Plantas de Estação de Tratamento de Água

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO PAULO Campus Baixada Santista Instituto do Mar Saneamento em Áreas Costeiras Projeto de estação de tratamento de água em Ilhabela SP Henrique Mendes Balboni 122604 Jeferson Carlos Vieira do Nascimento 120619 Lucas Paschoal Guanaes de Campos 134540 Matheus Gabriel Dantas Teodosio 120737 Ruan Ataulo Muniz Gonçalves 134618 Vitória Oliveira Silva 120742 Santos 2023 2 Sumário 1 Introdução 4 11 Dados Gerais do Munícipio 4 12 Caracterização Física 5 13 Caracterização Geológica 5 14 Hidrografia 6 15 Vegetação e Clima 6 16 Unidades de Conservação UCs 7 17 Estações de Tratamento Existentes 7 2 Vazões de Tratamento 8 21 Série Histórica de Ilhabela 9 3 Informações Hidrográficas 10 4 Sistema de Abastecimento 11 5 Captação de água 11 6 Distribuição 13 7 Descrição dos sistemas atuais 13 71 Sistema Pombo 13 72 Sistema Água Branca 14 8 Monitoramento e Manutenção 16 9 Calha Parshall 16 10 Coagulação 18 11 Floculação 19 12 Decantação 20 13 Tratamento do Lodo 22 14 Limpeza dos decantadores 22 15 Filtração 23 16 Desinfecção 26 17 Memorial de Cálculo 28 171 Estudo Populacional 28 1711 PROJEÇÃO ARITMÉTICA 29 1712 PROJEÇÃO GEOMÉTRICA 30 1713 TAXA DECRESCENTE DE CRESCIMENTO 30 1714 Crescimento Logístico 31 1715 Resultados obtidos 32 18 Vazões de Tratamento 34 3 181 Cálculo do consumo per capita 34 182 Vazão de Captação da ETA 34 19 Vazões da ETA 34 191 Vazão média Qmed 34 192 Vazão máxima Qmax 35 193 Vazão máxima diária Qmax diária 35 194 Vazão máxima horária Qmax horária 35 20 Calha Parshall 35 21 Floculação 39 22 Decantação 47 23 Cortinas Difusoras 52 24 Calhas coletoras 56 25 Filtração 62 26 DESINFECÇÃO 69 27 PlantaCroqui 75 28 ORÇAMENTO 82 29 CRONOGRAMA 83 Referencias 87 4 1 Introdução Com a crescente demanda por água potável em Ilhabela município localizado na Bacia Hidrográfica do Litoral Norte do Estado de São Paulo tornase imprescindível o desenvolvimento de estratégias para garantir o abastecimento público de qualidade Este projeto propõe a implementação de uma nova Estação de Tratamento de Água ETA no município visando atender às necessidades crescentes da população e ao consumo elevado durante a alta temporada turística A implementação de uma nova ETA em Ilhabela representará um avanço significativo na garantia do fornecimento de água tratada de qualidade possibilitando o desenvolvimento sustentável da região e atendendo às necessidades da população e dos turistas que visitam a cidade 11Dados Gerais do Munícipio A Bacia Hidrográfica do Litoral Norte de São Paulo compõese de quatro municípios Ubatuba Caraguatatuba São Sebastião e Ilhabela abrigando uma população total de 299920 habitantes em uma área de 1987 km² Essa região é caracterizada por sua localização entre a encosta da Serra do Mar e a faixa litorânea o que confere uma complexidade adicional na definição dos sistemas de abastecimento de água e esgotamento sanitário devido à limitação da disponibilidade hídrica e à reduzida área das bacias 5 Figura 1 Bacia Hidrográfica do Litoral Norte fonte CBHLN 2018 Ilhabela localizada no estado de São Paulo abrange uma área de 3475 km² e possui uma população estimada em 35591 habitantes de acordo com os dados mais recentes do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística IBGE de 2020 A densidade demográfica do município é de aproximadamente 1026 habitantes por km² IBGE Uma característica significativa do município é a alta proporção de domicílios particulares desocupados o que pode ser atribuído ao caráter turístico de Ilhabela A cidade é conhecida por sua natureza exuberante e rica biodiversidade Grande parte do território de Ilhabela cerca de 85 está inserido no Parque Estadual da Serra do Mar apresentando uma topografia acidentada que varia desde a cota zero ao nível do mar até a cota de 700 metros Suas pequenas bacias hidrográficas têm uma média de área de aproximadamente 10 km² IBGE 12 Caracterização Física Ilhabela é considerada um arquipélago sendo composta principalmente pela ilha de São Sebastião juntamente com as ilhas de Búzios e Vitória que formam a região O relevo do município é caracterizado por uma combinação de planícies e montanhas apresentando um solo predominantemente sedimentar composto por areia e argila solta ainda não consolidado SEADE 2011 Ao todo são 3483 km² 128 km de costa e 42 praias Conforme mencionado no Plano Diretor de Saneamento de 2011 a Bacia Hidrográfica do Litoral Norte é composta por 34 subbacias hidrográficas todas originadas nas vertentes da Serra do Mar Os municípios situados nessa região compartilham uma característica em comum estão localizados entre a encosta da Serra do Mar e a faixa litorânea Essa configuração geográfica apresenta desafios na definição dos sistemas de abastecimento de água e saneamento devido à área limitada das bacias e à consequente restrição na disponibilidade hídrica 13Caracterização Geológica Ilhabela possui uma geografia que apresenta tanto planícies marinhas quanto montanhas Nas planícies marinhas as altitudes variam de 0 a 20 metros e as inclinações são inferiores a 2 Nas áreas montanhosas é comum encontrar um relevo de denudação com picos afiados que atingem altitudes acima de 900 metros e declividades superiores a 20 6 O solo é composto por sedimentos arenosos e arenoargilosos soltos e possui características de cordões de regressão em sua superfície os quais são propensos a inundações periódicas Além disso o lençol freático é pouco profundo na região A geologia de Ilhabela é caracterizada pela presença de rochas plutônicas principalmente diques com composição cálcioalcalina e corpos circulares com composição alcalina e kimberlítica 14Hidrografia No que se refere aos índices de chuva observase uma variação significativa na região As áreas mais elevadas como o topo da Serra do Mar e as encostas de Ubatuba recebem uma quantidade de chuva mais elevada alcançando totais anuais de até 3200 mm conforme registrado em Mato de Dentro Em contraste os menores índices pluviométricos de cerca de 1371 mm anuais são registrados em Ilhabela Esses aspectos destacam a importância de abordar com cautela e planejamento estratégico o abastecimento de água e saneamento em toda a região A restrição da disponibilidade hídrica juntamente com a limitada área das bacias hidrográficas requer a implementação de soluções adaptadas às condições locais 15Vegetação e Clima Com relação ao clima Ilhabela possui um clima tropical caracterizado por temperaturas amenas e elevada umidade durante o ano A média anual de temperatura na região é de cerca de 231C e a precipitação média anual é de aproximadamente 1560 mm Fonte Prefeitura de Ilhabela Ilhabela abriga uma das reservas biológicas mais preciosas do mundo pois grande parte de sua área é coberta pela Mata Atlântica e é legalmente protegida Esse ecossistema é composto por manguezais restingas praias e uma densa Floresta Ombrófila De acordo com o Centro de Pesquisas Meteorológicas e Climáticas Aplicadas à Agricultura CEPAGRI da Universidade Estadual de Campinas UNICAMP o