Investimentos e Custos Operacionais Incrementais

Associação Nacional de Tecnologia do Ambiente Construído
GRUPO DE TRABALHO EM DESENVOLVIMENTO
SUSTENTÁVEL
I ENCONTRO NACIONAL SOBRE EDIFICAÇÕES E
COMUNIDADES SUSTENTÁVEIS
Canela, RS, 18 a 21 de novembro de 1997
INVESTIMENTOS E CUSTOS OPERACIONAIS INCREMENTAIS
ESTIMADOS PARA ETES DE PEQUENO PORTE, VISANDO O
APROVEITAMENTO DO EFLUENTE FINAL GERADO COMO ÁGUA DE
ABASTECIMENTO
Gino Roberto Gehling , Eng. Civil, Df. e Francisco Ricardo Andrade Bidone, Eng. Civil, PhD
Professores do Instituto de Pesquisas Hidráulicas - IPH/UFRGS
Av. Bento Gonçalves, 9500 - Caixa Postal 15029 - CEP 91501-970 - Porto Alegre, RS
Telefone (051)316.65.63 - Fax (051)316.65.65
RESUMO
Atualmente, uma das principais metas perseguidas por técnicos em engenharia
ambiental é a chamada emissão zero. Em sistemas de abastecimento de água, a matéria
prima básica é a água, que pode ser recuperada e reciclada após a sua utilização. Nos
últimos 20 anos, a reciclagem da água para fins diversos (uso industrial, torres de
resfriamento, duchas e descarga de vasos sanitários, entre outros), tem sido adotada sem
problemas. Experimentos mais recentes têm mostrado a possibilidade de reciclar as
águas residuárias para fins de abastecimento irrestrito, atendendo a todos os padrões de
potabilidade. Neste trabalho são apresentados aspectos econômicos associados à
reciclagem de águas residuárias para abastecimento, incluindo-se aspectos técnicos e
legais que ainda dificultam a adoção desta prática.
ABSTRACT
At the moment, one ofthe main objectives that environmental technical engineers wish
to fullfill is the so called zero emission. In terrns of water supply systems the basic raw
material is the water, wich could be recovered and recycled after usage. In the last
twenty years the recycling of water for different tasks (industrial, cooling towers,
sanitary flushes, between others) has been adopted without any problems. Recent
experiments have revealed that wastewaters are able to be recycled for irrestrictive
supplies meeting ali potability pattems. This study presents economical aspects related
to the recycling of wastewaters and shows also some technical and legal aspects wich
restrict its practical usage.
PALA VRAS CRA VE
Emissão zero; águas residuárias; reciclagem; aspectos econômicos, técnicos e legais.
273
INTRODUÇÃO
Estudos desenvolvidos pelos autores têm demonstrado a potencialidade do uso de ETEs - Estações
de Tratamento de Esgotos - de baixo custo (investimentos e custos operacionais), no tratamento de
esgotos principalmente de comunidades de pequeno porte. Estas tecnologias alternativas, como
lagoas de estabilização e bacias de infiltração rápida, apresentam alta eficiência quanto à remoção de
carga orgânica e coliformes fecais. As bacias de infiltração rápida, adequadas às comunidades
litorâneas do Rio Grande do Sul, geram um efluente final com um padrão qualitativo (Gehling,
1985), que em muitos casos supera a qualidade de águas superficiais utilizadas como mananciais
pelas concessionárias de saneamento em nosso Estado. No caso de pequenas vazões, com um limite
máximo de 30 IIs, via de regra a solução para o tratamento de águas de abastecimento de fontes
convencionais tem sido conseguida com o uso de ET As - Estações de Tratamento de Água compactas, fabricadas em estruturas metálicas que ocupam espaços significativamente menores do
que aqueles exigidos pelas ET As convencionais, e de igual eficiência. A incorporação de ET As
compactas às ETEs de pequeno porte, confeririam a estas últimas um tratamento complementar que,
combinado à tratamento posterior em "wetlands" e cloração do efluente final, poderia levar à
potabilização do efluente das ETEs, com a praticamente completa descontaminação/despoluição, a
não ser, por exemplo, da concentração de nitratos. A remoção dos mesmos seria executada por
unidades de tratamento complementar, que seriam futuramente construidas, possibilitando o reuso
das águas para abastecimento irrestrito da própria comunidade. As vantagens técnico-ambientais de
tal procedimento são inequívocas. Neste trabalho, além de alguns comentários técnicos relativos a tal
procedimento, são mostrados os aspectos econômicos que decorreriam de uma solução como a
proposta, com a quantificação dos custos incrementais determinados pela incorporação da ET A
compacta como polimento do efluente final de ETEs. Foram estudados módulos de tratamento de
10, 20 e 30 IIs, adequados a muitas comunidades do Rio Grande do Sul.
