalgas até angiospermas. São caracterizados como vegetais que durante sua evolução retornaram do ambiente terrestre para o aquático, apresentando várias características de vegetais terrestres. Figura 2- Ilustração das plantas macrófitas Fonte: Embrapa, 2013. Na Figura 2 são vistos alguns tipos de macrófitas aquáticas e sua estrutura perante seu habitat, nota-se que existem vários tipo que estão expostos no quadro 1. Segundo Irgang et al. (1984), Esteves (1998) e Thomaz; Esteves (2001), as macrófitas aquáticas se classificam segundo o Quadro 1. 24 Quadro 1 - Classificação das macrófitas aquáticas Tipos Biológicos Definição Exemplos Emersas Plantas enraizadas no sedimento apresentando as folhas acima da lâmina de água. Echinochloa, Typha Submersa Fixa Enraizada no fundo, com caule e folhas submersos, geralmente saindo somente à flor para fora da água. Vallisneria, Nitella Submersa Livre Plantas que apresentam raízes pouco desenvolvidas, flutuando submersas em águas tranquilas, presas as estruturas de outras plantas aquáticas. Utricularia Flutuante Fixa Enraizada no fundo, com caule e/ou ramos e/ou folhas flutuantes. Enydra anagallis Gardner Flutuante Livre Plantas que se desenvolvem flutuando livremente no espelho de água. Eichhornia, Limnobium, Lemna Semiaquáticas ou Anfíbias Capaz de viver bem tanto em área alagada como fora da água, geralmente modificando a morfologia da fase aquática para a terrestre quando baixam as águas. Ludwigia multinervia (Hook. & Arn.) Ramamoorthy Fonte: Pompêo, 2017. 2.2.2.2 Dimensionamento Segundo Begosso (2009), a tecnologia de tratamento por áreas alagadas não está contemplada em normas técnicas brasileiras, o que dificulta a uniformização dos parâmetros e critérios para o seu dimensionamento. Para o dimensionamento da área requerida para a construção do sistema utiliza-se a Equação (1) (BEGOSSO, 2009):𝐴 = 𝑄 (ln 𝐶𝑜 − ln 𝐶𝑒) 𝐾𝑡 𝑥 𝑝 𝑥 𝑛 (1) Onde: A: área superficial requerida (m2); Q: vazão afluente (m3/d); Co: concentração afluente em termos de DBO5,20 (mg/L); Ce: concentração efluente em termos de DBO5,20 (mg/L); Kt: constante de reação da cinética de primeira ordem (dependente da temperatura); n: porosidade do substrato (m3 vazios por m3 material); p: profundidade do maciço filtrante. 25 Segundo Begosso (2009), o volume total do tanque de área alagada pode ser calculado pela Equação (2): 𝑉 = 𝐴 𝑥 𝑝 (2) V: volume (m3); A: área superficial requerida (m2); p: profundidade (m) Por se tratar de um processo de tratamento baseado na interação material filtrante – macrófitas, deve-se conhecer as propriedades físicas (granulometria, diâmetro efetivo, coeficiente de uniformidade, condutividade hidráulica, etc.) e químicas (teores de Fe, Ca, Mg, capacidade de troca catiônica – CTC) deste material de recheio, a fim de se conhecer a dinâmica da colmatação e a vida útil do sistema, bem como utilizar macrófitas adaptadas ao clima da região (SEZERINO; PHILIPPI, 2003). 2.3 Reuso doméstico para fins não potáveis O reuso ou reutilização de água mostra-se como um instrumento adicional para a administração dos recursos hídricos, aspirando à diminuição da pressão sobre os mananciais de abastecimento, dispensando as águas de qualidade superior para fins mais nobres, remetendo a uma série de benefícios específicos aos usuários, tais como o aumento da produtividade agrícola, redução de custos na compra de água e a preservação de aquíferos subterrâneos (RODRIGUES, 2005). O uso para fins domésticos de água pode se definir como aquela utilizada para realização de atividades corriqueiras, como por exemplo: lavagens de roupas e utensílios domésticos, criação de animais, higiene pessoal, manutenções prediais entre outras atividades que não necessitam diretamente de água potável para sua realização. De acordo com Lavrador Filho (1987), reuso de água é o aproveitamento de águas anteriormente utilizadas, uma ou mais vezes, oriunda de alguma atividade humana, afim de suprir as demandas de outros usos benéficos, inclusive o original. 