Relatório_1_TES

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS
ESCOLA DE ENGENHARIA
Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental
ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ESGOTOS
ITUMIRIM - MG
BENNIE BARRETO PEREIRA DE OLIVEIRA
JOÃO PEDRO OLIVEIRA EMERICH
NATÁLIA DA CRUZ SOARES
RICARDO SILVA QUEIROZ
BELO HORIZONTE
2023
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO.....................................................................................................................3
2. ÁREA DE ESTUDO............................................................................................................. 4
3. PROJEÇÃO POPULACIONAL........................................................................................... 5
3.1. METODOLOGIA APLICADA.......................................................................................5
3.2. DADOS POPULACIONAIS......................................................................................... 6
3.3. RESULTADOS OBTIDOS........................................................................................... 7
4. CARACTERÍSTICAS DOS ESGOTOS............................................................................. 10
5. TECNOLOGIAS DE TRATAMENTO DOS ESGOTOS......................................................12
5.1. ÁREA DISPONÍVEL PARA IMPLANTAÇÃO.............................................................13
5.2. EFICIÊNCIA REQUERIDA NO TRATAMENTO........................................................ 14
5.3. TECNOLOGIAS DE TRATAMENTO DISPONÍVEIS................................................. 17
5.4. PRÉ SELEÇÃO DAS TECNOLOGIAS DE TRATAMENTO...................................... 18
5.4.1. Tratamento preliminar...................................................................................... 18
5.4.2. UASB + Wetland vertical descendente............................................................ 19
5.4.3. UASB + Lagoa aerada..................................................................................... 20
5.4.4. Lagoa anaeróbia + Wetland vertical descendente........................................... 21
5.4.5. Tratamento terciário......................................................................................... 21
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..................................................................................... 22
ANEXO F1 - Sede municipal e distritos de Itumirim/MG.................................................. 24
ANEXO F2 - Mapa hipsométrico e cursos d’água de Itumirim/MG..................................25
ANEXO F3 - Tipo de solo - Itumirim/MG.............................................................................26
ANEXO F4 - Uso e ocupação do solo - Itumirim/MG........................................................ 27
ANEXO F5 - Zonas climáticas - Itumirim/MG.....................................................................28
ANEXO F6 - Direção e velocidade dos ventos (2019 a 2022) - INMET São João del Rei e
Varginha................................................................................................................................ 29
ANEXO F7 - Custo médio para desapropriação - Itumirim/MG........................................30
ANEXO F8 - Características gerais de Itumirim/MG e Proposta de Área para ETE....... 31
1. INTRODUÇÃO
Historicamente, a falta de tratamento de esgoto estava diretamente associada a
epidemias e doenças transmitidas pela água, como cólera, febre tifoide e disenteria.
Durante o século XIX e início do século XX, a urbanização crescente nas cidades
ocidentais, juntamente com a falta de infraestrutura adequada, resultou em condições
insalubres de vida. Foi apenas com avanços na engenharia sanitária e na compreensão da
relação entre saneamento básico e saúde que o tratamento de esgoto começou a ser
implementado sistematicamente.
No contexto do Brasil, a história do tratamento de esgoto remonta ao período
colonial, quando as primeiras redes de esgoto foram construídas no Rio de Janeiro e em
Salvador. No entanto, a expansão significativa das redes de esgoto ocorreu principalmente
no século XX, especialmente a partir da década de 1970, quando programas de
saneamento foram implementados em várias cidades do país. Esses esforços visavam
melhorar as condições de vida da população, reduzir a poluição dos corpos d'água e
promover o desenvolvimento econômico.
O acesso a sistemas de esgoto tratado é fundamental para a saúde das
comunidades, a preservação dos recursos hídricos, a proteção da biodiversidade aquática e
a mitigação das mudanças climáticas. Além disso, o tratamento adequado de esgoto
contribui para a promoção do turismo, para a melhoria da qualidade de vida e para a
valorização de áreas urbanas.
No entanto, apesar dos avanços ao longo da história, ainda existem desafios
significativos a serem enfrentados, como a expansão de sistemas de tratamento para áreas
rurais e comunidades remotas, a modernização de infraestruturas antigas e a garantia de
que o tratamento de esgoto seja realizado de forma sustentável, minimizando o impacto
ambiental.
Com o objetivo de aprimorar o setor de saneamento no país, este projeto se propõe
a realizar um estudo de concepção para definir o processo de tratamento de esgoto ideal a
ser implementado em Itumirim, um município de pequeno porte localizado no sul de Minas
Gerais. O estudo visa desenvolver e dimensionar processos de tratamento de acordo com
as características do município, buscando otimizar o sistema de esgotamento sanitário da
região em termos de eficiência e economia, considerando horizonte de projeto de 20 anos e
início de operação em 2026.
2. ÁREA DE ESTUDO
O local onde será realizado o estudo para a concepção do projeto da Estação de
Tratamento de Esgotos é o município de Itumirim, situado na zona Sul de Minas Gerais. O
município é dividido entre a sede municipal de Itumirim bem como os outros dois distritos de
Macuco de Minas ao leste e Rosário do Rio Grande ao norte. No Anexo F1 é possível
observar a divisão bem como a classificação de cada setor censitário ao longo da extensão
territorial do município.
Os principais cursos d'água que atravessam o território de Itumirim são o Rio
Grande, na divisa norte do município, e o Rio Capivari, que corta a região de sul para norte,
predominantemente ao longo da fronteira oeste da área. A região possui uma declividade
moderada, com altitudes variando entre 800 e 1150 metros. A região sudeste do município
apresenta as maiores declividades. O Anexo F2 apresenta o mapa hipsométrico da região,
assim como os cursos d'água da área.
No Anexo F3, encontram-se os tipos de solos presentes na região de Itumirim. A
área da sede municipal está predominantemente localizada em regiões classificadas como
afloramentos rochosos. Quanto ao uso do solo (Anexo F4), a maior parte do município é
composta por áreas de pastagem, seguidas por lavouras temporárias dispostas na região
central do município.