clima em Ilhabela é caracterizado por uma temperatura média anual de 248C com variações entre uma temperatura mínima média de 181C e uma temperatura máxima média de 315C A precipitação média anual na região é de 15074 mm Além de sua natureza deslumbrante a cidade possui uma importante faixa urbana concentrada ao longo da sua face oeste voltada para o litoral Essa região é de grande 7 importância para o turismo regional recebendo grande número de visitantes especialmente durante a alta temporada de verão A demanda por água para abastecimento na área urbana frequentemente excede a capacidade nominal das duas Estações de Tratamento de Água ETAs existentes exigindo a busca por novas fontes de captação de água bruta ou a readequação das outorgas existentes 16Unidades de Conservação UCs Quanto a presença de Unidades de Conservação Ilhabela possui as UCs do Município apresentadas na Tabela 1 Tabela 1 Unidades de Conservação Ilhabela Unidade de Conservação Proteção Legal Área há Administração Municípios Parque Estadual de Ilhabela Decr Est 941477 27025 IF Ilhabela Áreas Naturais Tombadas ANT da Serra do Mar e de Paranapiacaba Res Est 4085 1300000 Condephaat Ubatuba Caraguatatuba São Sebastião e Ilhabela Reserva da Biosfera da Mata Atlântica RBMA Cerca de 35000000 Conselho Nacional da RBA Ubatuba Caraguatatuba São Sebastião e Ilhabela Área de Proteção Ambiental APA Marinha do Litoral Norte Decreto Estadual 5352508 SMA Ubatuba Caraguatatuba Ilhabela e São Sebastião Fonte CBH Litoral Norte IPT Plano Bacia Hidrográfica do Litoral Norte 2009 IPT 17Estações de Tratamento Existentes O Plano Integrado de Saneamento Básico de Ilhabela foi elaborado de acordo com a Lei Federal n 11445 de 2007 que estabelece as diretrizes nacionais para a política de saneamento básico A prestação do serviço de abastecimento de água é atualmente responsabilidade da SABESP e atende apenas a porção oeste da ilha sendo abastecida por dois produtores Pombo e Água Branca A estação de tratamento de água foi implantada em 1922 e possui uma capacidade nominal de 100 Ls medida que representa o volume de líquido tratado por unidade de tempo Nessa estação a água passa por dois processos de tratamento filtros descendentes e módulo padrão SABESP De acordo com os dados fornecidos pela SABESP o sistema conta com 28 conjuntos de bombas Além disso o sistema Água Branca possui 8 reservatórios que abastecem 8 os bairros Piúva Barra Velha Barra Velha Alta Perequê Cocaia Itaguaçú Engenho dágua Saco da Capela Centro Santa Tereza Barreiros Arrozal Armação Ponta das Canas e Pacuíba 2 Vazões de Tratamento Ao desenvolver um projeto de sistema de abastecimento de água é essencial levar em consideração as diferentes variações no consumo que ocorrem ao longo do tempo A Agência Nacional de Águas ANA estabelece diretrizes para determinar o volume de água a ser consumido levando em conta diversas variações As variações anuais são um fator importante a ser considerado uma vez que o consumo per capita tende a aumentar conforme o tempo passa e a população cresce As variações mensais também têm impacto significativo no consumo de água Elas são influenciadas pela temperatura e pela quantidade de chuva sendo que períodos mais quentes e secos tendem a resultar em um consumo maior Além disso é crucial analisar as variações diárias no consumo Através do cálculo da maior média diária anual e da vazão média diária anual é possível determinar o coeficiente do dia de maior consumo K1 Esse valor reflete a relação entre o pico de consumo e a média do consumo ao longo do ano Considerar todas essas variações é fundamental para garantir um abastecimento de água adequado e eficiente em um projeto de sistema de abastecimento 𝐾1 𝑚𝑎𝑖𝑜𝑟 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑑𝑖á𝑟𝑖𝑜 𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙 𝑣𝑎𝑧ã𝑜 𝑚é𝑑𝑖𝑎 𝑑𝑖á𝑟𝑖𝑎 𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙 É necessário considerar as variações no consumo de água ao longo das horas do dia ao desenvolver um projeto de sistema de abastecimento Para isso é importante analisar a flutuação do consumo durante o dia As variações horárias são determinadas pela observação das mudanças no consumo ao longo das diferentes horas O pico de consumo em uma determinada hora está relacionado ao coeficiente da hora de maior consumo K2 Esse coeficiente é calculado utilizando o consumo máximo durante a hora de maior demanda e o consumo médio durante essa mesma hora 𝐾2 𝑚𝑎𝑖𝑜𝑟 𝑣𝑎𝑧ã𝑜 ℎ𝑜𝑟á𝑟𝑖𝑎 𝑛𝑜 𝑑𝑖𝑎 𝑣𝑎𝑧ã𝑜 𝑚é𝑑𝑖𝑎 ℎ𝑜𝑟á𝑟𝑖𝑎 𝑛𝑜 𝑑𝑖𝑎 9 De acordo com Sperling o consumo per capita QPC é determinado levando em consideração a faixa populacional Com base na projeção populacional a ilha terá 39138 habitantes em 2043 assim Ilhabela é classificada como uma Pequena Localidade o que implica em uma faixa de consumo per capita de 110 a 180 litros por habitante por dia Tabela 2 Relação entre o número de habitantes e o consumo per capita Fonte Von Sperling 1995 Vol01 De acordo com dados disponíveis do Sistema Nacional de Informações sobre Saneamento SNIS e do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística IBGE é possível estimar o consumo médio mensal de água em Ilhabela considerando os setores residencial comercial público industrial e misto A fórmula utilizada para esse cálculo é a seguinte consumo total de água residencial comercial público industrial e misto em metros cúbicos no ano dividido pela população total e pelo número de meses 12 Vale ressaltar que a Organização das Nações Unidas ONU estabelece uma referência de consumo de água de 33 metros cúbicos por pessoa por mês o que equivale a aproximadamente 110 litros de água por dia Essa referência é usada para avaliar a eficiência do consumo de água em relação às necessidades básicas das pessoas 18Série Histórica de Ilhabela Segundo o SNIS em 2019 a cidade de Ilhabela produziu um volume de água para abastecimento de 378242 mil m³ano Com base nesse valor e nos dados dos anos de 2015 a 2019 foi criada uma série histórica representada na Tabela 3 incluindo o volume de água consumido e o consumo per capita Tabela 3 Volume de água consumido e consumo efetivo per capita de 2015 a 2019 Período Consumo total de água 1000m³ano População total hab QPC lhabdia 2015 268945 32197 83531 2016 275905 32782 84164 2017 275948 33354 82733 10 2018 286087 34333 83327 2019 296786 34970 84869 Fonte Sistema Nacional de Informações sobre Saneamento SNIS Através da análise da série histórica obtida no SNIS e a relação entre o número de habitantes e o consumo per capita definida por Sperling adotouse o valor de QPC de 110 Lhabdia como descrito na tabela abaixo Tabela 4 Parâmetros utilizados para o cálculo da vazão Parâmetros para o cálculo da vazão K1 12 K2 15 QPC adotada lhabdia 110 Ceta 3 Fonte Azevedo Netto et al 1998 Os valores adotados para K1 e K2 foram os definidos por Azevedo Neto valores estes que geralmente ficam compreendidos entre 12 e 15 já para o valor do consumo da estação de tratamento de água Ceta que é definido como um valor entre 1 e 5 foi adotado o valor de 3 Seguindo esses parâmetros obtevese a vazão de