26 E ele pode ser de dois tipos direto ou indireto, bem como fruto de ações planejadas ou não planejadas. Segundo o autor supracitado, o termo reciclagem é definido como reuso interno de água para utilização original, antes de algum descarte em um sistema de tratamento ou algum ponto de descarga. No entanto o termo reuso é utilizado para indicar descargas de efluentes que são subsequentemente utilizados por outros usuários, diferente do original. Nesta forma de reuso estão inclusos utilização para descargas sanitárias, irrigação de jardins entre outras. Também há outros usos equivalentes para esse tipo de água, como na lavagem de ruas, uso em grandes edifícios destinada a reserva contra incêndio e resfriamento de equipamentos de ar condicionado (MANCUSO; SANTOS, 2003) 2.3.1 Reuso de Águas Cinza Águas residuais e não industriais advindas de processos domésticos são chamadas de águas cinza. Distinguem-se das águas negras sanitárias, mais poluídas, pela quantidade e composição de produtos químicos e contaminantes biológicos. Em edificação de qualquer tipo - residência, comércio, indústria -, as origens típicas de águas cinza são aquelas que provenientes do uso de chuveiro, pia, tanque e máquina de lavar roupas (CORSINI, 2012). De acordo com Hespanhol (2006), águas cinza podem ser classificadas em: água cinza escura e água cinza clara. Para água cinza clara, além da separação do efluente do vaso sanitário, ela também não possui água advinda da pia da cozinha, para qual essa separação é relativa a grande quantidade de carga orgânica presente nesse efluente. Para agua cinza escura só há separação do efluente do vaso sanitário, coletando também a água advinda da pia. O reaproveitamento de águas cinza tratadas contribui para a redução do consumo de água potável, diminuindo também o volume de contaminantes destinados ao solo e cursos de água. Para alguns casos, mais consideravelmente em edificações de maior tamanho, a realização do reaproveitamento mostrasse como uma alternativa mais vantajosa, em termos econômicos, do que o uso de águas pluviais (ALVES et al, 2009). 27 2.3.2 Aspectos qualitativos das Águas Cinza Uma característica importante para que um sistema de reutilização tenha sucesso é a avaliação da qualidade das aguas cinzas. De acordo com o Portal Tratamento de Água (BRASIL, 2009), A água contém diversos componentes, os quais provêm do próprio ambiente natural ou foram introduzidos a partir de atividades humanas. Para caracterizar uma água, são determinados diversos parâmetros, os quais representam as suas características físicas, químicas e biológicas. Esses parâmetros são indicadores da qualidade da água e constituem impurezas quando alcançam valores superiores aos estabelecidos para determinado uso. O tratamento do esgoto doméstico tem por finalidade principal: retirar o material sólido; diminuir a DBO e as substâncias químicas indesejáveis e eliminar microrganismos patogênicos (MOTA, 1995). O Índice de Qualidade das Águas (IQA) é constituído por nove parâmetros: oxigênio dissolvido (OD), demanda bioquímica de oxigênio (DBO), coliformes fecais, temperatura da água, nitrogênio total, fósforo total, sólidos totais, pH e turbidez. Sabe-se que a água tem capacidade de autodepuração, ou seja, de se autopurificar naturalmente (ZINATO; OLIVEIRA, 2008). De acordo com NBR 13969 (1997), O grau de tratamento para uso múltiplo de esgoto tratado é definido, como regra geral, pelo uso mais restringente quanto à qualidade de esgoto tratado. No entanto, conforme o volume estimado para cada um dos usos pode-se prever graus progressivos de tratamento (por exemplo, se o volume destinado para uso com menor exigência for expressivo, não haveria necessidade de se submeter todo o volume de esgoto a ser reutilizado ao máximo grau de tratamento, mas apenas uma parte, reduzindo-se o custo de implantação e operação), desde que houvesse sistemas distintos de reservação e de distribuição. Nos casos simples de reuso menos exigente (por exemplo, descarga dos vasos sanitários) pode-se prever o uso da água de enxágue das máquinas de lavar, apenas desinfetando, reservando aquelas águas e direcionando ao