METODOLOGIA
Generalidades.
A metodologia estabelecida para o desenvolvimento do estudo conSistIU,
basicamente, do desenvolvimento de uma proposta de ET A adequada às necessidades do estudo,
com uma avaliação preliminar dos dimensionais das unidades que a compõe, e de uma estimativa de
valores de investimentos para a implantação da mesma, definindo-se paralelamente os custos
operacionais anuais correspondentes. É feita também referência à tecnologias adequadas à remoção
de nitratos da água tratada, jà que provavelmente será superada a concentração limite preconizada
pelo CONAMA (1986).
Descrição sucinta do tipo de ETA estudado. O modelo de ETA compacta proposto no presente
trabalho, emergiu da experiência dos autores no desenvolvimento de projetos similares, adquirida a
partir de trabalhos realizados para a Companhia Riograndense de Saneamento - CORSAN,
notadamente aquele executado para a comunidade de Glorinha/RS (Bidone, 1990). Consiste de uma
unidade clarificadora de contato de fluxo ascendente, seguida de duas unidades filtrantes (filtros
rápidos) de fluxo descendente de dupla camada (areia e antracito), com os seguintes dimensionais:
• clarificador de contato:
• foona: circular em planta, dimensionado para uma taxa de aplicação superficial de 125m3/m2dia;
• altura do fundo falso: 0.25 m;
• camada suporte de seixos: 0,40m de altura, e granulometria variando de 1 y," a 1112";
• camada de areia: 1.50 m de altura com diâmetro efetivo 0,80 mm e coeficiente de uniformidade 1.30;
• distância entre a superficie da areia até a borda das calhas coletoras: 1.90 m;
• altura total, para uma altura livre de 0.25m acima da borda das calhas: 4,30 m.
274
• filtros de fluxo descendente:
• forma: circular em planta, dimensionados
•
•
•
•
•
•
para uma taxa de aplicação superficial de 250 m'/m'.dia;
altura do fundo falso: 0,25 m;
camada suporte de seLxos: 0,40 m de altura, com granulometria variando de I \'I" a 1/12";
camada de areia: 0,25 m de altura, tamanho efetivo 0,45 mm e coeficiente de uniformidade 1,6;
camada de antracito: 0,45 1Il de altura, tamanho efetivo 0,90 mm, coeficiente de uniformidade 1,3;
disliincia da superficie de antracito à borda da calha coletora de água de lavagem: 0,70 m;
altura total, para uma altura livre de 2,25m acima da borda das calhas: 4,30 m.
Este conjunto de unidades é adequado à proposta do trabalho pelas seguintes razões:
• é especialmente indicado para águas de cor mais ou menos elevada e baixa turbidez, de dificil f1oculação;
• a turbidez que irrompe por f1uidificação do leito filtrante da unidade de fluxo ascendente, é removida nas
unidades de flllXOdesccndente;
• segurança operacional, além da f1exihilidade do sistema de filtração ascendente-descendente;
• o cfluente, mesmo em condições desfavoráveis (esgotos tratados mas com grandes conccntrações de sólidos e alta
turbidez), terá sempre garantia da sua qualidade.
Dimensionamento
hidráulico da ETA compacta. O dimensionamento hidráulico das unidades
baseou-se nas taxas de aplicação superficial adotadas, para módulos de vazão de 10 IIs, resultando:
Ta bel a I. DImensionamento hidr áulico da ET A comoacta.