captação Q1 onde desconsiderouse a vazão específica pois as ETAs da cidade são utilizadas para o abastecimento urbano 3 Informações Hidrográficas O mapa a seguir ilustra as bacias e subbacias hidrográficas presentes no município A tabela fornece informações sobre o principal manancial de abastecimento bem como os principais rios permitindo identificar se a bacia hidrográfica em que o município está localizado enfrenta uma situação crítica Figura 2 Mapa bacias e subbacias hidrográficas 11 Fonte SNIRHANA Tabela 5 Informações Hidrográficas de Ilhabela Região Hidrográfica Atlântico sudeste Subbacia Nível 1 Litoral sp Subbacia Nível 2 Litoral norte sp 02 Unidade Estadual de Planejamento e Gestão de Recursos Hídricos Litoral Norte SP Principais rios percentual do rio dentro do município Córrego das Tocas 328 Córrego da Paquera 323 Ribeirão do Poço 295 Manancialis de abastecimento Córrego da Toca Ribeirão Água Branca Ribeirão Pombo Tipos de manancialis Superficial Classificação dos manancialis Manancial com Média Vulnerabilidade Índice de segurança hídrica Baixa Fonte SNIRHANA 4 Sistema de Abastecimento O sistema de abastecimento de água para Ilhabela pode ser implementado levando em consideração as características geográficas as necessidades da população e as diretrizes de sustentabilidade 5 Captação de água A captação de água pode ser realizada a partir de fontes como rios mananciais ou poços artesianos levando em consideração a disponibilidade hídrica da região No caso de Ilhabela 12 é importante avaliar a viabilidade da captação de água a partir de mananciais locais como os rios ou reservatórios existentes na ilha Também é possível considerar a captação de água do mar para dessalinização caso outras fontes sejam insuficientes para suprir a demanda As etapas para implementação de uma ETA podem incluir captação da água bruta pré tratamento como peneiramento e desarenação tratamento físicoquímico coagulação floculação decantação e filtração e tratamento final desinfecção e ajuste de pH É importante considerar os processos mais adequados para remover impurezas microrganismos e substâncias indesejáveis da água de acordo com as normas de qualidade estabelecidas A forma de abastecimento de água pode variar dependendo da região e das características urbanas e rurais Não há uma única maneira considerada a melhor mas sim aquela que é mais adequada para cada contexto Para ilustrar essa diversidade o gráfico abaixo apresenta a distribuição das formas de abastecimento de água em áreas urbanas e rurais O gráfico mostra duas barras separadas cada uma representando o percentual e o número de domicílios que utilizam diferentes formas de abastecimento de água conforme definido pelo IBGE As cores são utilizadas para diferenciar cada forma de abastecimento Tabela 6 Modalidades de captação de água para abastecimento Fonte Censo IBGE 2010 Cada classificação de abastecimento de água está dividida entre domicílios urbanos e rurais representando 100 de todos os domicílios Na Tabela 7 é possível visualizar os valores absolutos de domicílios e as porcentagens Tabela 7 Classificação de abastecimento de água Forma de abastecimento de água Urbano Rural Rede Geral 6624 665 Poço ou Nascente na Propriedade 40 53 13 Água da Chuva Armazenada em Cisterna 1 0 Outra forma de abastecimento de água 1187 416 Total 7852 1134 Fonte Censo IBGE 2010 6 Distribuição Após o tratamento a água deve ser armazenada em reservatórios para posterior distribuição às áreas atendidas É necessário planejar a rede de distribuição considerando a demanda por água em diferentes pontos do município e garantindo a pressão adequada para o abastecimento A rede de distribuição pode ser composta por tubulações reservatórios intermediários e ramais que chegam até as residências comércios e demais locais onde a água é utilizada 7 Descrição dos sistemas atuais Atualmente a SABESP é responsável pelo fornecimento de água no Município de Ilhabela que abrange a parte oeste da ilha O abastecimento é realizado por três sistemas produtores Pombo localizado ao sul Água Branca na região central 19Sistema Pombo O Sistema Produtor Pombo está localizado na porção sul da área urbanizada da Ilha de Ilhabela e é responsável pelo abastecimento dos bairros de Curral Pombo Praia Grande Feiticeira Portinho Cambaquara e Ilhote A captação de água no Sistema Produtor Pombo ocorre no Ribeirão do Pombo utilizando uma pequena barragem de nível A área da bacia hidrográfica associada a essa captação tem cerca de 831 km² A capacidade nominal de captação é de 50 litros por segundo A água captada é conduzida por uma tubulação de ferro fundido com um diâmetro de 250 mm ao longo de 82 metros Em seguida a água continua seu percurso por outra tubulação de 200 mm do mesmo material por mais 210 metros O transporte ocorre por gravidade até chegar à Estação de Tratamento de Água ETA Na ETA a água passa por um medidor de 14 vazão eletromagnético e em seguida é direcionada para uma caixa de areia Nessa caixa são realizadas as adições de hipoclorito de sódio hidróxido de sódio e flúor A Estação de Tratamento de Água Pombo foi construída em 2003 e está localizada na Rua Manoel Pombo snº É uma estação compacta do tipo filtração direta pressurizada composta por unidades préfabricadas de filtros verticais e uma estação elevatória antes dos filtros A capacidade nominal da estação é de 50 litros por segundo e atualmente está operando no seu limite A operação da estação é totalmente automatizada funcionando 24 horas por dia porém não possui equipamentos para medir a vazão de saída Além das unidades mencionadas a ETA possui um conjunto de bombas dedicadas à lavagem dos filtros uma sala de comando para controle dos filtros uma sala para análise química e depósitos para armazenamento de materiais A área da estação de tratamento de água é cercada e possui equipamentos básicos para análise de parâmetros químicos Após passar pela ETA a água tratada é direcionada para dois reservatórios um de 100m³ localizado na mesma área da estação e outro de 50m³ que será utilizado para distribuição posterior A distribuição da água a partir desses reservatórios é feita por gravidade para os bairros Feiticeira Cambaquara Ilhote Praia Julião Bexiga e Praia Grande O sistema de distribuição atendido pelo sistema Pombo possui uma extensão total de 18032 metros de rede incluindo 703 metros de adutoras Ele atende a um total de 1080 ligações e 1321 unidades consumidoras sendo que todas as ligações de água ativas possuem medidores hidrométricos 110 Sistema Água Branca O Sistema Produtor Água Branca localizado na região central da Ilha é o maior sistema em operação em Ilhabela e o único que possui um processo completo de tratamento de água O Sistema Produtor Água Branca em Ilhabela possui duas captações principais a Captação Água Branca e a Captação Toca A Captação Água Branca está localizada na Avenida Cel José Vicente Faria Lima e possui uma capacidade nominal de 75 ls A água bruta é conduzida através de uma tubulação de ferro fundido dúctil de 250 mm de diâmetro com extensão de 192 metros até chegar