vaso, em vez de enviá-las para o sistema de esgoto para posterior tratamento. Em termos gerais, 28 podem ser definidas as seguintes classificações e respectivos valores de parâmetros para esgotos, conforme o reúso de acordo com a Quadro 2. Quadro 2 - Grau de Tratamento para Usos Múltiplos de Esgoto Classe Turbidez Coliformes Fecais Sólidos Dissolvidos Totais pH Cloro Residual Oxigênio Dissolvido Classe 1 < 5 < 200 NMP/100 ml < 200mg/L 6 ≤ pH ≤ 8 0,5 ≤ CR ≤ 1,5 mg/l - Classe 2 < 5 < 500 NMP/100 ml - - > 5 mg/l - Classe 3 < 10 < 500 NMP/100 ml - - - - Classe 4 - < 500 NMP/100 ml - - - > 2 mg/l Fonte: NBR 13969, 1997. A baixo está relacionado a classificação versus a utilização do efluente de acordo com a NBR 13969, 1997. Classe 1: Lavagem de carros e outros usos que requerem o contato direto do usuário com a água, com possível aspiração de aerossóis pelo operador, incluindo chafarizes. Classe 2: Lavagem de pisos, calçadas e irrigação dos jardins, manutenção dos lagos e canais para fins paisagísticos, exceto chafarizes. Classe 3: Reuso das descargas dos vasos sanitários. Classe 4: Reuso nos pomares, cereais, forragens, pastagens para gados e outros cultivos através de escoamento superficial ou por sistema de irrigação pontual. 2.3.2.1 Características físicas Os itens com maior importância são: turbidez, cor, temperatura e a concentraçãode sólidos dissolvidos. A temperatura pode ajudar no desenvolvimento de microrganismos, turbidez e a concentração de sólidos podem contribuir com informações importantes quanto a possíveis entupimentos nas tubulações que transportam os efluentes, tenso visto que as partículas sólidas e coloides presentes poderiam gerar este problema no sistema (BAZZARRELLA, 2005). 29 Segundo Richter e Azevedo Neto (2003): A Turbidez: é uma característica da água devido a presença de partículas suspensas na água com tamanho variando desde suspensões grosseiras aos coloides, dependendo do grau de turbulência. A presença destas partículas provocando a dispersão e a absorção da luz, dando à água uma aparência nebulosa, esteticamente indesejável e potencialmente perigosa. A Cor: a água pura é virtualmente ausente de cor. A presença de substâncias dissolvidas ou em suspenção altera a cor da água, dependendo da qualidade e da natureza do material presente. Normalmente a cor da água é devido a ácidos húmicos e tanino, originados da decomposição de vegetais e, assim, não representa risco algum para a saúde. A Temperatura: tem importância por sua influência sobre outras propriedades: acelera reações químicas, reduz a solubilidade dos gases, acentua a sensação de sabor, odor entre outros. O pH: o termo é usado universalmente para expressar a intensidade de uma condição acida ou alcalina de uma solução. Mede a concentração de íon hidrogênio ou sua atividade, importante em cada fase do tratamento, sendo referida frequentemente na coagulação, floculação, desinfecção e no controle de corrosão. O valor do pH varia de 0 a 14. Abaixo de 7 a água é considerada ácida e acima de 7, alcalina. Água com pH 7 é neutra. A Portaria nº 518/2004 do Ministério da Saúde recomenda que o pH da água seja mantido na faixa de 6,0 a 9,5 no sistema de distribuição (BRASIL, 2004). De acordo com a Agência Nacional das Águas (ANA), sólidos dissolvidos são materiais que passam através do filtro. Representam a matéria em solução ou em estado coloidal presente na amostra de efluente (BRASIL, 2009). 2.3.2.2 Características Químicas Segundo Richter e Azevedo Neto (2003), as análises químicas de água determinam de modo mais correto as características da água, são de grande importância, tanto do ponto de vista sanitário quanto econômico. 