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Pontifícia Universidade Católica de Goiás Escola de Engenharia Engenharia Civil AVALIAÇÃO DE REUSO DE ÁGUAS CINZAS NO AMBIENTE BANHEIRO DE FORMA DIRETA: ESTUDO DE CASO EM UM APARTAMENTO RESIDENCIAL EM GOIÂNIA-GO Igor Matheus Resende Reis Mateus Côrtes Marçal de Mendonça Goiânia, junho de 2019 Pontifícia Universidade Católica de Goiás Escola de Engenharia Engenharia Civil AVALIAÇÃO DE REUSO DE ÁGUAS CINZAS NO AMBIENTE BANHEIRO DE FORMA DIRETA: ESTUDO DE CASO EM UM APARTAMENTO RESIDENCIAL EM GOIÂNIA-GO Igor Matheus Resende Reis Mateus Côrtes Marçal de Mendonça Projeto de pesquisa apresentado à banca examinadora como parte dos requisitos para avaliação na disciplina ENG1091 – Trabalho Final de Curso I. Goiânia, junho de 2019 3 TRABALHO FINAL DE CURSO I RESUMO A crescente escassez de água potável e o crescimento acelerado da população mundial são causas de grande preocupação, atualmente. Soma-se a isso o fato de que o mundo apresenta uma distribuição desequilibrada desse recurso no território mundial, existem áreas de grande densidade demográfica que apresentam pequena quantidade de água doce disponível, que exigem a criação e a utilização de novas formas de reuso da água. Diante deste panorama, o presente trabalho propõe a avaliação do reuso da água do lavatório e chuveiro na bacia sanitária, de forma direta com minimização de gastos. Visando realizar a mensuração dos volumes de cada aparelho em análise, serão instalados equipamentos medidores de vazão na passagem de água para chuveiro, pia e caixa acoplada da bacia do vaso sanitário de um banheiro de um apartamento residencial, deles serão realizadas leituras dias em um horário, a fim averiguar a quantidade de água que poderá ser reutilizada nesse ambiente e qual economia isso acarretará no consumo de água potável. Palavras-chaves: águas cinzas, sustentabilidade, reuso. Pontifícia Universidade Católica de Goiás Escola de Engenharia Curso de Engenharia Civil 4 TRABALHO FINAL DE CURSO I SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................. 5 1.1 Justificativa .................................................................................................................. 7 1.2 Objetivos ...................................................................................................................... 8 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ......................................................................................... 8 3 METODOLOGIA ........................................................................................................... 12 4 CRONOGRAMA ............................................................................................................ 16 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................. 17 Pontifícia Universidade Católica de Goiás Escola de Engenharia Curso de Engenharia Civil 5 TRABALHO FINAL DE CURSO I 1 INTRODUÇÃO Estima-se que 97,5% da água existente no mundo é salgada e não é adequada ao nosso consumo direto nem à irrigação da plantação. Dos 2,5% de água doce, a maior parte (69%) é de difícil acesso, pois está concentrada nas geleiras, 30% são águas subterrâneas (armazenadas em aquíferos) e 1% encontra-se nos rios. Logo, o uso desse bem precisa ser pensado para que não prejudique nenhum dos diferentes usos que ela tem para a vida humana. (Agência Nacional de Águas, 2019). Segundo a ONU (Organização das Nações Unidas) (2017) apesar de uma queda geral na taxa de natalidade, a população mundial saiu de 7,4 bilhões em 2015 para quase 7,6 bilhões em 2017, ou seja, mantendo-se esse ritmo é esperado que a população mundial chegue a 8,6 bilhões em 2030, 9,8 bilhões em 2050 e que supere os 11,2 bilhões em 2100. O Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE) (2019) estima que a população brasileira seja de quase 210 milhões e projeta que essa população cresça para quase 225 milhões em 2030 e quase 233 milhões em 2050. Em termos