à caixa de areia Em seguida é direcionada por meio de uma tubulação de 150 mm até a caixa de quebrapressão onde ocorre a derivação para 15 alimentar a Estação de Tratamento de Água ETA utilizando uma tubulação de ferro fundido de 300 mm de diâmetro A Captação Toca está localizada sob a ponte da Rua José Esteves Rodrigues sobre o Córrego da Toca A água bruta é captada em uma barragem de elevação de nível no leito do córrego e é transportada por meio de uma tubulação de sucção e uma estação elevatória de água bruta para o tratamento A média de captação nessa área é de cerca de 25 ls Essa captação é utilizada como reforço para a Captação Água Branca durante períodos de alta temporada A água é conduzida até a ETA por meio de duas adutoras uma de 150 mm de diâmetro e outra de 250 mm de diâmetro A Estação de Tratamento de Água ETA Água Branca foi instalada em 1992 e está localizada na Rua Luiz Agostinho Sampaio Garcia Possui uma capacidade nominal de 100 ls no módulo convencional de ciclo completo A ETA opera por gravidade e é composta por 2 conjuntos de floculadores decantadores e filtros cada um com capacidade de 25 ls operando ininterruptamente durante 24 horas por dia O processo de tratamento de água na ETA Água Branca utiliza dois tipos de processos O primeiro processo é realizado através de filtros descendentes com capacidade de 25 ls O segundo processo é realizado pelos módulos Padrão Sabesp com capacidade de 100 ls No total a ETA tem uma capacidade de tratamento de 125 ls Após o tratamento a água tratada é encaminhada para um reservatório que é o maior em operação no município com capacidade de armazenamento de 2000 m³ Esse reservatório garante o suprimento adequado de água para atender a demanda da região O sistema de reserva do sistema Água Branca é composto por oito reservatórios cada um com suas características específicas Os detalhes desses reservatórios estão apresentados na seguinte tabela 8 Tabela 8 Reservatórios Água Branca Ilhabela Reservatório Volume m3 ETA Água Branca 2000 Cantagalo 50 Engenho dàgua I 30 Engenho dàgua II 14 Morro dos mineiros 40 Morro da Cruz 2 x 50 Green Park 50 Tesouro da Colina 2 x 50 16 A distribuição de água na rede é feita por gravidade abrangendo os bairros Piúva Barra Velha Barra Velha Alta Perequê Cocaia Itaguaçú Engenho dágua Saco da Capela Centro Santa Tereza Barreiros Arrozal Armação Ponta das Canas e Pacuíba A extensão total da rede é de 85501 metros incluindo 1553 metros de adutoras 8 Monitoramento e Manutenção Um sistema de abastecimento de água eficiente requer monitoramento constante da qualidade da água pressão na rede consumo e eventuais vazamentos É importante realizar manutenções periódicas para garantir o funcionamento adequado de todas as etapas do sistema É realizado um monitoramento da qualidade da água bruta e tratada com o objetivo de garantir a conformidade com a Portaria 5182004 do Ministério da Saúde Esse monitoramento tem como finalidade identificar quaisquer anomalias e implementar correções nos processos de tratamento além de avaliar a necessidade de melhorias no tratamento da água proveniente de fontes superficiais A estação de tratamento de água possui um laboratório próprio responsável por realizar análises físicoquímicas para avaliar a qualidade da água em todas as etapas desde a captação até a distribuição O monitoramento da água tratada é realizado diariamente com análises realizadas em determinado tempo programado devido à importância desses parâmetros para nossa saúde Esse monitoramento segue as especificações da Portaria Federal nº 2914 Para garantir resultados confiáveis todos os equipamentos utilizados nas análises são calibrados semanalmente internamente e anualmente externamente verificando a necessidade de reparo ou substituição se necessário garantindo a precisão dos resultados 9 Calha Parshall Segundo Von Sperling 1996 a Calha Parshall é um dispositivo utilizado em canais abertos para medir a vazão de fluidos de forma instantânea Essa calha possibilita a leitura direta da vazão a partir do nível do fluido ao passar pela calha O fluido é submetido a um regime crítico onde é estabelecida uma relação entre a altura do líquido e a vazão correspondente Dessa forma a calha Parshall se mostra uma ferramenta eficiente para a medição e monitoramento de vazão em canais abertos De acordo com Azevedo Netto et al 1998 além de sua função principal como medidora de vazão a calha Parshall também possui uma finalidade secundária como misturador rápido auxiliando na dispersão de coagulantes na água para um subsequente 17 processo de coagulação A calha é composta por três seções distintas uma seção convergente com fundo em nível uma seção estrangulada inclinada e uma seção divergente em aclive Suas dimensões são padronizadas e a unidade geralmente é fabricada como uma peça única utilizando diversos materiais dependendo do modelo e fabricante O dimensionamento da calha é determinado pela largura da seção estrangulada conhecida como garganta W e pela vazão mínima e máxima às quais será submetida conforme mencionado por Azevedo Netto et al 1998 A norma atualmente em vigor para o dimensionamento e a instalação das calhas Parshall é a NBR 9826 ABNT 2008 Calhas instaladas anteriormente à publicação dessa norma seguem a especificação ASTM 19 411975 A tabela 1 apresenta as principais dimensões da calha Parshall com base na largura da garganta W em metros enquanto a figura 3 indica os coeficientes de vazão também em relação à garganta W Figura 3 Medidor Parshall dimensões padrão e constantes k e n Coeficientes de vazão k e n em função da largura da garganta W 18 10 Coagulação Conforme destacado por Di Bernado et al 1987 a coagulação é um processo que envolve a agregação das partículas coloidais presentes na água bruta Esse processo ocorre devido a reações físicas e químicas incluindo a desestabilização das partículas difusão e movimentação Como coagulante é comum utilizar um sal de alumínio ou ferro Quando esses sais são adicionados em forma de solução aquosa seus cátions estabelecem fortes ligações com átomos de oxigênio liberando átomos de hidrogênio e reduzindo o pH da suspensão por meio de um processo chamado hidrólise Existem dois mecanismos principais responsáveis pela coagulação no tratamento de água para abastecimento O primeiro é a adsorção dos componentes solúveis hidrolisados que resulta na desestabilização das partículas O segundo é a varredura que ocorre devido à aglomeração de partículas nos precipitados do sal utilizado no processo como mencionado por Di Bernado et al 1987 Ao escolher o coagulante adequado é importante levar em consideração o pH e a alcalinidade da água bruta No entanto devido à falta de acesso preciso a esses dados será utilizado o sulfato de alumínio como coagulante Essa escolha é baseada em sua ampla disponibilidade e custo relativamente baixo em comparação com o cloreto férrico conforme 19 apontado por Libânio 2010 A dosagem do sulfato de alumínio pode variar entre 5 mgL e 100 mgL Dado que não é possível realizar ensaios para determinar a dose ideal de