30 Dentre as principais características químicas pode-se citar a determinação do teor de oxigênio dissolvido (OD) como sendo um dos ensaios mais importantes no controle de qualidade da água. As águas superficiais, relativamente límpidas, apresentam-se saturadas de oxigênio dissolvido, porem este pode ser rapidamente consumido pela demanda de oxigênio de esgoto doméstico. Outra característica química é a medida de qualidade de oxigênio necessária ao metabolismo das bactérias aeróbias que destroem a matéria orgânica, chamada de Demanda bioquímica de oxigênio (DBO). A eutrofização é o crescimento excessivo do das plantas aquáticas, tanto planctônicas quanto aderidas, a níveis tais que sejam considerados como causadores de interferências com os usos desejáveis dos corpos d’água (THOMANN; MUELLER, 1987). Segundo Von Sperling (2005), o principal fator de estímulo é um nível excessivo de nutrientes no corpo d’água, principalmente nitrogênio e fósforo. O processo de eutrofização pode ocorrer também em rios, embora seja menos frequente, devido às condições ambientais serem mais desfavoráveis para o crescimento de algas e outras plantas, como turbidez e velocidades elevadas (VON SPERLING, 2005). 2.3.2.3 Características Microbiológicas Segundo Richter e Azevedo Neto (2003), entre as impurezas nas águas incluem- se os organismos presentes que, conforme sua natureza, têm grande significado para os sistemas de abastecimento de água. Alguns desses organismos, como certas bactérias, vírus e protozoários, são patogênicos, podendo provocar doenças e ser a causa de epidemias. Ainda segundo Richter e Azevedo Neto (2003), os coliformes são bactérias que normalmente habitam os intestinos dos animais superiores. A sua presença indica a possibilidade de contaminação da água por esgotos domésticos, entretanto, nem toda água que contenha coliformes é contaminada e, como tal, podem veicular doenças de transmissão hídrica. 31 2.3.3 Viabilidade Técnica A necessidade de demanda pelo uso da água aumenta gradativamente a cada ano, principalmente pelo crescente avanço comercial acompanhado dos vários processos produtivos que utilizam muita água e do próprio abastecimento para consumo (BEVILACQUA, 2009). Dada a importância de se tratar a água residual, seja de origem doméstica ou industrial, há algum tempo se busca a melhor opção para este tratamento. No Brasil, predominantemente, utilizamos as denominadas Estações de Tratamento de Efluentes (ETE), entretanto, essas ETEs têm um alto custo de implantação e manutenção. Como alternativa a estas tradicionais ETEs, existem, há mais de uma década, empresas dedicadas ao desenvolvimento de jardins filtrantes. A ideia destes jardins é que, por meio da própria natureza, seja possível purificar a água e manter nessa região de tratamento uma área verde, como um parque, por exemplo (ALBIZZATI; MEIRELLES; TELES, 2012). Uma das formas de tratamento de esgoto é a utilização de filtros biológicos, com brejos construídos, ou de lagoas com plantas aquáticas. Tanques com plantas aquáticas assim como brejos agem com filtros de poluentes, ajudando a devolver a água limpa aos mananciais. Algumas plantas despoluidoras são sugeridas pela sua capacidade de retirar da água nutrientes e substâncias tóxicas, dando condições favoráveis para a base alimentar nos ecossistemas aquáticos (POTT; POTT, 2002). A utilização das plantas como depuradoras de água em jardins filtrantes apresenta as vantagens de baixo custo de implantação e operação e simplicidade operacional. Esses sistemas são chamados de naturais, pois se baseiam na capacidade de ciclagem dos elementos contidos nos esgotos sem o fornecimento de qualquer fonte de energia induzida para acelerar os processos bioquímicos, os quais ocorrem de forma espontânea (PHILIPPI et al, 2007). Segundo o gerente geral da Phytorestore, empresa francesa que trabalha com jardins filtrantes, no Brasil, Arnaud Fraissignes, uma das facilidades desse sistema é a sua simplicidade operacional e de manutenção, permitindo redução de até 30% dos custos quando comparados aos de um sistema convencional de tratamento de água e efluentes. “Trata-se de um espaço que necessita de cuidado https://www.embrapa.br/busca-de-publicacoes/-/publicacao/list/autoria/citacao/pott-v-j?p_auth=m9RNn9AH 32 similar ao de uma área verde”, afirma. Apenas no final de um período de 10 anos é preciso retirar o acúmulo de sedimento, que pode ser usado como adubo. Quando o efluente contém metais pesados, como o chumbo, por exemplo, um jardim específico e complementar é capaz de “segurar” esses elementos no solo. Neste último caso, logo que estiver saturado – após cinco anos aproximadamente, o substrato precisa ser substituído (HYDRO, 2010). 