O clima na região de Itumirim (Anexo F5) é predominantemente classificado como
subquente, com temperaturas variando de 15 a 18°C em pelo menos um mês do ano. No
entanto, sua região mais ao sul apresenta um clima mesotérmico brando, com temperaturas
variando de 10 a 15°C em pelo menos um mês.
No que diz respeito aos padrões de ventos (Anexo F6) observados na região, não
há uma estação de monitoramento automático com dados disponíveis na área. Portanto, a
estimativa dos padrões de ventos foi feita com base nas estações INMET A514 - São João
del Rei, localizada aproximadamente 70 quilômetros a nordeste da sede municipal, e
INMET A515 - Varginha, situada cerca de 65 quilômetros a sudoeste. Em geral, os ventos
predominantes observados nessas duas estações seguem na direção sudeste - noroeste, e
também há ventos no sentido nordeste - sudoeste para a estação de Varginha. As
velocidades médias observadas variam predominantemente entre 0,5 e 2,1 m/s, com
velocidades máximas mais intensas na região de São João del Rei e mais moderadas na
região de Varginha.
3. PROJEÇÃO POPULACIONAL
A realizaçãode um estudo de projeção populacional desempenha um papel
fundamental no dimensionamento de um sistema de tratamento de esgoto sanitário. Esse
estudo permite que os projetistas prevejam as necessidades futuras de tratamento de
esgoto com base no crescimento populacional previsto. Com base nas projeções, é possível
dimensionar as instalações de tratamento de forma a atender não apenas às demandas
atuais, mas também às futuras, garantindo que o sistema seja eficiente e sustentável ao
longo do tempo. Para prever o cálculo de projeção populacional, costumam ser empregados
dois métodos populacionais básicos: o método aritmético e o geométrico.
3.1. METODOLOGIA APLICADA
O método aritmético baseia-se em uma taxa de crescimento constante ao longo de
um período específico. Primeiro, calculamos a taxa média de crescimento anual (Ka) com
base nos dados populacionais históricos da cidade. Essa taxa média é então aplicada ao
ano inicial da projeção para estimar a população futura. As fórmulas de Ka e da População
total (Pt) são apresentadas a seguir.
Equação 1 e Equação 2
𝐾
𝑎
=
𝑃
2
−𝑃
0
𝑡
2
−𝑡
0
𝑃
𝑡
= 𝑃
0
+ 𝐾
𝑎
(𝑡 − 𝑡
0
)
Já o método geométrico leva em consideração a taxa de crescimento relativo anual
(r), que é a variação percentual da população de um ano para o próximo. Para aplicar esse
método, calculamos a taxa de crescimento anual a partir dos dados históricos da cidade.
Em seguida, multiplicamos essa taxa pelo tamanho da população no ano anterior para obter
a projeção para o próximo ano. As fórmulas de r e da População total (Pt) são apresentadas
a seguir.
Equação 3 e Equação 4
𝑟 =
𝑛 𝑃
𝑡
𝑃
0( )⎡
⎢
⎢
⎣
⎤
⎥
⎥
⎦
𝑃
𝑡
= 𝑃
𝑡−1
· 1 + 𝑟( )
O crescimento populacional geométrico também pode ser calculado a partir das
seguintes equações, sem a necessidade do ano anterior como referência.
Equação 5 e Equação 6
𝐾
𝑔
=
𝑙𝑛(𝑃
2
) − 𝑙𝑛(𝑃
0
)
𝑡
2
−𝑡
0
𝑃
𝑡
= 𝑃
0
· 𝑒
𝐾
𝑔
(𝑡−𝑡
0
)
Ambos os métodos têm suas vantagens e limitações. Cada cidade tem suas
particularidades e seu crescimento populacional pode se aproximar mais de um método do
que de outro. Para verificar qual método se adequa mais à cidade em estudo, pode ser feita
a estimativa da população por ambos os métodos e calculados seus respectivos erros, pela
soma dos quadrados da diferença entre a população estimada (Pe) e a população
observada (Po). Essa fórmula utiliza o quadrado dos dados para não fazer diferenciação
entre resultados negativos e positivos. A fórmula do erro é apresentada a seguir.
Equação 7
𝐸𝑟𝑟𝑜 = ∑ 𝑃
𝑒
− 𝑃
𝑜( )2
3.2. DADOS POPULACIONAIS
Para a projeção populacional da cidade de Itumirim (MG), serão utilizados os dados
de população total dos anos 1970, 1980, 1991, 2000, 2010 e 2022 de respectivamente
4.795, 5.059, 6.127, 6.391, 6.139 e 6.635 habitantes (IBGE, 2022).
Com a ausência de dados da população urbana e rural para cada censo do IBGE,
mas ainda buscando uma projeção que represente de forma mais adequada a população da
cidade em estudo, será utilizado o percentual estimado das populações urbana e rural de
76,62 e 23,38% (IBGE, 2021). Como se trata de uma única porcentagem, não será feita a
projeção populacional separada para as populações urbanas e rural, essa porcentagem
será aplicada apenas após a projeção da população total.
Finalmente, a porcentagem de cobertura de atendimento de coleta de esgoto
utilizada nos cálculos, foi de 85,8% para 2021 (SNIS), e irá aumentar aos poucos até atingir
100% ao final do plano.
A cobertura total da ETE será igual à porcentagem de cobertura de atendimento e
coleta de esgoto multiplicada pela população urbana, que se trata da população atendida
pela coleta de esgoto.
3.3. RESULTADOS OBTIDOS
A Tabela 1 apresenta as populações totais referente aos censos do IBGE desde
1970 até 2022. A mesma tabela contém as taxas de crescimento aritmético e geométrico de
cada ano, com referência no censo anterior.