coagulante ou seja a menor dose capaz de realizar a coagulação de maneira eficiente será adotada a concentração de 15 mgL conforme estabelecido por Cunha 1946 como a dosagem ideal de sulfato de alumínio para um pH de 57 11 Floculação A floculação é um processo essencial no tratamento de água e consiste em uma série de fenômenos físicos que fazem parte das operações unitárias de clarificação De acordo com a norma ABNT NBR 122161992 os floculadores são unidades projetadas para promover a agregação das partículas suspensas e coloidais formadas na etapa de mistura rápida proporcionando condições adequadas de tempo e agitação para que as partículas desestabilizadas durante a coagulação se choquem e formem flocos que posteriormente serão removidos por processos físicos A floculação pode ser dividida em dois tipos microfloculação e macrofloculação Na microfloculação a agregação das partículas ocorre devido ao movimento térmico aleatório das moléculas do líquido Já na macrofloculação a agregação das partículas ocorre devido a gradientes de velocidade e mistura normalmente durando cerca de 20 a 40 minutos através de mecanismos mecânicos ou hidráulicos conforme apontado por Howe et al 2012 No âmbito do tratamento de água os floculadores desempenham um papel fundamental e têm sido aprimorados ao longo dos anos Entre os métodos utilizados os floculadores hidráulicos têm se destacado devido à sua alta eficiência conforme descrito pela equação de Kaufman A presença de múltiplos canais ou compartimentos entre as chicanas nos floculadores hidráulicos favorece a redução do tempo de detenção necessário podendo ser reduzido em ⅔ ou mais em comparação com floculadores mecânicos conforme observado por Richter 1986 Além disso os floculadores hidráulicos apresentam custos mais baixos em termos de implantação operação e manutenção uma vez que não requerem o uso de energia elétrica e não exigem profissionais qualificados para operálos ou realizar manutenções no sistema como mencionado por Di Bernardo 2005 Considerando o custo e as demandas operacionais para o dimensionamento da ETA Ilhabela será adotado o uso de floculadores hidráulicos com chicanas de escoamento vertical 20 Essa escolha é baseada na eficiência comprovada desse tipo de floculador bem como nos benefícios relacionados aos custos de implantação operação e manutenção A tabela 3 demonstra os parâmetros a serem considerados para o dimensionamento do floculador hidráulico seguindo a ABNT NBR 122161992 e dados da literatura descrita por Richter 1986 Richter Azevedo Netto 1991 Parâmetros adotados para o dimensionamento do floculador hidráulico de fluxo vertical Tabela 9 fluxo vertical de floculação hidráulica Floculação hidráulica de fluxo vertical Parâmetros Valores adotados Tempo de detenção min 30 Velocidade ao longo dos canais cms 1030 Profundidade m 45 Espaçamento entre as chicanas m 06 Número de compartimentos 4 Gradiente de velocidade 70 50 e 20 Fonte ABNT NBR 122161992 12 Decantação Após o processo de floculação é realizado o estágio de sedimentação ou decantação que consiste na separação dos sólidos suspensos por meio da ação das forças gravitacionais Esse processo utiliza a diferença de densidade entre as partículas e a água para promover a separação A sedimentação é amplamente empregada em sistemas de tratamento de água e esgoto As partículas que não são removidas nesse estágio devido ao seu tamanho reduzido ou densidade semelhante à da água serão retidas na etapa subsequente de filtração De acordo com a norma NBR 1221692 estações de tratamento com capacidade superior a 10000 m³dia devem ser equipadas com pelo menos dois decantadores Com base 21 nesse critério foram dimensionados três decantadores de fluxo horizontal não mecanizados para o projeto em questão Além disso o cálculo da taxa de aplicação deve considerar uma velocidade de sedimentação de 280 cmmin 40 m³m² dia conforme estabelecido por Richter 2009 O autor fornece critérios detalhados para o dimensionamento de decantadores de fluxo horizontal que estão especificados na tabela a seguir Tabela 10 Características da instalação de Decantador convencional em uma ETA A entrada de água nos decantadores é comumente realizada por meio de canais ou tubulações equipadas com passagens ou comportas laterais a fim de distribuir o fluxo de água de maneira uniforme Richter 2009 Esses canais possuem múltiplas saídas de água que alimentam os decantadores de forma uniforme Segundo a norma NBR 1221692 quando não é possível realizar ensaios laboratoriais para determinar a taxa de sedimentação adotar 25 m³m²dia ou 35 m³m²dia para ETA com capacidade entre 1000 m³dia e 10000 m³dia Além disso a norma diz que quando não é possível realizar testes em laboratório para a taxa de sedimentação é recomendado adotar a velocidade longitudinal máxima de 050 cms para ETA com capacidade de até 10000m³dia Richter 2009 relata que entre 60 e 95 do lodo gerado nos processos anteriores se acumula nos tanques de decantação enquanto o restante é retido nos filtros A remoção do lodo pode ser realizada de forma contínua ou intermitente dependendo do sistema adotado É importante ressaltar que o lodo proveniente dos decantadores é considerado um resíduo sólido e deve ser destinado corretamente de acordo com as normas e regulamentações ambientais vigentes 22 13 Tratamento do Lodo O tratamento do lodo envolve diversas etapas a fim de realizar sua remoção e destinação adequadas Seguem as principais etapas i Remoção mecânica do lodo do decantador Essa etapa é adotada quando há um grande acúmulo de resíduo no decantador Conforme mencionado por Richter 2009 tanques circulares são utilizados juntamente com removedores rotativos que possuem lâminas raspadoras localizadas no fundo do tanque Esses removedores acionados por um eixo central têm a função de remover o lodo depositado no fundo do decantador ii Desidratação mecânica por filtro prensa A desidratação do lodo é realizada por meio de um filtro prensa que oferece vantagens como a necessidade de menor área de operação e independência em relação às condições climáticas Andreoli et al 2006 O filtro prensa é composto por placas fixas e móveis onde o lodo é prensado entre elas Durante esse processo o filtrado é separado e o lodo é retido nas placas formando uma massa seca que é removida do filtro prensa Richter 2001 iii Destino do resíduo A escolha do destino do lodo está relacionada ao seu teor de sólidos De acordo com Richter 2001 o conteúdo de sólidos presente no lodo determina a melhor alternativa de destinação Alguns valores de referência são descarga na rede de esgotos sanitários para teores de sólidos 1 a 8 aplicação no solo para teores de 1 a 15 e aterro sanitário para teores de 15 a 25 A definição do destino adequado do resíduo deve levar em consideração as regulamentações e normas ambientais vigentes É importante ressaltar que o tratamento do lodo é uma etapa fundamental nos processos de tratamento de água e esgoto visando a redução do impacto ambiental e a proteção da saúde pública 14 Limpeza dos decantadores Conforme destacado por Souza 2007 