33 3 METODOLOGIA Neste capítulo será abordada toda a metodologia que foi utilizada para realizar a presente pesquisa, desde a escolha e dimensionamento do local de implantação do Jardim Filtrante, passo a passo de sua construção, análise de parâmetros físico-químicos do efluente gerado após a passagem pelo sistema de tratamento e por fim verificação do custo benefício da implantação do sistema de tratamento denominado Jardim Filtrante. 3.1 Dimensionamento e implantação do Jardim filtrante. O local de escolha para a construção do Jardim Filtrante analisado no presente estudo foi uma residência unifamiliar localizada na zona urbana do município de Maceió, Alagoas, mais especificamente no bairro do Farol. Na residência habitam 2 (dois) adultos.A importância da escolha da área se deu pelo fato de estar localizada próximo ao Centro Universitário Cesmac, facilitando a construção e coleta do efluente para análise e por possuir o sistema de esgotamento separado entre as águas cinza e águas negras, estas por sua vez são direcionadas à uma fossa séptica. A residência possui sistema de abastecimento de água encanado operado pela Companhia de Abastecimento do estado de Alagoas (CASAL). Segundo dados da EMBRAPA (2013) o dimensionamento ideal é de 1m2/habitante, logo à área mínima do jardim é de 2 m2, no caso de dois habitantes. Segundo informações da moradora, a água cinza é proveniente da pia da cozinha, lavatório do banheiro, chuveiros e tanques, conectadas à uma única tubulação de descarte do efluente da residência. A rotina dos moradores é pouco conhecida e não houve parâmetros de regularidade e dosagem na utilização de produtos de limpeza e fornecimento de maiores informações sobre as características dos produtos de limpeza utilizados. O fluxograma (ver Figura 3) expõe o resumo das etapas que constituíram desde a escolha da área para implantação até a sua construção. 34 Figura 3 - Fluxograma das etapas construtivas do Jardim Fonte: Autores, 2018. O Jardim é constituído por uma caixa construída de alvenaria no solo com 60cm de altura e área superficial de 3,38 m². A base do solo é de concreto não sendo necessária a impermeabilização com uma geomembrana por não está instalado em solo nu e as tubulações de entrada e saída são ligadas em pontos opostos da caixa. O efluente, antes de chegar ao Jardim, passa por uma caixa de retenção de sólidos e na sequência, por uma caixa de gordura, para evitar uma maior contaminação das camadas constituintes do jardim. As tubulações de esgotamento da residência são de material cerâmico, sendo necessário o corte dos tubos que coletam águas cinza para desviar estas águas ao jardim filtrante. Abaixo são mostradas as imagens das tubulações do esgotamento das águas cinza (contorno vermelho) e águas negras (contorno amarelo) separadas e o local escolhido para a construção do jardim filtrante indicado na Figura 4 abaixo. Escolha da área para implantação Coleta de dados Dimensionamento e desenho do projeto inicial do Jardim Orçamento e compra de materiais Construção do Jardim filtrante 35 Figura 4 - Área de estudo para implantação do Jardim Filtrante Fonte: Autores, 2018. A Figura 5 apresenta a planta baixa do projeto inicial para a construção do jardim filtrante com todas as suas dimensões e localização de cada área constituinte do sistema. Figura 5 - Planta Baixa do Jardim Filtrante Fonte: Autores, 2018. As etapas de construção do Jardim filtrante consistiram basicamente no que é mostrado nas Figuras 5 a 21 em sequência. Local para construção do jardim filtrante 36 Primeiramente foi feita a locação do terreno para construção do jardim de acordo com o projeto (Figura 5) como mostra a Figura 6, seguido pelas etapas de levantamento da alvenaria (Figura 7), aplicação do reboco (Figura 8) e instalação das tubulações de entrada e saía de efluente (Figura 9). Foi confeccionado um dreno (Figura 10) de acordo com modelo da Figura 11 para drenos horizontais profundos - DHP, a fim de se drenar a água do jardim e transferir ao reservatório e posteriormente coletá-la. Figura 6 - Locação do terreno Fonte: Autores, 2018. Figura 7 - Levantamento da Alvenaria Fonte: Autores, 2018. 