globais, o Brasil possui uma boa quantidade de água. Estima-se que o país possua cerca de 12% da disponibilidade de água doce do planeta. Mas a distribuição natural desse recurso não é equilibrada. A região Norte, por exemplo, concentra aproximadamente 80% da quantidade de água disponível, mas representa apenas 5% da população brasileira. Já as regiões próximas aos Oceano Atlântico possuem mais de 45% da população, porém, menos de 3% dos recursos hídricos do país. (ANA, 2019). Segundo o Diagnóstico dos Serviços de Água e Esgotos de 2014, realizado pelo Sistema Nacional de Informações sobre Saneamento (SNIS), 49,8% dos esgotos gerados no país são coletados. Destes, 70,9% são tratados (BRASIL, 2016). Considerando tal situação, e sabendo que dois terços da população mundial enfrentam uma severa escassez de água ao menos um mês por ano, sendo que 500 milhões de pessoas sofrem com a escassez o ano todo (MEKONNEN & HOEKSTRA, 2016), é imperativa a adoção de atitudes para reduzir o consumo e o desperdício dos recursos hídricos disponíveis, através da conscientização da população e da adoção de hábitos de conservação da água. De acordo com o relatório Água para um Mundo Sustentável, da Organização das Nações Unidas para Educação, Ciência e Cultura (UNESCO) (2015), a demanda global de água é Pontifícia Universidade Católica de Goiás Escola de Engenharia Curso de Engenharia Civil 6 TRABALHO FINAL DE CURSO I fortemente influenciada pelo crescimento populacional e pela urbanização, ou seja, no cenário atual o consumo tende a aumentar em todos os setores de produção de tal forma que a projeção para 2030 é de que haja um déficit global de água de 40%. Entretanto, acredita-se que o mundo possui água suficiente para atender o crescimento do consumo, caso haja uma alteração drástica nos modos de uso e gerenciamento desse recurso. As empresas prestadoras de serviço de saneamento tradicionalmente dividem os consumidores de água em quatro grandes grupos: doméstico, comercial, industrial e público. A água para uso doméstico é utilizada tanto na área interna quanto na externa. Na área interna pode ser utilizada para bebida, higiene pessoal, preparo de alimentos, lavagem de roupa, limpeza em geral. Para a área externa, utiliza-se a água para regar jardins, limpeza de pisos e fachadas, limpeza de veículos. (TSUTIYA, 2006). Segundo Guerra Filho (2017) o reuso da água pode ser direto ou indireto. O reuso é considerado indireto e não planejado quando a água é descartada no meio ambiente e reutilizada a jusante de uma maneira não intencional e de uma forma diluída. O reuso é indireto planejado quando a água é tratada antes de ser descarregada, para ser utilizada a jusante, de maneira controlada. Por fim, é considerado reuso direto planejado quando a água é tratada e encaminhada diretamente até o local do reuso, não sendo descartada no meio ambiente. Águas cinzas, adequadamente tratadas, apresentem certo potencial de reuso para fins não- potáveis. Tem pequena variação de vazão durante todo o ano, podem ser facilmente coletadas e, em razão de sua menor concentração de carga orgânica e de organismos termotolerantes, exigem um nível de tratamento inferior ao necessário para tratamento de esgotos domésticos. (HESPANHOL, 2008). Os usos urbanos não potáveis envolvem riscos menores e devem ser considerados como a primeira opção de reuso na área urbana. Entretanto, cuidados especiais devem ser tomados quando ocorre contato direto do público com gramados de parques, jardins e campos de esporte. Os maiores potenciais de reuso são os que empregamesgotos tratados para: irrigação de jardins públicos e centros esportivos, reserva de proteção contra incêndio, sistemas decorativos como fontes e chafarizes, descargas sanitárias e lavagem de automóveis. Os problemas associados ao reuso urbano não potável são, principalmente, custos elevados de sistemas duplos de distribuição e dificuldades operacionais juntamente com riscos potenciais de ocorrência de conexões cruzadas. Os