a limpeza dos decantadores requer a suspensão de sua operação possibilitando a realização da lavagem e remoção do lodo acumulado Para esse propósito os decantadores contarão com os seguintes recursos i Descarga de fundo para esvaziamento rápido Os decantadores serão equipados com uma descarga de fundo que permitirá o esvaziamento rápido do seu conteúdo facilitando assim 23 a remoção do lodo Essa descarga de fundo é projetada para proporcionar uma drenagem eficiente do decantador ii Fundo com declividade canaleta ou poço de descarga O fundo do decantador será projetado com uma inclinação adequada podendo apresentar uma canaleta ou um poço de descarga Essa configuração facilita o direcionamento do lodo acumulado para a área de remoção contribuindo para uma limpeza mais eficiente do decantador iii Sistema pressurizado de água para lavagem Será utilizado um sistema pressurizado de água para a realização da lavagem dos decantadores Esse sistema garantirá a aplicação de jatos de água com pressão adequada promovendo a remoção efetiva de resíduos e impurezas aderidos nas paredes e superfícies do decantador Essa etapa de lavagem contribuirá para a manutenção da eficiência do decantador e a qualidade do processo de tratamento Esses recursos e procedimentos adotados durante a limpeza dos decantadores visam garantir sua operação eficiente minimizando a acumulação de lodo e assegurando a qualidade do tratamento de água e esgoto 15 Filtração Na filtração convencional utilizada no sistema de saneamento da cidade de Ilhabela o efluente seguirá um fluxo descendente ou seja fluirá na direção da força gravitacional Nesse processo será utilizado um meio poroso conhecido como camada de filtração composta por areia A camada de filtração pode ser constituída por uma única camada de areia como é o caso em Ilhabela ou pode ser composta por múltiplas camadas como uma camada dupla ou tripla dependendo das características do sistema e dos requisitos de tratamento No entanto devido à vazão baixa do sistema em Ilhabela optouse por utilizar apenas uma camada de areia O efluente após passar pelas etapas anteriores de coagulação floculação e decantação será direcionado para a camada de filtração Nessa etapa as partículas suspensas mais leves e os flocos remanescentes serão retidos pela camada de areia por meio dos mecanismos de transporte e aderência O efluente já livre das partículas retidas seguirá adiante para a etapa de desinfecção 24 A filtração é uma etapa crucial no processo de tratamento de água pois permite a remoção de partículas finas e impurezas que não foram retidas na decantação A utilização de uma única camada de areia proporciona uma eficiente remoção dessas partículas garantindo a qualidade e a clarificação da água antes da desinfecção final Como podemos observar na figura 4 Tipos de camadas que podem ser utilizadas no processo de filtração Fonte Ferreira Filho 2017 A lavagem do meio filtrante é uma etapa essencial no processo de filtração pois permite a remoção das partículas acumuladas nos grãos da camada de areia garantindo a eficiência e a qualidade da água produzida No projeto em questão será adotado um sistema de lavagem composto por insuflamento de ar seguido de lavagem com água em contracorrente Vale ainda ressaltar que a utilização do processo de filtração descendente em uma estação de tratamento de água apresenta diversas vantagens Algumas delas são Remoção eficiente de sólidos suspensos O processo de filtração descendente é altamente eficaz na remoção de partículas sólidas suspensas na água incluindo sedimentos areia e outras impurezas Isso resulta em uma água mais limpa e de melhor qualidade Melhoria na clarificação Ao passar pela camada de filtragem descendente a água é submetida a um processo de clarificação adicional o que resulta em uma redução significativa na turbidez e na presença de material particulado na água tratada Processo de retro lavagem A retro lavagem dos filtros é um procedimento essencial na manutenção da eficiência da filtração Essa etapa consiste em reverter o fluxo de água 25 através dos filtros para remover as impurezas retidas garantindo assim a durabilidade e a eficácia dos meios filtrantes A retro lavagem ajuda a prolongar a vida útil dos filtros e a manter a qualidade do processo de tratamento Flexibilidade operacional O processo de filtração descendente combinado com a retro lavagem oferece flexibilidade operacional na estação de tratamento de água Os filtros podem ser ajustados e controlados de acordo com as necessidades específicas de tratamento da água permitindo uma otimização do processo e garantindo a qualidade desejada da água tratada Para auxiliar na lavagem e drenagem do meio filtrante será utilizado o sistema de blocos Leopold Esses blocos são estruturas modulares especialmente projetadas para criar canais de distribuição e coleta de água na camada de suporte garantindo uma lavagem eficiente e uniforme A camada de suporte localizada abaixo da camada de areia desempenha um papel fundamental na distribuição uniforme da água durante a lavagem e no suporte dos grãos de areia A recomendação do fabricante deve ser seguida para a composição adequada da camada de suporte É importante ressaltar que a escolha do sistema de lavagem e da composição da camada de suporte podem variar de acordo com as especificidades do projeto e as características da água a ser tratada Portanto é fundamental considerar as recomendações técnicas e as condições locais para garantir a eficiência e o bom desempenho do sistema de filtração Ferreira Filho 2017 sugere que a utilização de blocos Leopold e a composição adequada da camada de suporte são boas práticas para promover uma lavagem eficiente e uma filtração de qualidade Conforme a recomendação do suporte na tabela de composição da camada suporte do filtro Pivelli Ferreira Filho 2015 26 Tabela 11 construção da camada suporte para filtros Neste projeto serão utilizados 6 filtros 2 por decantador o que permitirá o pleno funcionamento do sistema durante a limpeza rotineira dos filtros e manutenções para se manter a eficiência destes 16 Desinfecção A desinfecção tem como objetivo principal a eliminação de microorganismos patogênicos presentes na água como bactérias protozoários vírus e vermes Essa etapa é essencial devido à impossibilidade de garantir a remoção completa desses microorganismos por meio dos processos físicoquímicos normalmente utilizados no tratamento de água Para garantir uma desinfecção adequada é necessário selecionar o desinfetante adequado de acordo com o grupo de patógenos a ser inativado A eficácia dos desinfetantes pode variar dependendo do tipo de microorganismo Richter 2009 apresenta a Tabela 6 e a Figura x que demonstram a eficiência de diversos desinfetantes na inativação de diferentes microorganismos Entre os desinfetantes mais comumente utilizados estão o cloro o dióxido de cloro o ozônio a radiação ultravioleta UV e o peróxido de hidrogênio Cada desinfetante possui uma eficácia específica contra os diferentes grupos de patógenos Alguns desinfetantes são mais eficazes