37 Figura 8 - Aplicação do reboco Fonte: Autores, 2018. Figura 9 - Instalação das tubulações Fonte: Autores, 2018. Figura 10 - Dreno confeccionado com tubo de PVC Fonte: Autores, 2018. 38 Figura 11 - Dreno Horizontal Profundo de PVC Fonte: Alonso, 1999. Os diâmetros dos drenos variam de 1” a 2”, o que limita a quantidade de água a ser extraída por unidade implantada. Seu comprimento pode atingir centenas de metros, mas geralmente aplica-se de 10 a 20 m. A região corrugada dos tubos possui furos de 5 a 10 mm, devendo evitar mais de dois furos por seção o que refletiria na redução da resistência do mesmo. A Figura 12 mostra o dreno devidamente instalado e revestido com a tela de nylon para evitar que partículas pequenas de materiais se depositem nos furos do dreno afetando sua eficiência. Figura 12 - Instalação do Dreno Horizontal Profundo Fonte: Autores, 2018. As águas cinza, por conterem gorduras, devem passar por um dispositivo denominado caixa de gordura, onde ocorrerá a separação deste material, pois o sistema não é capaz de digerir este tipo de matéria orgânica. Esta caixa de gordura citada anteriormente foi dimensionada segundo as definições da norma brasileira NBR 8160 (ABNT, 1999): Sistemas Prediais de Esgoto Sanitário. Por se trata de 39 apenas uma cozinha, a caixa de gordura será do tipo simples, retendo até 31 l do efluente. A caixa de retenção de sólidos é denominada caixa de decantação pelo EMBRAPA (2013) caixa com uma capacidade de 50 a 100 l. A Figura 13 mostra esses dispositivos. Figura 13 - Caixas de gordura e retenção de sólidos Fonte: Autores, 2018. Depois da separação dos sólidos lipossolúveis (são solúveis em gordura) o efluente segue para a porção do jardim filtrante denominada filtro biológico, onde ocorrerá o processo de depuração biológica do efluente. Após a construção, a caixa é preenchida com uma camada de brita n°1 e uma camada de areia grossa e terra vegetal, sendo, em seguida, saturadas com água. As funções que atribuímos às camadas de areia e brita são: Atuam diretamente como suporte físico para as plantas que serão inseridas posteriormente; Proporciona maior área superficial reativa; Serve como meio de aderência para a população microbiana; Por fim, são responsáveis pela remoção de compostos orgânicos e inorgânicos por processos físicos e químicos. 40 É colocada entre as camadas do jardim uma tela de nylon para a separação dos materiais ali presentes. As Figuras 14 a 16 mostram as camadas desses materiais sendo inseridas. Figura 14 - Camada de Brita adicionada ao jardim juntamente com a tela para separação das camadas de materiais Fonte: Autores, 2018. Figura 15 - Camada de areia grossa Fonte: Autores, 2018. 41 Figura 16 - Camada de terra vegetal Fonte: Autores, 2018. Depois de colocado o meio suporte, são plantadas as espécies desejadas (plantas macrófitas ou ornamentais compatíveis com o meio), visando produzir um ambiente visualmente agradável. As espécies inseridas no jardim foram as descritas no Quadro 3. Quadro 3 - Espécies inseridas no Jardim Filtrante Espécie Nome Popular Função Zingiberaceae Alpínia, Gengibre-vermelho Degradação de matéria orgânica Cyperaceae Papiro Anão Degradação de matéria orgânica e Paisagística Araceae Copo de Leite Degradação de matéria orgânica e Paisagística Portulacaceae Onze horas Ornamental Poaceae Citronela Repelir insetos, aromática Grama Esmeralda Grama Esmeralda Ornamental Fonte: Autores, 2018. A escolha das plantas do jardim foi baseada em sua capacidade de “fitoextração” dos micropoluentes e nutrientes presentes na água, com a capacidade de autodepuração do meio úmido plantado. Com isso, as plantas são escolhidas de acordo com o seu potencial de tolerância, devendo seguir os seguintes fatores: rusticidade: capacidade de resistir