custos, entretanto, devem ser considerados em relação ao benefício de Pontifícia Universidade Católica de Goiás Escola de Engenharia Curso de Engenharia Civil 7 TRABALHO FINAL DE CURSO I conservar água potável e de adiar ou eliminar a necessidade de desenvolvimento de novos mananciais para abastecimento. (HESPANHOL, 2002). Segundo SANTANA e SILVA (2014) no Nordeste, tem sido adotado o Programa Águas para todos, que consiste na instalação de grandes caixas d’água com capacidade de até 18 mil litros de água armazenada, para abastecer as famílias carentes, que não tem acesso à água canalizada. Essas caixas d’água são preenchidas por água da chuva coletada por calhas instaladas nos beirais dos telhados. É afirmado ainda que nos casos de reuso da água de esgoto doméstico, deve ser feito o tratamento adequado, mesmo que seja para fins não potáveis. Por fim, observa- se que a situação atual da disponibilidade de água, requer alternativas urgentes de reciclo e o reuso da mesma, além de uma mudança de “cultura”, que deve conscientizar a população da necessidade de redução do desperdício de água. 1.1 Justificativa A água é um recurso indispensável a todos os ecossistemas terrestres, e a substância mais reciclável que há na natureza, porém, o ciclo hidrológico – que inclui enchentes e secas, causadoras de drásticas consequências – está sofrendo grande interferência das mudanças climáticas ocorridas no mundo, decorrentes das ações desrespeitosas do homem. Isso tem interferido negativamente no seu ciclo, principalmente no que se refere à disponibilidade de água doce, cujo consumo diário vem aumentando a cada dia, especialmente nas grandes metrópoles, devido ao aumento populacional e ao uso irracional, dentre outros fatores. A ONU considerou que 20% da população mundial não têm acesso à água própria para consumo, e que atualmente muitos países já apresentam dificuldades de abastecimento (MÂCEDO, 2001, apud DANTAS e SALES, 2009). O aumento de demanda e a diversificação dos usos múltiplos intensificaram a crise hídrica. A redução da demanda doméstica e industrial é um imperativo e deve ser orientada por comunicação adequada, novos processos de gestão e mobilização e tecnologia avançada. Tecnologias para a redução da demanda doméstica devem ser incentivadas (JIMENEZ- CISNEROS, 2015). Principalmente em região de pouca água disponível devem-se aproveitar os recursos hídricos ao máximo com o mínimo de desperdício, tornando eficiente a utilização da água, implantando Pontifícia Universidade Católica de Goiás Escola de Engenharia Curso de Engenharia Civil 8 TRABALHO FINAL DE CURSO I métodos de racionalização do seu uso, como o reuso de água de efluentes domésticos e industriais, ou a recarga artificial de aquíferos (DANTAS e SALES, 2009). Segundo Hespanhol (2010), o tratamento de esgotos induzirá ao reuso de água para diferentes finalidades e proporcionará economia de água e impactos nas economias regionais e até nacionais dependendo do volume de reuso. Para tanto é necessário estabelecer no Brasil padrões para água de reuso, ampliando sua capacidade e o tratamento de esgotos. 1.2 Objetivos 1.1.1 Objetivos Gerais: • Avaliar a possibilidade de reuso da água do lavatório e chuveiro na bacia sanitária, de forma direta sem maiores gastos. 1.1.2 Objetivos específicos: • Instalar o medidor de vazão no lavatório, chuveiro e bacia sanitária. • Realizar as leituras nos equipamentos instalados • Quantificar o volume de água utilizada no lavatório, vaso sanitário e chuveiro de um banheiro. • Calcular as porcentagens de utilização de cada equipamento • Avaliar o quanto esta economia impacta na conta de água do consumidor unitário; • Avaliar o quanto esta economia impacta na conta de água do empreendimento completo, incluindo a área comum; 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA A redução do consumo de água potável de alta qualidade implica tanto na adoção de medidas que visem o uso racional, tais como redução de pressão nos pontos de consumo, uso