Projeto básico da estação de tratamento de esgoto

PROJETO BÁSICO DA ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ESGOTO DA SEDE DO MUNICÍPIO DE LINHARES Município de Linhares

Junho, 2007

APRESENTAÇÃO

Este documento apresenta o relatório técnico referente ao projeto básico da Estação de Tratamento de Esgoto - ETE da sede do município de Linhares estado do Espírito Santo.

COORDENAÇÃO: Fabrícia Fafá de Oliveira Engenheira Civil – M.Sc. Engenharia Ambiental

EQUIPE TÉCNICA: André Altoé Marinato Graduando Engenharia Ambiental Denes Ricardo Zon Neto Graduando Engenharia Ambiental Felipe Azevedo Bastos Graduando Engenharia Ambiental Rubens Richa Sobrinho Graduando Engenharia Ambiental

1 . CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA

1.1 LOCALIZAÇÃO Fundado no ano de 1800, o município de Linhares é georeferenciado pelas seguintes coordenadas: Latitude sul de 19º23'28"e a uma longitude oeste de 40º04'20" e está situado na região norte do estado, possuindo área de 3.501,604 km². O município tem como limites:

-

ao norte: São Mateus, Jaguaré e Sooretama;

-

a leste : Oceano Atlântico;

-

ao sul : Aracruz; e

-

a oeste : São Gabriel da Palha, Rio Bananal, Marilândia, Colatina e João Neiva.

A área de intervenção do projeto está localizada no distrito sede do município Linhares, a aproximadamente 140 Km de Vitória e a uma altitude de 33 metros em relação ao nível do mar. A interconexão da malha viária do local com as demais localidades é feita principalmente, pela BR 101.

Figura 1 - Mapa político do município de Linhares – ES. 1.2 ASPECTOS FÍSICOS E NATURAIS Toda a área do distrito-sede de Linhares, fica localizada na planície do Rio Doce, apresentando topografia plana com ruas e avenidas largas demarcadas de norte a sul e de leste a oeste. Próximo ao litoral, o mar construiu cordões arenosos ou restingas, sempre paralelos à linha da costa, dificultando a drenagem das águas do interior, formando zonas pantanosas e alagadiças. Linhares é orlada por belas praias, situadas numa distância média de 45 km da sede do município. As principais são: Pontal do Ipiranga, Povoação e Regência. O clima é tropical, com temperatura média de 25ºC graus, com temperatura máxima de 35ºC e mínima de 16ºC. Dificilmente a temperatura fica abaixo dos 20ºC e acima dos 30ºC.

A região no município de Linhares era toda coberta por pela Mata Atlântica, hoje tendo apenas algumas reservas com destaque para a Reserva Biológica de Sooretama e Reserva Natural da Vale do Rio Doce. Quanto a hidrografia local, o município de Linhares fica situado no que se convencionou chamar de Baixo Rio Doce. Além do rio Doce, o município possui alguns cursos d'água, e entre os principais citamos: Rio São José, Rio Juparanã, Rio Bananal, Rio Ipiranga, Rio da Terra Alta, Rio Barra Seca (no limite entre Linhares e São Mateus), Rio Cupido, Rio das Palmas, Rio das Palminhas, Rio de Lagoa Nova, Rio Monsarás, Rio Quartel, Rio Comboios, Rio do Norte (no limite entre Linhares e Ibiraçu), Rios do Amarelos, Rio do Limão, Rio das Piabanhas e ainda inúmeros córregos. No presente estudo trabalharemos com o Rio São José. (corpo receptor).

A infra-estrutura urbana Quanto à infra-estrutura urbana tem-se: •

Energia elétrica: a totalidade das casas é abastecida;

•

Iluminação publica satisfatória;

•

Abastecimento de água abrangente e satisfatório;

•

Pavimentação: ruas calçadas com asfalto e paralelepípedo;

•

Drenagem: existe sistema de drenagem.

2 . CONCEPÇÃO DA ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ESGOTO

2.1 . INTRODUÇÃO A concepção da estação de tratamento de esgoto do distrito Sede de Linhares foi desenvolvida mediante levantamento do site da Prefeitura de Linhares, IBGE, IEMA, INCAPER, IDAF, SAAE, IJSN (Instituto Jones dos Santos Neves) e através de consultas bibliográficas. O município de Linhares, aproveitando o advento dos Royaltes do Petróleo, resolveu investir parte do dinheiro repassado pelo governo estadual com melhorias na infraestrutura da cidade sede, especificamente no sistema de coleta e tratamento de esgotos. De acordo com o Plano Diretor Urbano aprovado, o projeto de construção da ETE foi calculado para atender a metade (50%) da população da sede do município de Linhares com uma projeção de 20 anos. 2.2 . DISPOSIÇÃO FINAL O efluente final será lançado no Rio São José. Este rio está classificado como de classe II, segundo à Resolução CONAMA N° 357 de 17 de Março de 2005 podendo ser destinado para:

-

o abastecimento para consumo humano após tratamento convencional;

-

a proteção das comunidades aquáticas;

-

a dessedentação de animais, irrigação de lavouras, plantas frutíferas, jardins, campos de esporte e lazer, com os quais o público possa vir a ter contato direto;

-

a aqüicultura e atividade de pesca.