Tabela 1 - População e taxa de crescimento estimadas a partir de censos do IBGE
POPULAÇÃO TOTAL E TAXAS DE CRESCIMENTO
Ano População
total (IBGE)
Taxa
crescimento
geométrico (r)
Taxa
crescimento
aritmético
(hab/ano)
1970 4.795 - -
1980 5.059 0,54% 27
1991 6.127 1,76% 98
2000 6.391 0,47% 30
2010 6.139 -0,40% -26
2022 6.635 0,65% 41
Fonte: Autores, 2023.
Em uma breve análise, podemos observar que a população da cidade de Itumirim
apresentou certa taxa de crescimento ao longo dos anos, com exceção entre os anos de
2000 e 2010, em que a população decresceu. A taxa volta a ser positiva entre 2010 e 2022.
A Tabela 2 apresenta as projeções populacionais da cidade em estudo pelos
métodos aritmético e geométrico para os anos de 2026 a 2046, usando como referência as
taxas calculadas entre os anos de 2010 e 2022 (0,65% e 41 hab).
Tabela 2 - Projeção população pelo método geométrico e aritmético
PROJEÇÃO POPULACIONAL
Ano Projeção
Geométrica
Projeção
Aritmética
2010
2026 6.809 6.800
2027 6.853 6.842
2028 6.898 6.883
2029 6.943 6.924
2030 6.988 6.966
2031 7.033 7.007
2032 7.079 7.048
2033 7.125 7.090
2034 7.171 7.131
2035 7.218 7.172
2036 7.265 7.214
2037 7.312 7.255
2038 7.359 7.296
2039 7.407 7.338
2040 7.455 7.379
2041 7.504 7.420
2042 7.552 7.462
2043 7.601 7.503
2044 7.651 7.544
2045 7.700 7.586
2046 7.750 7.627
Fonte: Autores, 2023.
A Tabela 3 apresenta os resultados para a regressão linear e os erros para os
métodos de projeção aritmético e geométrico para os anos em que foram feitos os censos
do IBGE.
Tabela 3 - Erro observado em cada regressão
REGRESSÃO LINEAR E ERRO
Ano Aritmético Geométrico IBGE
ERRO
método
aritmético
ERRO
método
geométrico
1.991 5.354 5.428 6.127 597.529 488.601
2.000 5.726 5.754 6.391 442.225 405.769
2.010 6.139 6.139 6.139 0 0
2.022 6.635 6.635 6.635 0 0
Fonte: Autores, 2023.
Como o somatório dos erros do método geométrico (897.604) é menor do que o do
método aritmético (1.161.041), podemos afirmar que o método geométrico se aproxima
mais ao crescimento populacional da cidade de Itumirim (MG). Por comparação, também
podemos observar que todos os erros geométricos são menores que os aritméticos quando
comparados um a um. É importante frisar que os erros se tornam 0 em 2010 e 2022 já que
esses anos foram utilizados como referência para os métodos escolhidos.
A Tabela 4 apresenta as populações total, urbana e rural calculadas pelo método
geométrico. Também é apresentada a cobertura do atendimento, bem como a população
atendida. Portanto, a população de início e final de projeto são 4.648 e 5.952, com a
população final de plano igual à população urbana final, já que foi considerado que ao final
o índice de coleta de esgoto é 100%.
Tabela 4 - População urbana e rural atendida
POPULAÇÃO URBANA, RURAL ATENDIDA
Ano População
total
População
urbana
População
rural
Cobertura
do
atendimento
(%)
População
atendida
2026 6.809 5.220 1.595 89,0 4.648
2027 6.853 5.254 1.606 89,6 4.707
2028 6.898 5.289 1.617 90,1 4.768
2029 6.943 5.324 1.628 90,7 4.828
2030 6.988 5.359 1.639 91,2 4.890
2031 7.033 5.394 1.650 91,8 4.951
2032 7.079 5.430 1.661 92,3 5.014
2033 7.125 5.466 1.672 92,9 5.077
2034 7.171 5.502 1.683 93,4 5.141
2035 7.218 5.538 1.694 94,0 5.205
2036 7.265 5.574 1.706 94,5 5.269
2037 7.312 5.611 1.718 95,1 5.335
2038 7.359 5.648 1.730 95,6 5.401
2039 7.407 5.685 1.742 96,2 5.467
2040 7.455 5.722 1.754 96,7 5.534
2041 7.504 5.760 1.766 97,3 5.603
2042 7.552 5.798 1.778 97,8 5.671
2043 7.601 5.836 1.790 98,4 5.741
2044 7.651 5.874 1.802 98,9 5.810
2045 7.700 5.913 1.814 99,5 5.881
2046 7.750 5.952 1.826 100,0 5.952
Fonte: Autores, 2023.
É importante lembrar que as projeções populacionais são apenas estimativas e
devem ser utilizadas como orientações para o planejamento urbano. Outros fatores, como
migração, taxas de natalidade e políticas de desenvolvimento, também podem influenciar o
crescimento populacional real. Portanto, revisar e ajustar periodicamente essas projeções é
crucial para garantir um planejamento eficaz esustentável para a cidade de Itumirim e
outras comunidades semelhantes em Minas Gerais.
4. CARACTERÍSTICAS DOS ESGOTOS
O esgoto sanitário é composto, em sua maioria, por cerca de 99,9% de água e
apenas 0,1% de impurezas de natureza orgânica e inorgânica, constituída de sólidos
suspensos, dissolvidos e microorganismos. Sua formação ocorre basicamente pela
combinação das águas residuais provenientes de usos domésticos, comerciais e
institucionais.
No projeto de uma estação de tratamento de esgoto (ETE), é comum o interesse em
determinar parâmetros indiretos que possam refletir o caráter ou o potencial poluente do
despejo em questão. Esses parâmetros podem ser divididos em três categorias: físicos,
químicos e biológicos (SPERLING, 1996). Portanto, a caracterização dos esgotos de
Itumirim terá como foco a análise das cargas e concentrações de indicadores de matéria
orgânica (DBO5 e DQO), nitrogênio (NH4
+) e indicadores de contaminação fecal (E. coli).