Clarificador de contato
Vazão
Diâmetro(m)
Arca (m')
N" de unidades
3,0
6,912
1
10 Vs
3,0
6,912
2
20 Vs
3,0
6,912
3
30 Vs
Filtros descendentes
Diâmetro(m)
Area(m')
N" de unidades
1,5
1,728
2
1,5
1,728
4
1,5
1,728
6
Estimativa de custos da ETA. Os valores de investimentos previstos para a implantação dos
módulos de ET A compacta, como propostos, bem como dos custos operacionais anuais, são os
constantes da tabela 2. Os valores médios de investimentos foram obtidos junto' a fabricantes do
equipamento, nas praças de Caxias do SullRS e Passo FundolRS, no mês de março de 1997. Os
custos operacionais anuais foram estabelecidos com base em um consumo médio de 1,6 gim' de
hipoclorito de cálcio para desinfecção de água, a um custo de R$ 3,50/kg, e no pessoal de operação,
assumindo-se um salário médio por operador, com encargos sociais, de R$ 750/mês.
Tabela 2. Estimativa de custos da ETA com
cta.
Custos o
*
Vazão
Investimento
Cloro
(Vs
(R$
Consumo(k )
10
18.000,00
504,576
20
30.000,00
1.009,152
30
37.000,00
1.513,728
Para um turno de trabalho de 8,00 horas/dia.
Custo(RS
1.766,02
3.532,03
5.928,05
racionais anuais
Pessoal
Custo (R$)
Funcionários*
9.000
I
9.000
I
9.000
I
Total anual
)
10.766,02
12.532,03
14.928,05
Polimento em "wetland". Os "wetlands" são referidos como técnicas adequadas à paises em
desenvolvimento (WEF & ASCE, 1992). Nos "wetlands" o sistema radicular de culturas
selecionadas para tal fim retirariam do meio (tratado), os nutrientes - no caso, nitratos, sulfatos e
fosfatos - solúveis necessários à sua manutenção/crescimento, atenuando o referido problema. O
efluente da ET A seria direcionado a um sistema de "wetlands" artificiais, com escoamento subsuperficial em leito de cascalho, com uso de plantas emergentes como a Typha lati/alia. O fluxo
d'água se daria de O,15m a O,30m abaixo da superficie de brita, como recomenda Hamer (1992). O
efluente do "wetland" poderia ser diretamente usado para irrigação, ou mediante cloração de seu
efluente, para duchas e usos diversos.
275
Tratamento adequado à remoção de nitratos. Embora não seja a finalidade precípua do trabalho,
cabe aqui referenciar técnicas de remoção de nitratos, tais como as citadas por Arden (1994), que
são a denitrificação biológica, troca iônica, eletrodiálise e o processo Carix. Cabe destacar que os
custos das tecnologias aplicáveis à denitrificação de efluentes líquidos estão em continuo declínio.
Isto permite considerar que a médio prazo, algumas técnicas sofisticadas como a que está sendo
implantada na ETE De Groote Lucht, em Vlaardingen, Holanda, venham a ser viáveis em ETE's de
menor porte. A referida planta, que atende a 350.000 pessoas, está sofrendo reformas que incluem a
construção de leitos biológicos de areia fluidizados de fluxo ascendente (Muller et aI., 1997). Estes
terão condições de satisfazer aos novos padrões de emissão para efluentes de ETE, que vigorarão na
Holanda a partir de 01.01.98, e que não permitem concentrações de Ntotalsuperiores a 10 mgl!. O
custo de 3implantação da primeira etapa do sistema de leitos fluidizados, para uma capacidade de
3.600 m /h, é de US$ 23,43 por habitante. Posteriormente o sistema será expandido até uma
capacidade final de 12.000 m 3th. Tal como se observa na figura I (Muller et aI, 1997), a primeira
etapa já atenderá a nova exigência legal de 10 mgl! para Notai, e quando o sistema for expandido para
a capacidade final, o N"'ta!no efluente não superará a 5 mgll.
30
Capacidade de projeto
~20
~
o
:~
limile para o cfJuente
-------------------
10
e
~
O
O
2000
4000
6000
6000
10000
12000
Capacidade do filtro dinâmico de areia (m'lh)
Figura I. Capacidade dos filtros versus concentração de Notaino efluente, em De Groote Lucht.
Também na Holanda, está sendo construida uma pequena planta em escala real para tratamento de
águas residuárias, que baseia-se no inovador processo 3-S (three-sludge), que deverá garantir um
efluente com NotaIinferior a 10 mgl! e Ptotalinferior a I mgl! (Marsman et ai., 1997).