de tecnologias economizadoras, manutenção eficiente, de forma a possibilitar a detecção e conserto de vazamentos, entre outros, como também no emprego de fontes alternativas para usos que não necessitam de água potável. (LIMA, 2010). De acordo Gonçalves et al (2010), o consumo de água doméstico pode constituir mais da metade do consumo total de água nas áreas urbanas, do ponto de vista estratégico, atuar no controle da Pontifícia Universidade Católica de Goiás Escola de Engenharia Curso de Engenharia Civil 9 TRABALHO FINAL DE CURSO I demanda residencial é a melhor alternativa para prorrogar a ocorrência de estresse hídrico nas cidades. O esgoto sanitário gerado nas residências pode ser segregado da seguinte forma: água negra: efluente proveniente dos vasos sanitários, incluindo fezes, urina e papel higiênico; água cinza: águas servidas, excluindo o efluente dos vasos sanitários; água amarela: representando somente a urina; água marrom: representado somente pelas fezes (OTTERPOHL,2001 apud BAZZARELLA, 2005). O termo água cinza para reuso é definido como todo esgoto gerado por uma localidade que não possui contribuição dos vasos sanitários e pias de cozinha, e sim, de locais como lavatórios, chuveiros, tanques e máquinas de lavar roupas (ANA, 2005). A ABNT NBR 13969 (1997) preconiza que a água de reuso após captada e tratada pode ser usada para atividades como: irrigação de jardins, lavagem de piso, descarga de vasos sanitários, dentre outros. De acordo com Hespanhol (2002), a água proveniente de pias, lavatórios e chuveiros, podem ser utilizadas para descarga de bacias sanitárias e lavagem de pisos. Já a água originária de efluentes com resíduos de bacias sanitárias (águas negras) só pode ser utilizada novamente para os mesmos fins após tratamento. Segundo Lima (2010), as águas cinzas devidamente tratadas podem ser utilizadas no consumo não potável como descarga de vasos sanitários, lavagem de calçadas e ruas, irrigação de jardins, irrigação de faixas verdes decorativas ao longo de ruas e estradas, construção civil (compactação do solo, controle de poeira, lavagem de agregados), limpeza de tubulações, sistemas decorativos tais como espelhos d’água, chafarizes, fontes luminosas, entre outros. Santana e Silva (2014) afirmam que as águas de reuso devem apresentar algumas características de acordo com suas respectivas finalidades, como por exemplo: para irrigação de jardim, lavagem de pisos não deve apresentar mau-cheiro, não deve conter componentes que agridam as plantas, não deve ser abrasiva, não deve manchar superfícies, não deve propiciar infecções ou contaminações que prejudiquem a saúde humana. Água para descarga em bacias sanitárias: não deve apresentar mau-cheiro, não deve ser abrasiva, não deve manchar superfícies, não deve deteriorar os metais sanitários, não deve propiciar infecções ou a contaminação por vírus ou bactérias prejudiciais à saúde humana. Água para lavagem de roupa: deve ser incolor, não deve Pontifícia Universidade Católica de Goiás Escola de Engenharia Curso de Engenharia Civil 10 TRABALHO FINAL DE CURSO I ser turva, não deve apresentar mau-cheiro, deve ser livre de partículas sólidas, deve ser livre de metais, não deve deteriorar os metais sanitários e equipamentos, não deve propiciar infecções ou a contaminação por vírus ou bactérias prejudiciais à saúde humana. Para May (2009),a fim de possibilitar o reuso de águas cinzas é necessário efetuar um tratamento dessa água e adequá-la aos padrões de qualidade compatível com o uso destinado. Deve-se considerar o comportamento do usuário, sendo que o volume e a concentração de contaminantes podem variar de acordo com a tipologia da edificação, localidade, nível de ocupação da residência, faixa etária, estilo de vida, classe social, cultura e costumes dos moradores. De acordo com Santos (2002), a configuração básica de um sistema de água cinza consta basicamente do subsistema de coleta de água servida, do subsistema de condução da água (ramais, tubos de queda