Para caracterizar o esgoto gerado no município de Itumirim, primeiramente foram
utilizados os dados disponíveis no SNIS (Sistema Nacional de Informações sobre
Saneamento) referentes ao ano de 2021. As informações não contempladas neste
levantamento foram adquiridas com base na NBR 9.646/1986, que recomenda valores para
o projeto de redes coletoras de esgoto. Além disso, para determinar a vazão de infiltração,
foi estimado o comprimento da rede com base nos logradouros da região da sede municipal
da cidade. Na Tabela 5, é apresentado resumidamente os valores considerados na
caracterização da área.
Tabela 5 - Valores de referência para esgoto sanitário - Itumirim/MG
VALORES DE REFERÊNCIA - ESGOTO
Parâmetro Valor Referência
CPC (L/hab.dia) 159,29 SNIS, 2021
Coeficiente de Retorno 0,80 NBR 9.649/1986
Tx,inf (L/s.km) 0,10 NBR 9.649/1986
L (km) 23,79 Levantamento GIS
Q,inf (L/s) 2,38 -
k1 1,20 NBR 9.649/1986
k2 1,50 NBR 9.649/1986
k3 0,50 NBR 9.649/1986
Em relação às características do despejo de esgoto, foram utilizados dados de
geração per capita para determinar as cargas e concentrações dos poluentes. A Tabela 6
apresenta os valores médios de geração.
Tabela 6 - Geração per capita de esgoto doméstico para países em desenvolvimento
GERAÇÃO PER CAPITA - ESGOTO
Parâmetro Valor Referência
DBO5 (g/hab.dia) 50 VON SPERLING, 1996
DQO (g/hab.dia) 100 VON SPERLING, 1996
NH4
+ (g/hab.dia) 4,5 VON SPERLING, 1996
E.coli (NMP/hab.dia) 109 VON SPERLING, 1996
Para a análise das características de esgoto de Itumirim, foi considerada tanto a
população da área urbana individualmente como a área urbana e rural simultaneamente,
visto que existe uma tendência da população rural em migrar para áreas urbanas ao longo
dos anos. Na Tabela 7, é possível observar os valores de vazões mínimas e máximas, bem
como os valores de vazão média no início do plano e o máximo ao longo do período de
projeto. Além disso, os valores de carga e concentrações dos quatro poluentes analisados,
tanto no início quanto o valor máximo observado ao longo de todo o plano.
Tabela 7 - Características gerais de esgoto sanitário - Itumirim/MG
CARACTERÍSTICAS GERAIS - ESGOTO
Parâmetro
Urbana Total (urbana + rural)
Início Máxima Início Máxima
Vazão mínima (L/s) 6,13 7,27
Vazão máxima (L/s) 17,89 22,96
Vazão média (L/s) 10,06 11,00 12,42 13,81
CARGA DE ESGOTO
Parâmetro
Urbana Total (urbana + rural)
Início Máxima Início Máxima
DBO5 (kg/dia) 260,53 292,20 340,45 387,52
DQO (kg/dia) 521,07 584,40 680,91 775,05
NH4
+ (kg/dia) 23,45 26,30 30,64 34,88
E.coli (NMP/dia) 5,21×1012 5,84×1012 6,81×1012 7,75×1012
CONCENTRAÇÃO DE ESGOTO
Parâmetro
Urbana Total (urbana + rural)
Início Máxima Início Máxima
DBO5 (mg/L) 299,61 307,49 317,21 324,77
DQO (mg/L) 599,22 614,98 634,43 649,54
NH4
+ (mg/L) 26,96 27,67 28,55 29,23
E.coli (NMP/L) 5,99×106 6,15×106 6,34×106 6,50×106
Fonte: Autores, 2023.
Devido às baixas variações de vazões e cargas ao longo do estudo, tanto para a
análise considerando apenas a população urbana quanto para a análise considerando a
população total do município, não se faz necessária uma implementação em etapas para a
ETA de Itumirim no horizonte de projeto analisado. Portanto, é possível realizar sua
construção em uma única fase.
5. TECNOLOGIAS DE TRATAMENTO DOS ESGOTOS
Segundo Marcos Von Sperling (1996), o tratamento de esgoto é classificado como
preliminar, primário, secundário e terciário. Sendo selecionados a depender das
características do efluente e a qualidade desejada para lançamento no corpo receptor.
O tratamento preliminar tem como finalidade a eliminação apenas de partículas
grandes em suspensão, enquanto o tratamento primário se concentra na remoção de
partículas sedimentáveis e de uma parte da matéria orgânica em suspensão. Ambos
dependem principalmente de processos físicos para eliminar poluentes. No entanto, no
tratamento secundário, onde predominam os processos biológicos, o objetivo principal é
remover a matéria orgânica e, ocasionalmente, nutrientes como nitrogênio e fósforo. O
tratamento terciário tem como alvo a remoção de poluentes específicos, que podem ser
substâncias tóxicas ou compostos não biodegradáveis, ou ainda a remoção adicional de
poluentes que não foram suficientemente eliminados nos estágios anteriores (VON
SPERLING, 1996).
Nesse sentido, na seção atual serão analisados os principais pontos que devem ser
levados em consideração para definir as tecnologias e tipologias de tratamento mais
adequadas para o município de Itumirim, como área disponível para implantação, eficiência
requerida no tratamento, viabilidade técnica, operacional e financeira das tecnologias de
tratamento existentes, entre outros.
5.1. ÁREA DISPONÍVEL PARA IMPLANTAÇÃO
Para a escolha da área de implantação, necessita-se de uma análise minuciosa de
diversos fatores como as áreas disponíveis e o custo delas, a proximidade dos
assentamentos, a distância e a qualidade do curso d’água. Também é imprescindível a
análise física da região como o regime de ventos, relevo e qualidade do solo.