3 . POPULAÇÃO A SER BENEFICIADA

Para o estudo da estação de tratamento de esgoto foi consideradas as seguintes população de projeto: inicial do ano de 2006 segundo dados do último senso do IBGE, e final para 2027. A população a ser beneficiada será apenas 50% da população urbana do município. Quadro 1 – População do Município de Linhares. População (hab.) 123.000

Taxa de crescimento populacional (%) 0.67 Fonte: (IBGE, 2000).

4 . ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ESGOTO (ETE)

4. 1. Descrição da ETE A estação de tratamento de esgoto de Sistema Reator UASB + Lagoa de Polimento é constituída de um Reator UASB seguida de uma lagoa de polimento, com um processo totalmente natural, isto é, todo o processo de tratamento de esgoto se dá através do trabalho de material filtrante, algas e de bactérias. Este tipo de tratamento apresenta muitas vantagens como: •

A área necessária para instalação da tecnologia é reduzida quando comparado a outras;

•

O Reator UASB, quando instalado e operado corretamente inibe a produção de odores que provocam um incomodo a moradores das redondezas da ETE;

•

A acumulação de sólidos se dá no UASB que é de fácil limpeza além de aumentar a vida útil da lagoa.

O processo de funcionamento da ETE Sistema Reator UASB + Lagoa de Polimento compreende:

4.1.2. Tratamento Primário O esgoto sanitário é conduzido até a ETE, através da tubulação de coleta, onde é realizado o gradeamento do esgoto, para remoção de sólidos grosseiros. A desarenação é realizada em uma caixa de areia do tipo canal, situada a montante do medidor de vazão.

4.1.3. Tratamento Secundário

Após o medidor de vazão, o esgoto é encaminhado para o Reator UASB, o qual promove uma remoção média de matéria orgânica (DBO5) da ordem de 50 a 70%, tendo um período de permanência de 6 (seis) horas (Td – Tempo de Detenção Hidráulica). A lagoa de Polimento por sua vez, recebe uma carga de apenas de 30 a 50% da carga do esgoto bruto, retirados em um Td de 3.2 dias. Gradeamento O principal objetivo da etapa de gradeamento é proteger o conjunto moto-bomba que compõe a estação elevatória de esgoto bruto. O gradeamento é constituído por grade média, com limpeza manual, onde o material retido é removido periodicamente, devendo ser disposto em aterro sanitário. Nele também existe uma passagem paralela a ele (chamado de By-Pass), no caso de ocorrer uma obstrução da grade devido ao material sólido o funcionamento da estação não ser prejudicado. Desarenador O objetivo do desarenador é evitar o acúmulo de material inerte nas lagoas anaeróbias e facultativas. A unidade desarenadora é do tipo canal com limpeza manual e fica situada após o gradeamento. A areia deve ser removida periodicamente do desarenador e acondicionada em caçambas, para uma posterior disposição em aterro sanitário. Vertedores triangulares serão instalados na saída da unidade desarenadora, com objetivo de controlar o nível d’água. Reator UASB + Lagoa de Polimento O sistema Reator UASB + Lagoa de Polimento tem com objetivo processar a carga orgânica do efluente através de um meio filtrante e do trabalho de bactérias e algas. Como o efluente ficará retido no tratamento durante um determinado tempo (tempo de detenção hidráulica), a DBO particulada tende a ser filtrada no Reator UASB e sedimentada na lagoa, sendo processada no fundo pelas bactérias anaeróbias.

4.2. Dimensionamento da ETE

4.2.1. Estimativa da população da Sede de Linhares para o ano de 2027

Para tal estimativa da população escolhemos o método geométrico.