e coletores), da unidade de tratamento (gradeamento, decantação, filtro e desinfecção) do reservatório de acumulação, e, se necessário, de um sistema de recalque, reservatório superior e distribuição. Freitas (2018) afirma que o custo de implementação de um sistema de tratamento de águas cinzas e de sua manutenção são baixos devido a simplicidade do tratamento, a não ser pela aquisição do coletor solar comercial, que tem a função de pasteurizar a água. O objetivo principal do sistema é evitar o desperdício e realizar o aproveitamento de água que ocorre nas residências, atualmente. Foi visto, também, que há muita variação das análises físico-químicas nas amostras das águas cinzas e, por isso, não há como ser feito um tratamento específico para alguns poluentes nessas águas. Segundo Santos (2002), é possível fazer uma simulação a respeito da quantidade de água cinza necessária para cada usuário. Considerando um chuveiro com uma vazão de 0,10 l/s e que o mesmo seja acionado apenas uma vez por dia durante 10 minutos, o volume de água seria de 60 litros. Considerando também que utilize o lavatório cinco vezes por dia, durante 30 segundos, cada utilização com vazão específica de 0,10 l/s, o volume de água consumido é de 15 litros. Logo, o volume total é de 75 litros. Considerando esse volume como volume potencial de água cinza, e admitindo perdas e aproximadamente 5% no sistema predial de água cinza, o volume disponibilizado seria em torno de 71 litros. Por outro lado, a descarga de uma bacia sanitária consome cerca de 10 a 12 litros de água potável por vez que é acionada, supondo que a mesma seja utilizada quatro vezes ao dia, o consumo é cerca de 48 litros de água. Então, se a Pontifícia Universidade Católica de Goiás Escola de Engenharia Curso de Engenharia Civil 11 TRABALHO FINAL DE CURSO I água cinza puder ser reutilizada em lugar da água potável na descarga da bacia sanitária, haveria a possibilidade de uma economia de 48 litros de água potável, restando ainda 23 litros para outros fins não nobres. Fiorin (2005), em um estudo de caso realizado em Ijuí - RS, expõe que a reutilização das águas cinzas trazem benefícios tanto para os moradores, quanto para as estações de tratamento de água. Possibilita a maximização da eficiência na utilização dos recursos hídricos, uma garantia na qualidade da água tratada; a viabilização de um sistema "fechado", com descarte mínimo de efluentes; além da redução expressiva de custos com água e esgotamento sanitário. Porém, o controle do processo de reuso de águas é fase de grande importância, devendo começar pela obrigatoriedade de separação das canalizações de água potável e água de reuso. Além disso, deve-se primar pelo monitoramento da operação em particular no desempenho da desinfecção realizada no sistema. Lima (2010) apresenta a porcentagem do uso final da água no setor residencial em diferentes países e explica que as variações de consumo podem ser explicadas pelas diferentes condições climáticas, aspectos sociais, econômicos e culturais. É apresentado ainda que no Brasil o equipamento responsável pelo maior consumo de água é o chuveiro, seguido das bacias sanitárias. A Figura 1 apresenta o gráfico com a distribuição do consumo de água em uma residência no Brasil. Figura 1 – Percentuais de consumo de água em uma residência no Brasil (Lima, 2010). Pontifícia Universidade Católica de Goiás Escola de Engenharia Curso de Engenharia Civil 12 TRABALHO FINAL DE CURSO I 3 METODOLOGIA Para a realização do presente estudo inicialmente serão adquiridos aparelhos de medição de vazão em tubulação de água fria, com selo do INMETRO para garantir credibilidade das leituras que serão realizadas. Os equipamentos serão instalados nas entradas de água dos aparelhos hidráulicos, do banheiro social ou de suíte do apartamento residencial escolhido, utilizado por moradores e eventuais visitas. Estes dispositivos serão colocados na entrada de água para pia, Figuras 2 e 3, chuveiro, Figura 4, e caixa acoplada da