A determinação do custo médio de desapropriação foi realizada com base no
levantamento da EMATER-MG (Empresa de Assistência Técnica e Extensão Rural de
Minas Gerais), que fornece dados de VTN (Valor de Terra Nua). A partir desses valores, foi
estabelecida uma relação considerando o uso do solo na região de Itumirim, conforme
consta no MapBiomas para o ano de 2022. A Tabela 8 apresenta a discretização adotada
para a elaboração do mapa no Anexo F7.
Tabela 8 - Relação Valor de Terra Nua (VTN) e Uso do Solo
VALOR DE TERRA NUA x USO DO SOLO - ITUMIRIM/MG
Tipo de uso Custo (R$/ha) Relação - Uso Solo
Lavoura aptidão regular 12.000,00 Café
Silvicultura ou Pastagem
Natural 7.024,35
Formação Florestal;
Formação Savânica;
Silvicultura; Formação
Campestre;
Pastagem plantada 7.800,00 Pastagem; Mosaico de
Usos;
Lavoura aptidão restrita 9.600,00 Outras Lavouras
Temporárias;
- N/A
Área Urbanizada; Outras
Áreas não Vegetadas; Rio,
Lago e Oceano;
Fonte: Autores, 2023; Fonte de Dados: MapBiomas 2022 e EMATER-MG, 2022;
De acordo com o Anexo F8, é possível observar que a região situada ao
norte-noroeste da sede municipal oferece boas condições para a implementação da ETA,
tanto em termos de área disponível quanto em custo para a sua instalação, que, neste caso,
ficaria entre 7.800,00 e 7.024,35 R$/ha. Além disso, devido ao regime de vento observado,
com predominância de ventos na direção sudeste-noroeste, em caso de tratamentos
anaeróbios, o odor liberado será direcionado para longe da ocupação urbana.
Quanto à captação de água para o abastecimento da cidade, a localização sugerida
anteriormente não a afetará, dada a sua posição geográfica. Por fim, o local na direção
norte-noroeste também apresenta a vantagem da possibilidade de alocação da ETA
próxima à margem do Rio Capivari, o que facilitará a disposição final do esgoto tratado.
5.2. EFICIÊNCIA REQUERIDA NO TRATAMENTO
A eficiência requerida é o quanto é necessário remover deum determinado poluente
após o processo de tratamento dos esgotos, considerando sua concentração no efluente
bruto e tratado. Para verificar a eficiência necessária no tratamento de esgotos,
primeiramente, deve-se avaliar o objetivo do tratamento, que pode ser para despejo em
corpo hídrico, infiltração no solo, reúso, entre outros. No atual estudo, o tratamento a ser
empregado na ETE tem a finalidade de minimizar os impactos ambientais do despejo de
efluentes domésticos em mananciais superficiais. Ainda, vale salientar que os parâmetros
de qualidade da água que serão avaliados nesta seção são os seguintes: DBO5, DQO, E.
coli e NH4
+.
Nesse sentido, além de avaliar a eficiência mínima de tratamento e os padrões de
lançamento empregados na legislação vigente, será analisada a capacidade do corpo
hídrico em receber a carga de poluentes do esgoto tratado. Para o estado de Minas Gerais,
a Deliberação Normativa Conjunta COPAM-CERH 08/2022 dispõe sobre a classificação dos
corpos de água e diretrizes ambientais para o seu enquadramento, bem como estabelece
as condições e padrões de lançamento de efluentes. Tal deliberação estabelece os
seguintes valores para lançamento de esgotos sanitários, sendo necessário atender ao
critério mais restritivo:
● DBO: até 60 mg/L ou 70% de eficiência de remoção
● DQO: até 180 mg/L ou 65% de eficiência de remoção
● Nitrogênio amoniacal: inferior a 20 mg/L
A legislação não menciona a eficiência necessária para a remoção de E. coli, mas
estabelece o limite máximo deste parâmetro nos mananciais, que será abordado a seguir.
O corpo d’água escolhido para ser o receptor do efluente tratado do município é o
Rio Capivari, que, de acordo com o Enquadramento dos Rios da Bacia do Alto Rio Grande
(IDE-SISEMA, 2019), é um manancial classe 2 no trecho definido para a implantação da
ETE. Assim sendo, abaixo estão apresentados os valores máximos permitidos de
concentrações de poluentes nesse tipo de manancial, de acordo com a DN COPAM-CERH
08/2022.
● DBO: até 5 mg/L
● Nitrogênio amoniacal:
○ 3,7mg/L N, para pH 8,5
● E. coli: 1000 NMP/100 mL
A legislação não especifica o limite de DQO nos rios, logo, esse parâmetro será
avaliado somente pela eficiência de remoção mínima exigida na deliberação, que já foi
mencionada anteriormente.
Dessa forma, para analisar a eficiência necessária no tratamento e a capacidade do
rio Capivari em receber as concentrações dos poluentes presentes no esgoto tratado, será
aplicada a seguinte relação:
𝐶
𝑗𝑢𝑠
=
𝐶
𝑒𝑠𝑔
 𝑥 𝑄
𝑒𝑠𝑔
+𝐶
𝑚𝑜𝑛
 𝑥 𝑄
𝑚𝑜𝑛
𝑄
𝑒𝑠𝑔
+ 𝑄
𝑚𝑜𝑛
Onde, = concentração a jusante do ponto lançamento; = concentração no esgoto;𝐶
𝑗𝑢𝑠
𝐶
𝑒𝑠𝑔
= concentração a montante do ponto de lançamento; = vazão de esgoto e =𝐶
𝑚𝑜𝑛
𝑄
𝑒𝑠𝑔
𝑄
𝑚𝑜𝑛
vazão do corpo d’água receptor. O termo foi isolado para calcular o valor limite de𝐶
𝑒𝑠𝑔
determinado poluente no esgoto tratado.
Para aplicar a equação acima, é necessário conhecer as características do efluente,
já calculadas anteriormente, e as características do corpo hídrico receptor, o rio Capivari.