P2027 = Pop 2006 × (1 + i )

t

P = população no tempo de projeção (2027). Pop2006 = população da sede de Linhares pela estimativa do IBGE no ano de 2006 = 123.000 hab. i = taxa de crescimento da população da sede de Linhares pelo ultimo censo demográfico no ano de 2006 pelo IBGE = 0.67%. t = tempo de projeção (vida útil do projeto) = 20anos. OBS: como o último censo ocorreu no ano de 2006, é necessário utilizar t = 21.  0.67  P 2027 = 123.000 × 1 +  100  

21

= 141516 hab

Como o projeto da ETE é pra atender apenas a 50% da população da sede de Linhares até o ano 2027, logo a população que será utilizada para o calculo é a metade da população total, que é igual a 70758 hab.

4.2.2 Tratamento Primário Cálculo das Vazões de Dimensionamento

Q méd =

Pop × Q PC × R 70758 × 220 × 0,8 →= →= 140l/s 86400 86400

Pop = nº de habitantes → 70758 hab.

Qpc = quota per capita → 220l/hab.d → Para cidades de médio porte com até 250.000 hab, de acordo com Sperling, 2005. R = coeficiente de retorno → 0,8. Qmax = Qmed × K 1 × K 2 →= 144 × 1.2 × 1.5 →= 259.2 L / S Qmin = Qmed × K 3 →= 144 × 0.5 →= 72.0 L / S K1 → dia de maior consumo =1,2. K2 → hora de maior consumo = 1,8. K3 → hora de menor consumo = 0,5.

Altura das Lâminas Liquida (H) 1

 Q n H =  K 1

H max

 0.2592  1.522 = →= 0.526m   0.690 

H med

 0.144  1.522 = →= 0.357m   0.690 

1

12

 0.072  1.522 H min =  →= 0.227 m   0.690  Considerando: H(cm) = 1’ (em função da vazão, tabelada), temos: Q = vazão máxima, media e mínima. n = 1,522 (tabelado) k = 0,690 (tabelado) Altura da lamina d´água antes do rebaixo (h) h= H −Z

z=

( Qmax − H min ) − ( Qmin × H max ) ( 259.2 × 0.227 ) − ( 72.0 × 0.526) →= 0.122m →= ( Qmax − Qmin ) ( 259.2 − 72.0)

hmax = 0.623 − 0.112 →= 0.511m hmed = 0.424 − 0.112 →= 0.312m hmin = 0.270 − 0.112 →= 0.158m 4.2.2.1 Gradeamento Eficiência (E)

E=

a t+a

a = abertura entre barras. t = espessura das barras. Seção da barras 3/8 x 1”

E=

25.4 →= 0.728 ( 25.4 + 9.5)

t = 9,5mm. a = 25,4mm.

Área útil (Au) Adotando velocidade de escoamento V= 0,7 m/s

Au =

Qmax 0.2592 →= →= 0.37m 2 V 0.7

Área total (At)

At =

Au 0.37 →= →= 0.508m 2 E 0.728

Largura do canal (b)

b=

At 0.508 →= b = →= 0.994m hmax 0.511

Quadro 2 – Verificação da velocidade para o gradeamento. Q (m3/s) 0.2592 0.1440 0.0720

h (m) 0.511 0.312 0.158

At = b x h 0.508 0.310 0.157

Av = At x E 0.370 0.226 0.114

V = Q / Av 0.70 0.66 0.65

Verificação ok ok ok

Perda Carga (hf), considerando uma obstrução máxima de 50% da grade.

Devido à obstrução, a velocidade V passa para V1: V1 = 2 × V →= 2 × 0.7 →= 1.4m / s Calculo da velocidade V2 à montante da grade: V2 = V × E →= 0.7 × 0.728 →= 0.510m / s

h f = 1.43 ×

(V

2 1

)

(

)

− V22 1.4 2 − 0.512 →= 1.43 × →= 0.1239m 2g 2 × 9.81

Comprimento da Grade (x)

Inclinação da grade = 45 º D = 0,3m h ' = hmax + h f + D + 0.10 →= 0.511 + 0.1239 + 0.3 + 0.10 →= 1.035m

h' 1.035 x= →= →= 1.46m sen 45º sen 45º

Quantidade de Barras (n)

n=

b( mm ) 994 →= →= 28.48 E ( mm ) + a( mm ) 9.5 + 25.4

A quantidade de barras a ser adotada = 29.

Largura da grade (S)

S=

AU 0.37 →= →= 0.5m E 0.728

4.2.2.2 Desarenador

Largura (b)

b=

Qmax hmax × V

De acordo com JORDÃO e PESSOA (2005), a velocidade a ser mantida nos canais será de 0,30m/s. b=

0.2592 →= 1.7 m 0.511 × 0.3 Quadro 3 – Verificação da velocidade para o desarenador. Q (m3/s) 0.2592 0.1440 0.0720

h (m) 0.511 0.312 0.158

S=bxh 0.864 0.528 0.267

V=Q/S 0.3 0.28 0.27

Comprimento (L)

L = 22.5 × hmax →= 22.5 × 0.511 →= 11.5m

Taxa de escoamento superficial ( | ).