bacia do vaso sanitário, Figuras 5 e 6, e com a finalidade de aferir a quantidade de água utilizada por cada um deles. Figura 2 – Lavatório Fonte: Autor Pontifícia Universidade Católica de Goiás Escola de Engenharia Curso de Engenharia Civil 13 TRABALHO FINAL DE CURSO I Figura 3 – Engate do lavatório Fonte: Autor Figura 4 – Chuveiro elétrico Fonte: Autor Local previsto para instalação do medidor Local previsto para instalação do medidor Pontifícia Universidade Católica de Goiás Escola de Engenharia Curso de Engenharia Civil 14 TRABALHO FINAL DE CURSO I Figura 5 – Vaso sanitário com caixa acoplada Fonte: Autor Figura 6 – Engate da caixa acoplada do vaso sanitário Fonte: Autor Local previsto para instalação do medidor Pontifícia Universidade Católica de Goiás Escola de Engenharia Curso de Engenharia Civil 15 TRABALHO FINAL DE CURSO I O apartamento escolhido para a realização deste estudo localiza-se no banheiro de um apartamento localizado no Setor Leste Universitário, Goiânia – Goiás. O empreendimento é um apartamento residencial com dois quartos, sendo um suíte, um banheiro social, sala de estar, cozinha, área de serviço e sacada. É habitado por duas pessoas do sexo masculino, ambas com 23 anos de idade, as quais eventualmente recebem visitas de amigos e familiares. As leituras que serão realizadas em horário padrão, diariamente durante um período de três meses (agosto, setembro e outubro). Finalizadas as leituras, todos os dados serão utilizados para elaborar as porcentagens de utilização de cada equipamento dentro do ambiente banheiro, onde a somatória das vazões totais dos 3 equipamentos será um valor específico divergente do total de 100%, que será o da residência completa, incluindo o segundo banheiro, cozinha e área de serviço. Com os dados de vazão total de cada equipamento e porcentagem de utilização de água de cada um deles, serão feitos gráficos que ilustrem a situação observada. No final será avaliada a porcentagem de água que pode ser reutilizada dentro desse próprio ambiente. E a partir desse dados fazer a verificação, com cálculos, do impacto que esse reaproveitamento de água trará na conta de água do consumidor e por consequência ampliar essa verificação para todo edifício, incluindo as áreas comuns existentes no local, como áreas de lazer, banheiros sociais e de serviço. Tais verificações serão feitas a partir do modelo utilizado para estudo, no qual os cálculos utilizados serão replicados de acordo com o total de apartamentos e ambientes equivalentes nas áreas comuns que apresentarem as mesmas características do banheiro analisado. Pontifícia Universidade Católica de Goiás Escola de Engenharia Curso de Engenharia Civil 16 TRABALHO FINAL DE CURSO I 4 CRONOGRAMA Pontifícia Universidade Católica de Goiás Escola de Engenharia Curso de Engenharia Civil 17 TRABALHO FINAL DE CURSO I REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMASTÉCNICAS. 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Artigo: Programa para gerenciamento de águas nas indústrias, visando ao uso racional e à reutilização. Revista Engenharia Sanitária e Ambiental, Vol. 4. Rio de Janeiro ,1999. IBGE – Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. Projeção da população do Brasil e das Unidades da Federação. Disponível em: < https://www.ibge.gov.br/apps/populacao/projecao/>. Acesso em 10 de abril de 2019. JIMENEZ-CISNEROS, B. Responding to the Challenges of Water Security: the Eighth Phase of the International Hydrological Programme 2014-2021. Hydrological Sciences and Water Security: Past, Present and Future, UNESCO. Paris, 2015. LIMA, R. M. A. Gestão da água em edificações: Utilização de aparelhos economizadores, aproveitamento de água pluvial e reuso de água cinza. Biblioteca Digital da Universidade Federal de Minas Gerais. Belo Horizonte, 2010. MAY, S. Caracterização, tratamento e reuso de águas cinzas e aproveitamento de águas pluviais em edificações. Universidade de São Paulo. 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