Foi considerado o cenário mais crítico para as características do esgoto, sendo a vazão e
as concentrações de poluentes, aquelas estimadas no final de plano para a área urbana e
rural. A vazão de referência Q7,10 do rio foi obtida através do estudo de regionalização de
vazão no estado de Minas Gerais (Igam e UFV, 2019). Já os parâmetros de qualidade da
água foram obtidos na base de dados do IGAM (2021) para a estação de qualidade de água
BG009, situada no rio Capivari, a jusante do município em estudo. Na Tabela 9 abaixo é
possível visualizar os valores utilizados e os resultados encontrados para a concentração
limite de cada parâmetro no esgoto tratado (Cesg,tr).
Tabela 9 - Concentração limite de poluentes no esgoto tratado.
CONCENTRAÇÃO LIMITE NO ESGOTO TRATADO
Parâmetro Cmon Cjus Cesg,tr
DBO (mg/L) 2 5 1826
DQO (mg/L) - - -
E. coli (NMP/L) 62 10000 6040834
NH4+ (mg/L) 0,1 0,5 243
Qesg (m³/s) 0,016
Qmon (m³/s) 9,485
Fonte: Autores, 2023.
Com isso, foi calculada a eficiência mínima necessária no processo de tratamento.
Na Tabela 10 estão apresentados os resultados de acordo com a carga poluidora do esgoto
e a capacidade do rio em recebê-la, de acordo com o exigido pela legislação.
Tabela 10 - Eficiência de remoção necessária.
EFICIÊNCIA DE REMOÇÃO NECESSÁRIA
Carga poluidora
Parâmetro Cesg,br Cesg,tr
Eficiência
min
DBO (mg/L) 324 1826 -464%
DQO (mg/L) - - -
E. coli (NMP/L) 6480000 6040834 7%
NH4+ (mg/L) 29 243 -734%
DN COPAM/CERH 08/2022
Parâmetro Cesg,br Cesg,tr
Eficiência
min
DBO (mg/L) 324 60 81%
DQO (mg/L) 648 180 72%
E. coli (NMP/L) - - -
NH4+ (mg/L) 29 20 31%
Eficiências adotadas
Parâmetro Eficiência min
DBO (mg/L) 81%
DQO (mg/L) 72%
E. coli (NMP/L) 7%
NH4+ (mg/L) 31%
Fonte: Autores, 2023.
É possível visualizar, pela análise de carga poluidora, que o único parâmetro que
precisa de remoção é a concentração de E. coli, sendo esta de 7%. Isso ocorre uma vez
que a vazão de referência do rio é muito grande em relação à vazão do efluente, ou seja, o
manancial tem uma alta capacidade de diluir o despejo de esgotos. No entanto, a DN
COPAM/CERH 08/2022, estabelece que todo esgoto deve ser tratado antes de ser
despejado em corpo hídrico e define os limites de cada poluente no esgoto tratado, os quais
serão adotados como as eficiências mínimas no processo de tratamento da ETE que será
projetada.
5.3. TECNOLOGIAS DE TRATAMENTO DISPONÍVEIS
Dependendo do processo a ser utilizado, várias unidades podem atuar
separadamente ou simultaneamente na remoção dos poluentes. Na Tabela 11 a seguir
exemplifica as principais.
Tabela 11 - Principais processos de tratamento de esgotos.
Poluente Operação, processo ou sistema de
tratamento
Sólidos em suspensão
- Gradeamento
- Remoção da areia
- Sedimentação
- Disposição no solo
Matéria orgânica
biodegradável
- Lagoa de estabilização e variações
- Lodos ativados e variações
- Filtro biológico e variações
- Tratamento anaeróbio
- Disposição no solo
Patogênicos
- Lagoas de maturação
- Disposição no solo
- Desinfecção com produtos químicos
- Desinfecção com radiação ultravioleta
Nitrogênio
- Nitrificação e desnitrificação biológica
- Disposição no solo
- Processos físico-químicos
Fósforo - Remoção biológica
- Processos físico-químicos
Fonte: VON SPERLING, 1996.
Os critérios para escolha da tecnologia variam dependendo da necessidade de área,
o capital de implantação e operação do município, bem como a eficiência mínima,
sustentabilidade e confiabilidade do sistema (VON SPERLING, 1996).
Municípios de pequeno porte como o de Itumirim, que geralmente possuem acesso
limitado a mão de obra especializada e tecnologias mais recentes, além de pouca
disponibilidade orçamentária para grandes obras de infraestrutura, necessitam de um tipo
de tratamento eficaz mas que tenha um baixo custo de implantação e pouca complexidade
operacional. Ademais, por ser uma cidade pouco populosa, mas com grande disponibilidade
de área, se torna viável para implantação de tecnologias que demandam em grande
quantidade este requisito.
5.4. PRÉ SELEÇÃO DAS TECNOLOGIAS DE TRATAMENTO
Ao se considerar os aspectos discutidos anteriormente, serão elencadas algumas
possíveis tecnologias e tipologias de tratamento que possuem viabilidade, até o momento,
se serem implantadas no município. É importante salientar que para Itumirim, um município
de pequeno porte, existe uma possível dificuldade de contratação de mão de obra
especializada, ou seja, é importante que as tecnologias propostas apresentem facilidade
operacional para que o tratamento ocorra de forma adequada. Ademais, as tecnologias de
elencadas devem oferecer viabilidade financeira com um bom custo benefício, além de
atender as eficiências mínimas de remoção exigidas pela legislação.
Nesse sentido, serão priorizadas tecnologiascom baixo custo de implantação e
operação, baixa complexidade operacional e eficiências que atendam a legislação vigente,
mesmo que essas tecnologias demandem uma grande área de implantação.
Também, em todas as tipologias propostas no tratamento secundário, haverá pelo
menos uma etapa anaeróbia e uma etapa aeróbia. A primeira é importante para remover
grandes cargas de DBO e a segunda é importante para a remoção de nitrogênio amoniacal.