às diversas variações do meio (secas, inundações, acidez etc.); consumo de oxigênio; tolerância a diversos tipos de http://www.centraldagrama.com/grama-esmeralda http://www.centraldagrama.com/grama-esmeralda 42 poluentes; grandes sistemas de raiz, rastejando e ramificada (volume da rizosfera e produtividade biológica); adaptações às condições de inundação local e de seca. As Figuras 17 e 21 mostram as plantas que foram escolhidas para compor o sistemade tratamento. Figura 17 - Plantas macrófitas e ornamentais nativas da região Fonte: Autores, 2018. Logo após esse processo de plantação das espécies, foi necessário confeccionar as tampas da caixa de gordura, caixa de retenção de sólidos e do reservatório ao qual essa água será armazenada para evitar que insetos se proliferem no sistema e evitar possíveis odores como mostram as Figuras 18 a 21 abaixo. As tampas foram devidamente, armadas com Aço CA – 60 com bitola de 5,0 mm e formas de madeirite compensado de 14 mm e em sequência foi lançado e adensado o concreto dessa tampa como mostra a Figura 19. 43 Figura 18 - Armações das Tampas com CA-50 de 5,0 mm Fonte: Autores, 2018. Figura 19 - Lançamento e Adensamento do Concreto na forma da Tampa Fonte: Autores, 2018. 44 Figura 20 – Tampas do reservatório e caixa de gordura. Fonte: Autores, 2018. Figura 21 – Plantas inseridas no jardim filtrante Fonte: Autores, 2018. Após todas essas etapas para construção do jardim ele se encontra em perfeitas condições para iniciar o processo de tratamento das águas cinza. Depois de todo o processo de montagem do Jardim filtrante, representado pela Figura 22, onde se encontra a entrada do efluente pela tubulação de entrada que coleta as águas das pias e chuveiro que segue para caixa de retenção de resíduos sólidos, em seguida para a caixa de gordura e posteriormente para o sistema de filtro biológico composto pelas plantas e as camadas de terra, areia e 45 brita e no final do processo o efluente gerado após percolar pelo sistema segue para o reservatório para uso ou descarte de acordo com a sua classificação após análise. Figura 22 - Estrutura do Jardim Filtrante Fonte: Autores, 2018. Na figura 22, é possível observar que houve infiltração dentro do sistema, isto aconteceu devido a não impermeabilização da área reservada para o Jardim, pois foi analisada a área e chegado à conclusão que apenas a argamassa seria suficiente para garantir a estanqueidade do sistema. Porém, na prática isto não ocorreu acarretando na infiltração, essa infiltração pode ser resolvida com a retirada do material e aplicação do produto impermeabilizante, e posteriormente a recolocação do material. 3.2 Análise de Parâmetros Físico-Químicos do Efluente Os parâmetros utilizados para a análise do Jardim Filtrante foram selecionados com base na NBR 13969/1997. As amostras foram coletadas no dia 08 de maio na entrada do efluente no sistema, caixa de gordura e retenção de resíduos sólidos. A coleta e análise foi realizada pelo técnico do Instituto do Meio Ambiente (IMA). Após a coleta as amostras foram transportadas até o Laboratório do IMA para serem analisadas. Para a caracterização e escolha dos locais que receberão o reuso do efluente do jardim filtrante serão levados em consideração padrões de qualidade para reuso, que variam de acordo com o fim desejado. Para isto foi consultado a NBR 13.969 do ano de 1997. 46 De acordo com o NBR 13969/1997, a escolha das fontes alternativas de reuso de água deve levar em consideração o resultado dos parâmetros do efluente após análise e feita sua classificação de acordo os valores e classe relacionados no Quadro 2 acima. Os métodos e procedimentos aplicados para as análises foram realizados baseados nos métodos utilizados pelo IMA que constam no Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (APHA, 1998). Os parâmetros de determinação selecionados para a análise das amostras do sistema de Jardim Filtrante estão relacionados no Quadro 4. Quadro 4 – Parâmetros analisados Parâmetros Métodos pH Tritation Method Turbidez (NTU) Nephelometric Method OD (mg/L) Eletrometric Method Cloro Residual (mg/L) Method colorimetric with DPD Coliformes fecais (NMP/100mL) Method incubation SDT (mg/L) Total Solids Dried at 103–105°C Fonte: Autores, 2018. 