RESULTADOS
E DISCUSSÃO
Os resultados obtidos mostram que com valores de investimentos de R$ 18.000,00, R$ 30.000,00,
R$ 37.000,00, e custos operacionais anuais de R$ 10.766,02, R$ 12.532,03, R$ 14.928,05,
respectivamente para as vazões de 10, 20 e 30 IIs, é possível implementar a ET A compacta
anteriormente detalhada. Esta seria uma das unidades integrantes no polimento e reaproveitamento
de efluentes com as caracteristicas de águas residuárias domésticas, que tenham sido objeto de
tratamento em etapa anterior, por processos biológicos secundários. Com isto, principalmente em
comunidades de pequeno porte onde a vazão tratada não exceda 30 IIs, como é o caso presente, é
possível uma razoável aproximação do efluente zero. Há que se ter presente, no entanto, que
qualquer tratamento biológico convencional a nivel secundário, seja ele lodo ativado, lagoa de
estabilização, filtro biológico, entre outros, geram significativas concentrações de nitratos, sulfatos e
fosfatos. Pelos padrões da comunidade européia os nitratos tem a sua concentração máxima
admissível fixada em 50 mgl! (Reeve, 1994), para evitar a ocorrência da metemoglobinemia.
276
Provavelmente a potabilidade na questão dos nitratos, que nos EUA (Liu, 1997) e no Brasil
(CONAMA, 1986) é 10 mgll, não será satisfeita pela ETA compacta proposta. Isto porque os
nitratos, todos solúveis em água, terão plenas condições de ultrapassar as restrições fisicas da areia
no c1arificador, bem como da areia e do antracito nos filtros rápidos, embora o antracito possa
reduzir adsortivamente (de forma limitada) a sua concentração. Para superar o problema das altas
concentrações do íon nitrato, é imprescindível que seja adotada, após á ET A compacta, um processo
adequado para a remoção desse elemento. Logo, aos custos referidos neste trabalho, relativos á ETA
compacta, devem ser incorporados os custos da alternativa adotada para proceder a remoção dos
nitratos: "wetland" artificial, filtro biológico de areia como o de De Groote LlICh, ou outra
tecnologia adequada.
A desinfecção com cloro gasoso liquefeito realizar-se-ia em efluente de "wetland" artificial com
escoamento subsuperficial, ou em efluente de unidade denitrificante. É inequívoco reconhecer que a
concentração de matéria orgânica remanescente no efluente tratado a nivel secundário será muito
baixa, da ordem de 20 a 40 mgll, e será menor ainda para o efluente do "wetland". Logo, é razoável
admitir que a geração de c1oraminas, se ocorrer, o será em níveis insignificantes do ponto de vista de
saúde pública. Assim, o efeito carcinogênico do cloro ou dos elementos organoclorados não se fará
presente.
Uma sequência a ser obedecida no sistema integrado de tratamento poderia ser a que é representada
na figura 2. Em traço descontínuo apresenta-se a futura conveniência de dirigir o efluente do
"wetland" á uma unidade denitrificante, como a que está sendo implantada em De Groot Lucht. Na
inexistência da referida unidade o efluente do "wetland" seria usado para irrigação ou dirigido á
comunidade para abastecimento restrito (não potável). Em se implantando a unidade denitrificante, o
efluente final livre de nitratos, poderia ser dirigido para abastecimento irrestrito da comunidade, tal
como se representa na figura 2.
Cloração
Irrigação
Abastecimento
~Unidade
: dcnitrificantc
Esgoto bruto
Comunidade
Wetland artificial
ETE - Tratamento
secundário
ET A compacta
Figura 2. Sequência de tratamento de águas residuais domésticas, visando á sua reciclagem.
CONCLUSÕES
Para por em prática a reciclagem para abastecimento irrestrito a partir de águas residuárias tratadas,
é necessária a existência de legislação específica relacíonada a este tema. Este é o princípal motivo
pelo qual esta prática ainda não é adotada em outros países como os EUA e Austrália, embora águas
residuárias recicladas em plantas-piloto já superem amplamente os padrões de potabilidade. O
emprego de uma ET A do tipo proposto neste trabalho, é atualmente viável para abastecimento
restrito, e a médio prazo deverá ser para abastecimento irrestrito. Já existe tecnologia para atingir
estes objetivos, e os custos relativos às mesmas estão em constante declínio. O que ainda falta é a
criação de leis que disciplinem a prática, e naturalmente, vencer ao compreensível preconceito
relacionado ao tema.
277
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem ao CNPq e à FAPERGS pelo apoio recebido para a realização deste trabalho.
REFERÊNCIAS
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