Comumente, processos aeróbios apresentam uma maior eficiência na decomposição de
matéria orgânica que os anaeróbios. No entanto, na maioria das vezes esses sistemas
necessitam de equipamento mecânicos para aeração e, consequentemente, possuem um
custo operacional elevado devido ao gasto de energia elétrica. Por esse motivo, é
interessante adicionar uma etapa anaeróbia antes da aeróbia, para que a elevada carga
inicial de poluentes seja tratada de forma anaeróbia, que é mais barata, e assim diminuir os
gastos com o tratamento aeróbio, por exemplo, com menos horas de funcionamento dos
sopradores.
5.4.1. Tratamento preliminar
O tratamento preliminar consiste principalmente nas etapas de gradeamento e
desarenação. O gradeamento atua na remoção dos sólidos grosseiros (maiores que 1cm)
com dimensões superiores ao espaçamento entre as barras. Enquanto as caixas de areia
ou desarenadores são parte do sistema responsável pela remoção da areia nos esgotos,
através do processo de sedimentação simples (VON SPERLING, 2014). Dessa forma,
independente do tipo de tecnologia proposta para os tratamentos primário e secundário,
serão adotados sistemas de tratamento preliminar, dado que estes são sistemas simples,
com baixo valor de implantação e são responsáveis por proteger os equipamentos e
infraestruturas a jusante, garantindo um bom funcionamento da ETE.
5.4.2. UASB + Wetland vertical descendente
Os reatores UASB são utilizados no tratamento de esgoto, empregando o lodo
formado por colônias de microorganismos anaeróbios. Estes microrganismos
desempenham um papel crucial na decomposição da matéria orgânica presente no esgoto.
(BARBOSA,2004) Diferentemente dos métodos aeróbios tradicionais de tratamento, os
reatores UASB são notavelmente compactos, econômicos e requerem áreas
significativamente menores para operar. Além disso, eles demonstram maior eficiência em
comparação com outros reatores anaeróbios de baixa taxa, como o tanque séptico (VON
SPERLING, 1996).
De acordo com Von Sperling (2014), os reatores UASB representam a tendência
predominante no tratamento de esgoto no Brasil, podendo ser implantados como unidades
independentes ou seguidos por etapas de pós-tratamento. São adaptáveis tanto em grande
como em pequena escala, geram pouca quantidade de lodo e têm custos de implantação e
operação relativamente baixos. Uma vantagem adicional é que não requerem decantação
primária, simplificando ainda mais o processo na estação de tratamento.
Entretanto, é importante destacar que esses reatores não podem ser utilizados
isoladamente para um tratamento completo do esgoto, uma vez que não são capazes de
remover patógenos nem alguns nutrientes, como nitrogênio e fósforo.
Por outro lado, os sistemas alagados Wetland são sistemas biológicos que se
instalam no solo, nos quais a microbiota natural presente no leito é responsável pela
decomposição da matéria orgânica nos esgotos (WETLAND CONSTRUÍDOS, 2020). Esses
sistemas são tecnologicamente avançados e econômicos, podendo ser associados a
sistemas individuais para melhorar a qualidade dos efluentes destinados a corpos d'água ou
à reutilização na irrigação de jardins, campos e culturas (SILVA, 2007). A reutilização na
irrigação pode ser uma vantagem econômica significativa para pequenos agricultores.
Para alcançar a nitrificação dos efluentes, a fim de torná-los adequados para a
fertirrigação, é necessário garantir a aeração do solo, um processo que ocorre sob
condições aeróbias. Nesse sentido, os sistemas de fluxo vertical descendente com
intermitência de carga são preferíveis, pois promovem a aeração necessária. Além disso, o
tratamento é mais eficaz nas camadas iniciais do solo, onde as raízes das plantas
absorvem os nutrientes do esgoto, enquanto os microrganismos rizosféricos desempenham
um papel fundamental no processo (SILVA, 2007).
A aplicação dessas tecnologias no Brasil pode ser ampliada devido ao clima tropical,
que favorece o desempenho dos microrganismos responsáveis pela purificação das águas
residuais. No entanto, é importante destacar que o sucesso não depende apenas dos
microrganismos, mas também da interação entre o substrato, os microrganismos e as
plantas (Silveste e Pedro-de-Jesus, 2002 et al SILVA, 2007).
Além da alta eficiência dos wetlands, o emprego dessa tecnologia é especialmente
interessante por ser um dos poucos tratamentos biológicos aeróbios que não necessitam de
equipamentos mecânicos para aeração.
Apesar de o município ter grande disponibilidade de área, o reator UASB, que é uma
tecnologia de tratamento compacta, foi elencado como uma alternativa pois a segunda
etapa do tratamento secundário, a wetland, já demanda uma área consideravelmente
grande. Dessa forma, a tipologia apresentada visa garantir uma boa eficiência de remoção,
com baixo custo e complexidade operacionais, e evitar que a área total para a implantação
da ETE seja exacerbadamente grande.
5.4.3. UASB + Lagoa aerada
A lagoa aerada é caracterizada pela utilização de equipamentos de aeração,
geralmente aeradores superficiais, que fornecem oxigênio ao meio líquido. Esses aeradores
superficiais criam a turbulência necessária para permitir que o oxigênio atmosférico penetre
no meio líquido, garantindo a oxigenação essencial para os microrganismos presentes na
lagoa. (VON SPERLING, 1996)
Além disso, os aeradores superficiais desempenham um papel importante na
mistura entre os microrganismos e os sólidos em suspensão, resultando em uma maior
concentração de bactérias no meio líquido. Isso, por sua vez, melhora a eficiência da lagoa
aeróbia e possibilita uma redução no volume necessário para o tratamento. (ALÉM
SOBRINHO, 1981)
A lagoa aerada opera de forma semelhante ao processo de lodos ativados, com
exceção do sistema de recirculação de lodo (sólidos), que não está presente nas lagoas
aeróbias. Devido à ausência dessa recirculação, a concentração de sólidos dentro das
lagoas é consideravelmente menor, cerca de 20 a 30 vezes menor do que em sistemas de
lodos ativados. Esse sistema leva vantagem em comparação aos lodos ativados com
relação a complexidade operacional. (VON SPERLING, 1996)
No entanto, apesar da boa eficiência na remoção de matéria orgânica, as lagoas
aeradas costumam produzir um efluente com qualidade insatisfatória para o lançamento em
corpos hídricos. Isso ocorre porque a biomassa permanece em suspensão em todo o
volume da lagoa, sendo liberada no efluente tratado.