I=

(

)

(

)

Q m3 / d Q m3 / s 22394.88 →= →= →= 2074.25m 3 / m 2 × d 2 L ( m ) × b( m ) 11.5 ∗ 0.939 Am

( )

Dimensões de Projeto da Caixa de Areia b = 1,70m L = 12,0m hu = 0,50m

4.2.3 Tratamento Secundário

Verificação ok ok ok

4.2.3.1 Reator UASB

Considerações: Tempo de detenção hidráulica (Td) = 6h. Q (média)= 12441.6 m³/d = 518.4 m³/h. Altura útil = 5.00m.

Volume total do reator (Vt)

Vt = Q × t →= 518.4m 3 × h × 8h →= 4147.2m 3

Área (A)

A=

V 4147.2 →= →= 830.0m 2 h 5

Velocidade de Digestão do Lodo (VL)

VL =

Q 518.4 →= →= 0.625m / s A 830

4.2.3.2 Lagoa de polimento Considerações:

DBO = 300mg/l. Q (média) =12.441.600.0 l/d. Profundidade = 1.15m. Região de inverno quente e insolação elevada Ls = 260 Kg DBO/hab x d.

Carga (Carg a)

C arg a = Qmed × DBO →= 12441600 × 300 × 10 −6 →= 3732.48 Kg / d

Considerando uma eficiência em média de 75% do Reator UASB para remoção de DBO, temos: Carga DBO = 933.12 Kg /d. Encaminhada para a lagoa de polimento.

Área (LS)

LS =

C arg a A

→×

933.12 →= 3.589ha = 35890m 2 260

Adota-se as seguintes dimensões: Três lagoas com (60 x 200) metros cada.

Volume da Lagoa (V)

V = A × h →= 35890 × 1.15 →= 39479m 3

Td =

V 39479 →= →= 3.2dias Q 12441.6

Quadro 4 - Dimensionamento e observações do projeto.

Tratamento Reator UASB

Área (m²) 830.0

Mecanizado Operação

Remove Tratamento de do Lodo Nutrientes

Odor

Minimizado Depende do se o projeto uso for bem feito.

Simples

Sim

Não

Lagoa de 35890.0 Simples Polimento

Não

Sim. Pouca Depende do Não coisa uso

5 . ORÇAMENTO

A aquisição da área necessária para implantação da ETE segue a seguinte valoração: •

Valor do metro quadrado (m2) próximo ao Rio São José (Corpo Receptor) = R$ 200.

•

Área total necessária para implantação da ETE = 47.736m2.

•

Valor a ser pago pela desapropriação da área = 200.0 R$

x

47.736 m2 · = R$

9.547.200. A área total para implantação da ETE possui um acréscemo de 30%, necessária para a realização das instalações e locais de acesso às unidades. Segundo Sperling (2005), o custo de Implantação do Reator UASB seguido de Lagoa de Polimento é de R$ 40.0 a 70.0 / hab. e a manutenção R$ 4.5 a 7.0 / hab x ano. Como o projeto contempla 50% da população da sede do município de Linhares - ES, e considerando o maior valor sugerido na literatura temos: Implantação: 70758 hab x R$ 70.0 / hab. → = R$ 4.953.060. Manutenção: 70758 hab x R$ 7.0 / hab. x ano → = R$ 495.306 x ano.

Quadro 5 – Valores (R$) para instalação e manutenção por ano da ETE.

Implantação Manutenção (ano)

Tecnologias 4.953.060 495.306

Área 9.547.200 ------------

Sub Total 14.500.260 495.306

OBS: Valores sujeito à correção de acordo com a variação do dólar.

____________________________________________6. REFERÊNCIAS

1.

JORDÂO, Eduardo Pacheco; PESSOA, Constantino Arruda. TRATAMENTO DE ESGOTOS DOMÉSTICOS. Rio de Janeiro: Segrac. 4ª ed. 2005.

2.

SPERLING, Marcos Von. INTRODUÇÃO A QUALIDADE DAS ÁGUAS E AO TRATAMENTO DE ESGOTOS. Belo Horizonte: UFMG. 3ª ed. 2005.

3.

SPERLING, Marcos Von. LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO. Belo Horizonte: UFMG. 3ª ed. 2002.

ANEXO