contra bactérias enquanto outros apresentam melhor desempenho contra vírus ou protozoários A escolha do desinfetante adequado dependerá da composição microbiológica da água a ser tratada e dos requisitos específicos de desinfecção 27 É importante considerar a concentração do desinfetante o tempo de contato necessário e as condições operacionais para garantir uma desinfecção eficiente Além disso é fundamental seguir as diretrizes e regulamentações locais bem como as recomendações dos órgãos reguladores responsáveis pelo tratamento de água Faixa de variação de dosagem do desinfetante C e o tempo de contato necessário para porcentagem de inativação t Retirado de Richter 2009 Podemos observar a figura tempo de contato e dosagem de cloro livre para a inativação de distintos microorganismos Retirado de Richter 2009 No projeto em questão será adotada a desinfecção da água por meio do uso de cloro líquido mais especificamente o hipoclorito de sódio Essa escolha é respaldada pelas vantagens desse desinfetante que é capaz de destruir eficientemente a maioria dos microorganismos patogênicos apresentando ainda um custo acessível 28 Conforme estabelecido pela NBR 12216 estimase um consumo de cloro de 5 mgL para a desinfecção da água sendo o mínimo recomendado de 1 mgL Para atender a essa demanda é necessário disponibilizar um reservatório de cloro com capacidade suficiente para suprir pelo menos dez dias de consumo máximo Esse reservatório deve estar localizado em um espaço coberto e ventilado garantindo a segurança e a qualidade do cloro armazenado Adicionalmente a Portaria nº 29142011 do Ministério da Saúde estabelece diretrizes para o controle e vigilância da qualidade da água recomendando que a água fornecida apresente um teor mínimo de cloro residual livre de 05 mgL É necessário manter um mínimo de 02 mgL e um máximo de 2 mgL de cloro residual livre em qualquer ponto do sistema de abastecimento de água a fim de assegurar sua qualidade e potabilidade Após o processo de desinfecção a água passará pelo processo de fluoretação Essa etapa tem como objetivo proporcionar um esmalte dental mais resistente e de qualidade superior reduzindo em até 65 a incidência de cárie dentária A fluoretação consiste na adição de compostos de flúor às águas de abastecimento público visando atingir uma concentração adequada de íons fluoreto A determinação do teor de flúor adicionado pode variar de acordo com a temperatura média das máximas anuais em cada região garantindo assim a efetividade desse processo para a saúde bucal da população 17 Memorial de Cálculo 111 Estudo Populacional O estudo populacional será feito para o dimensionamento da ETA para Ilhabela o qual será necessário para se obter a vazão do projeto Esse estudo deve garantir o conhecimento da população final de plano assim como sua evolução ao longo do tempo Desta forma é recomendado que o período do projeto seja de no máximo 20 anos Von Sperling 1996 Assim para o estudo da população serão utilizados quatro dos principais métodos de projeção populacional adotandose um período de 20 anos ou seja de 2023 até 2043 estes métodos sendo projeção aritmética projeção geométrica taxa decrescente de crescimento e crescimento logístico Nos cálculos das projeções foram utilizados os dados dos censos de 1999 e 2009 e a estimativa populacional de 2019 do IBGE para a Ilhabela Já para o cálculo do erro percentual 29 que busca obter a projeção que mais se aproxima da realidade foram utilizadas as estimativas do IBGE para 2020 e do Atlas Água para 2035 conforme apresentado na tabela 12 Tabela 12 Dados populacionais de acordo com o Censo IBGE 1999 2020 e Atlas Água 2035 Ano População hab 1999 12678 2009 26011 2019 34970 2020 35591 2035 42224 1111 PROJEÇÃO ARITMÉTICA No método aritmético supõese que o crescimento populacional ocorre a uma taxa constante de forma linear ao longo do tempo É necessário conhecer uma população P0 no tempo t0 e uma P2 no tempo t2 Inicialmente é calculado o coeficiente Ka e na sequência a população projetada Pt no ano t As fórmulas utilizadas no método são as seguintes Onde 1 P0 e P2 correspondem às populações dos anos 0 e 2 2 t0 e t2 correspondem aos anos 0 e 2 3 Ka corresponde a taxa aritmética 4 Pt corresponde a população estimada 5 t corresponde ao ano da estimativa 30 1112 PROJEÇÃO GEOMÉTRICA Este método admite o crescimento da cidade nos últimos anos de acordo com uma progressão geométrica que também se aplicará aos anos sucessores É utilizado para estimativas de menor prazo Von Sperling 1996 Onde 1 P0 e P2 correspondem às populações dos anos 0 e 2 2 t0 e t2 correspondem aos anos 0 e 2 3 Kg corresponde a taxa geométrica 4 Pt corresponde a população estimada 5 t corresponde ao ano da estimativa 1113 TAXA DECRESCENTE DE CRESCIMENTO Neste método pressupõese que a taxa de crescimento populacional estabiliza à medida que a cidade cresce tendendo à saturação Sperling 1996 Esse método também possui condições a serem atendidas P0P1P2 P0P2P1² t1t0 t2t1 dados devem ser equidistantes no tempo Onde 1 Ps corresponde a população de saturação 31 2 P0 P1 e P2 correspondem às populações dos anos 0 1 e 2 3 t0 t1 e t2 correspondem aos anos 0 1 e 2 4 Kd corresponde à taxa decrescente de crescimento 5 Pt corresponde a população estimada 6 t corresponde ao ano da estimativa 1114 Crescimento Logístico No método logístico supõese que o crescimento da população tende assintoticamente a um valor de saturação ou seja a taxa de crescimento vai diminuindo ao longo do tempo até atingir uma estabilização É necessário conhecer uma população P0 no tempo t0 uma população P1 no tempo t1 e uma população P2 no tempo t2 Ademais nesse método algumas condições são impostas P0P1P2 P0P2P1² t1t0 t2t1 dados devem ser equidistantes no tempo Inicialmente é calculada a população de saturação Ps na sequência os coeficientes c e K1 e por fim a população projetada Pt no tempo t Onde 1 Ps corresponde a população de saturação 2 P0 P1 e P2 correspondem às populações dos anos 0 1 e 2 3 t0 t1 e t2 correspondem aos anos 0 1 e 2 4 C corresponde ao coeficiente de Crescimento Logístico 5 K1 corresponde à taxa decrescente de crescimento 32 6 Pt corresponde a população estimada 7 t corresponde ao ano da estimativa 1115 Resultados obtidos Os resultados obtidos pela aplicação dos 4 métodos são apresentados na tabela 13 Tabela 13 Resultados obtidos para a projeção da população de Ilhabela Ano Projeção Aritmética Projeção Geométrica Taxa Decrescente de Crescimento Crescimento Logístico 1999 12678 12678 12678 12678 2009 26011 26011 26011 26011 2019 34970 34970 34970 34970 2020 36085 36790 35347 35488 2021 37199 38704 35692 35951 2022 38314 40719 36007 36363 2023 39428 42838 36295 36728 2024 40543 45067 36558 37051 2025 41658 47412 36798 37337 2026 42772 49879 37017 37588 2027 43887 52475 37218 37809 2028 45001 55206 37401 38003 2029 46116 58079 37568 38173 2030 47231 61101 37721 38322 2031 48345 64281 37860 38452 2032 49460 67626 37988 38566 2033 50574 71145 38104 38665 2034 51689 74848 38210 38752 2035 52804 78743 38307 38827 2036 53918 82841 38396 38893 2037 