Porém, a qualidade do esgoto que vem da lagoa aerada não é adequada para
lançamento direto, pelo fato de conter uma grande quantidade de sólidos. Por isso, são
geralmente seguidas por lagoas de decantação para remoção dos sólidos. (SABESP, 2023)
Combinando o sistema UASB já explicado anteriormente, que se trata de um
processo anaeróbio, com um sistema de lagoas aeradas permite-se que o nitrogênio
amoniacal seja removido. Além disso, caso haja limitação de área, a combinação entre
esses dois tipos de tratamento se torna mais viável.
5.4.4. Lagoa anaeróbia + Wetland vertical descendente
Nas lagoas anaeróbias, a matéria orgânica passa por metabolismo por
microrganismos na ausência de oxigênio. Esse processo resulta na produção de metano e
diversos subprodutos, como amônia e ácidos sulfídricos, entre outros compostos. (VON
SPERLING, 1996).
Segundo Von Sperling (2014), essas lagoas são amplamente reconhecidas como
excelentes para a remoção de poluentes orgânicos. No entanto, elas devem ser
consideradas apenas como a primeira etapa do tratamento. Isso se deve ao fato deque não
são capazes de degradar completamente o efluente. Portanto, é necessário incluir etapas
subsequentes no processo, tais como filtros biológicos, lagoas aeradas, entre outras, para
garantir a completa remoção de poluentes e o tratamento eficaz do efluente.
Dessa forma, opta-se por combinar essa tecnologia com o sistema de wetland
explicado anteriormente para um cenário de redução de custo e grande disponibilidade de
área, uma vez que as tecnologias possuem baixo custo de implantação e operação,
possuem construção simples que demandam materiais de fácil acesso, não demandam
equipamentos mecânicos e possuem operação simples.
5.4.5. Tratamento terciário
Dado que na análise de impacto ambiental da carga poluidora do esgoto tratado a
eficiência necessária de remoção de E. coli foi de 7%, já que o rio receptor possui uma
vazão alta que é capaz de absorver o despejo do esgoto, na proposta da ETE não será
implantado tratamento terciário para fins de desinfecção.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ALÉM SOBRINHO, P., Rodrigues, M. R.: Lagoas aeradas aplicadas ao tratamento de
esgotos domésticos. XI Congresso Brasileiro de Engenharia e Ambiental, ABES,
Fortaleza, 1981.
ALOS PALSAR. PALSAR_Radiometric_Terrain_Corrected_high_res 2023. Disponível em:
ASF DAAC, https://search.asf.alaska.edu/#/. Acesso em: 08 out. 2023.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 9649: Projeto de redes
coletoras de esgoto sanitário. Rio de Janeiro - RJ, 1986. 7 p.
BARBOSA FILHO, Olavo; COSTA, Ernani S. ; GIORDANO, Gandhi. Reatores anaeróbios
de manta de lodo (UASB): uma abordagem concisa. Rio de Janeiro: COAMB/FEN/UERJ,
2014.
BRASIL, Resolução CONAMA n°357, de 17 de março de 2005. Classificação de águas,
doces, salobras e salinas do Território Nacional. Publicado no D.O.U.
BRASIL. Deliberação Normativa Conjunta COPAM/CERH-MG n° 8, de 21 de novembro de
2022. Dispõe sobre a classificação dos corpos de água e diretrizes ambientais para o seu
enquadramento, bem como estabelece as condições e padrões de lançamento de efluentes,
e dá outras providências. Diário Executivo de Minas Gerais, Belo Horizonte, 02/12/2022.
Disponível em: http://www.siam.mg.gov.br/sla/download.pdf?idNorma=56521. Acesso em:
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SILVA, S. C. (2007). “Wetlands Construídos” de Fluxo Vertical com Meio Suporte de
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Silvestre, A. e Pedro-de-Jesus, M. (2002). Tratamento de Águas Residuais Domésticas
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Departamento de Engenharia Biológica e Química.
SNIS - Sistema Nacional De Informações Sobre Saneamento. Diagnóstico dos Serviços
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VON SPERLING, M. Introdução à Qualidade das Águas e ao Tratamento dos Esgotos.
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WETLANDS CONSTRUÍDOS. Wetlands para tratamento de esgotos: uma solução para
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A9ria%20org%C3%A2nica%20presente%20nos%20esgotos. 22 de jan. de 2020. Acesso em:
07 de outubro de 2023.
ANEXO F1 - Sede municipal e distritos de Itumirim/MG
Fonte: Autores, 2023;
ANEXO F2 - Mapa hipsométrico e cursos d’água de Itumirim/MG
Fonte: Autores, 2023;
ANEXO F3 - Tipo de solo - Itumirim/MG
Fonte: Autores, 2023;
ANEXO F4 - Uso e ocupação do solo - Itumirim/MG
Fonte: Autores, 2023;
ANEXO F5 - Zonas climáticas - Itumirim/MG
Fonte: Autores, 2023;
ANEXO F6 - Direção e velocidade dos ventos (2019 a 2022) - INMET São João del Rei e Varginha
Fonte: Autores, 2023; Fonte de Dados: INMET A514 e A515 (2019 a 2022);
ANEXO F7 - Custo médio para desapropriação - Itumirim/MG
Fonte: Autores, 2023;
ANEXO F8 - Características gerais de Itumirim/MG e Proposta de Área para ETE
Fonte: Autores, 2023;