3.3 Verificação do custo benefício da implantação do sistema A avaliação dos custos é de grande importância dentro dos objetivos deste trabalho. Para que a determinação do período de retorno para o capital investido no sistema de reuso de águas cinza possa ser determinado, é preciso relacionar os custos de implantação, valorização do espaço e também de manutenção. Os custos de implantação envolvem as tubulações de esgoto, o material para construção do jardim filtrante e a mão-de-obra envolvida. São considerados também os acessórios necessários para as instalações. O período de retorno para o investimento inicial necessário à separação das águas cinza foi determinado admitindo-se a utilização do efluente para usos simples como lavagem de piso e irrigação do próprio sistema do jardim que proporcionou uma valorização do espaço onde foi implantado e o não descarte do efluente no meio ambiente. 47 Para a elaboração do consumo de água de reuso foram relacionadas as demandas de água dos pontos que podem ser abastecidos com água de menor exigência de qualidade, ou seja, foram relacionados os vasos sanitários e as áreas externas à residência, jardins e calçadas. Foram utilizados os custos de composições do Sistema Nacional de Pesquisa de Custos e Índices da Construção Civil - SINAPI e pelo Orçamento de Obras de Sergipe - ORSE para a maior parte dos itens analisados. 48 4 RESULTADOS E DISCUSSÕES Neste capítulo está representado e discutido os resultados obtidos através das análises para a avaliação de alternativa de reúso para o efluente de saída desse sistema e a composição de custos necessária para aquisição de um jardim filtrante como sistema de reaproveitamento de águas cinza advindas do esgoto doméstico. 4.1 Qualidade da água proveniente da entrada e saída do Jardim Filtrante As análises foram realizadas pelo Instituto do Meio Ambiente (IMA) para quantificação dos parâmetros físico-químicos necessários para a classificação do efluente gerado na entrada do tratamento por meio do filtro biológico do jardim filtrante, os resultados obtidos encontram-se no Quadro 5. Quadro 5 - Parâmetros analisados na entrada do efluente Parâmetros Resultados dos Ensaios pH 6,06 Turbidez (NTU) 1702,7 OD (mg/L) 483,3 Cloro Residual (mg/L) < 0,1 Coliformes fecais (NMP/100mL) > 80000 SDT (mg/L) 229 Fonte: Autores, 2018. Ao observamos o Quadro 5 e compararmos com o Quadro 2, nota-se que não podemos classificar esse efluente de entrada em nenhuma classe para determinação de alternativas de reúso sem um tratamento adequado. Ou seja, esse efluente é ideal para passar por tratamento e ser feito um estudo comparativo da entrada e saída. As análises do efluente de gerado na saída do jardim filtrante não foram possíveis de serem feitas, pois a quantidade disponível na saída não era suficiente pra ser coletada e analisada. A hipótese mais provável desse acontecimento é que o jardim foi feito com uma margem de segurança de 69%, pois a área por habitante é de 1 m² e como na residência moravam duas pessoas ele deveria ter sido construído com 2 m², mas para melhor aproveitamento do espaço ele foi construído com área total de 3,38 m². 49 Isso fez com que o sistema consumisse todo o efluente e deixasse passar uma quantidade menor para o reservatório. Figura 23 - Coleta de Efluente para realização de análises de parâmetros Fonte: Autores, 2018. Figura 24 - Efluente Coletado na Entrada do Jardim Filtrante Fonte: Autores, 2018. 50 A Figura 23 retrata a coleta realizada na entrada do jardim filtrante pelo técnico do IMA e a Figura 24 retrata os frascos utilizados para as análises, o frasco maior de 5 Litros foi para a utilização nas análises de parâmetros do pH, Turbidez, Cloro Residual, DBO (Demanda Bioquímica de Oxigênio), OD (Oxigênio Dissolvido) e Sólidos Totais Dissolvidos. Os fracos menores foram utilizados para as análises
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