55033 87152 38477 38951 2038 56147 91687 38551 39001 2039 57262 96459 38619 39044 2040 58377 101478 38681 39082 2041 59491 106759 38737 39115 2042 60606 112315 38789 39123 33 2043 61720 118160 38836 39138 Fonte Elaborado pelos autores Figura 5 gráfico de comparação das projeções populacionais até 2043 Fonte Elaborado pelos autores A partir dos resultados foi calculado o erro percentual para comparação dos 4 métodos com a estimativa populacional do IBGE para 2020 e com a estimativa do Atlas Água de Ilhabela para 2035 e calculado o erro percentual médio a partir da fórmula abaixo Os resultados obtidos são apresentados na tabela 14 Tabela 14 Erro percentual dos quatro métodos Projeção Aritmética Projeção Geométrica Taxa Decrescente de Crescimento Crescimento Logístico IBGE 1386867466 3368374286 06842125969 02880865353 Atlas Esgotos 2505589238 8648854791 9275631022 8044270413 Erro Médio 1322137992 449284611 4979921809 4166178474 34 Observouse que o método do crescimento logístico apresentou a menor porcentagem de erro dentre os quatro métodos Dessa forma a população de final de plano a ser atendida em 2043 será de 39138 habitantes 18 Vazões de Tratamento 112 Cálculo do consumo per capita O cálculo do consumo per capita QPC foi realizado utilizando os dados obtidos por meio do SNIS e do intervalo estabelecido por Sperling para cidades de porte médio conforme mencionado no memorial descritivo Para o QPC foi adotado o valor de 110 litros por habitante por dia O cálculo do QPC foi feito considerando os dados de população e consumo de água por ano para cada ano selecionado na série histórica 2015 a 2019 𝑄𝑃𝐶 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝐿 𝑑𝑖𝑎 𝑃𝑜𝑝𝑢𝑙𝑎çã𝑜ℎ𝑎𝑏 113 Vazão de Captação da ETA A vazão de captação da ETA também conhecida como Q1 foi determinada após a definição do valor do consumo per capita 110 litros por habitante por dia do coeficiente k1 12 do consumo da ETA 3 e da projeção populacional para o ano de 2043 39138 habitantes Com base nessas informações foi possível calcular a vazão de captação da ETA 𝑄1 𝑘1 𝑃𝑜𝑝𝑢𝑙𝑎çã𝑜 𝑄𝑃𝐶 86400 𝐶𝑒𝑡𝑎 𝑄1 12 39138 110 86400 103 61588 𝐿 𝑠 19 Vazões da ETA Para o cálculo das demais vazões da ETA foram utilizados os valores de k1 12 k2 15 da projeção da população para 2043 39138 habitantes e do QPC 110 Lhabdia Com isso temse 114 Vazão média Qmed 𝑄𝑚𝑒𝑑 𝑃𝑜𝑝𝑢𝑙𝑎çã𝑜 𝑥 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑝𝑒𝑟 𝑐𝑎𝑝𝑖𝑡𝑎 86400 𝑄𝑚𝑒𝑑 39138 𝑥 110 86400 4982 𝐿 𝑠 35 115 Vazão máxima Qmax 𝑄𝑚𝑎𝑥 𝑃𝑜𝑝𝑢𝑙𝑎çã𝑜 𝑥 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑝𝑒𝑟 𝑐𝑎𝑝𝑖𝑡𝑎 𝑥 𝑘1 𝑥 𝑘2 86400 𝑄𝑚𝑎𝑥 39138 𝑥 110 𝑥 12 𝑥 15 86400 8969 𝐿 𝑠 116 Vazão máxima diária Qmax diária 𝑄 max 𝑑𝑖á𝑟𝑖𝑎 𝑄𝑚𝑒𝑑 𝑥 𝑘1 𝑄 max 𝑑𝑖á𝑟𝑖𝑎 4982 𝑥 15 7473 𝐿 𝑠 117 Vazão máxima horária Qmax horária 𝑄 max ℎ𝑜𝑟á𝑟𝑖𝑎 𝑄𝑚𝑒𝑑 𝑥 𝑘2 𝑄 max ℎ𝑜𝑟á𝑟𝑖𝑎 4982 𝑥 15 7473 𝐿 𝑠 20 Calha Parshall Altura da água na seção de medição 𝐻𝑜 𝑘 𝑥 𝑄𝑛 𝐻𝑜 1842 𝑥 00615880636 0313 𝑚 Onde Ho Altura da água na seção de medição m k e n Coeficientes retirados da Tabela dos Coeficientes de vazão k e n em função da largura da garganta W Q Vazão de captação m³s Largura da calha na seção de medição 𝐷𝑜 2 3 𝑥 𝐷 𝑊 𝑊 𝐷𝑜 2 3 𝑥 0393 0152 0152 0313 𝑚 36 Onde Do largura da calha na seção de medição m D largura de início da calha m retirada da Tabela do Medidor Parshall dimensões padrão e constantes k e n W largura da garganta da calha m retirada da Tabela retirada da Tabela do Medidor Parshall dimensões padrão e constantes k e n Velocidade na seção de medição 𝑉𝑜 𝑄 𝐷𝑜 𝑥 𝐻𝑜 𝑉𝑜 0061588 0313 𝑥 0313 06286 𝑚 𝑠 Vazão específica na garganta da calha 𝑞 𝑄 𝑊 𝑞 0061588 0152 0405 𝑚2 𝑠 Onde q Vazão específica na garganta da calha Carga hidráulica disponível 𝐸𝑜 𝑉𝑜2 2𝑔 𝐻𝑜 𝑁 𝐸𝑜 062862 2 𝑥 981 0313 0114 0 447 𝑚 Onde Eo Carga hidráulica disponível m g gravidade 981 ms² 37 N Dimensão m retirada da tabela do Medidor Parshall dimensões padrão e constantes k e n Ângulo 𝐶𝑜𝑠𝜃 𝑔 𝑞 2 3 𝑔 𝐸0 3 2 𝐶𝑜𝑠𝜃 981 0405 2 3 981 0447 3 2 079487 𝐴𝑟𝑐 cos079487 142643 Velocidade antes do ressalto 𝑉1 2 𝑥 𝐶𝑜𝑠 𝜃 3 𝑥 2 𝑥 𝑔 𝑥 𝐸𝑜 3 𝑉1 2 𝑥 𝐶𝑜𝑠 142643 3 𝑥 2 𝑥 981 𝑥 0447 3 2308 𝑚 𝑠 Altura da água antes do ressalto 𝐻1 𝑞 𝑉1 𝐻1 0405 2308 0175 𝑚 Número de Froude 𝐹1 𝑉1 𝑔 𝑥 𝐻1 𝐹1 2308 9 81 𝑥 0175 176 Altura do ressalto 𝐻2 𝐻1 2 1 8 𝐹12 1 𝐻2 0175 2 1 8 1762 1 03568 𝑚 38 Velocidade do ressalto 𝑉2 𝑄 𝑊 𝐻2 𝑉2 0061588 0152 03568 11356 𝑚 𝑠 Altura na seção de saída 𝐻3 𝐻2 𝑁 𝐾 𝐻3 03568 0114 0076 03188 𝑚 Velocidade na seção de saída 𝑉3 𝑄 𝐶 𝐻3 𝑉3 0061824 0294 03188 06571 𝑚 𝑠 Onde C dimensão m retirada da tabela do Medidor Parshall dimensões padrão e constantes k e n Perda de carga no ressalto 𝐻𝑓 𝐻2 𝐻13 4 𝐻1 𝐻2 𝐻𝑓 035688 01753 4 0175 035688 0024 𝑚 Tempo de mistura 𝑡 2 𝐺 𝑉1 𝑉2 𝑡 2 0610 2308 11356 0354 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜𝑠 Onde G dimensão m retirada da tabela do Medidor Parshall dimensões padrão e constantes k e n Gradiente de velocidade 𝐺𝑟𝑎𝑑 9991 981 0001139 0024 0354 7638 𝑠 Onde 39 γ peso específico da água em kgfm3 μ coeficiente de viscosidade da água em kgfsm² 21 Floculação Dados Profundidade 45 metros Número de trechos 3 Número de câmaras de floculação 4 Espaçamento entre as chicanas 06 metros Tempo de detenção 30 minutos Tempo de detenção em cada trecho 10 minutos Comprimento do floculador 12 metros Gradiente de velocidade Trecho 1 70 s1 Trecho 2 50 s1 Trecho 3 20 s1 Volume do floculador 𝑉 𝑄 𝑇𝐷𝐻 60 𝑉 0061588 30 60 11086𝑚3 Onde V volume total do floculador m³ Q vazão de captação m³s TDH tempo de detenção min Volume de cada câmara do floculador 𝑉𝑓 𝑉 𝑛 𝑉𝑓 11086 4 27715𝑚3 40 Onde V fvolume de cada compartimento do floculador m³ V volume total do floculador m³ n número de decantadores Área superficial total do floculador 𝐴𝑠 𝑉 𝐻 𝐴𝑠 11086 45 24635𝑚2 Onde AsÁrea superficial total do floculador m² Vfvolume de cada compartimento do floculador m³ V volume total do floculador m³ n número de decantadores Área superficial de cada câmara do floculador 𝐴𝑠𝑓 𝐴 𝑛 𝐴𝑠𝑓 24635 4 615875𝑚 Onde AsfÁrea superficial de cada compartimento do floculador m² AÁrea superficial total do floculador m² n número de decantadores Largura do floculador 𝐵𝑓 𝐴𝑠 𝐵𝑑 𝐵𝑓 24635 12 2053𝑚 41 Onde BfLargura do floculador m AsÁrea superficial total do floculador m² Bd Comprimento do floculador m Largura de cada trecho do floculador 𝑎 𝐵𝑓 𝑛𝑡𝑟𝑒𝑐ℎ𝑜𝑠 𝑎 2053 3 069𝑚 Onde a Comprimento de cada trecho m Bf Largura do floculador m Ntrechos Número de trechos Tempo de detenção por trecho 𝑡 𝑇𝐷𝐻 𝑡𝑟𝑒𝑐ℎ𝑜𝑠 𝑡 1800 3 600 Onde t Tempo de detenção hidráulica por trecho s TDHTempo de detenção hidráulica s Ntrechos Número de trechos Vazão por câmara do floculador 𝑄𝑓 𝑄1 𝑡𝑟𝑒𝑐ℎ𝑜𝑠 𝑄𝑓 0061588 4 0015397 𝑚3 𝑠 Onde 42 QfVazão por câmara do floculador m³s Q1Vazão de captação m³s N Número de câmaras do floculador Número de espaçamentos entre as chicanas 𝑛 0045𝑎 𝐿 𝐺 𝑄 2 3 𝑡 Onde n Número de espaçamentos A Largura de cada trecho m L Comprimento do floculador m G Gradiente de velocidade s1 Qf Vazão em m³s Trecho 1 𝑛 0045069 12 70 0015397 2 3 600 30𝑒𝑠𝑝𝑎ç𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜𝑠 Trecho 2 𝑛 0045069 12 50 0015397 2 3 600 24𝑒𝑠𝑝𝑎ç𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜𝑠 Trecho 3 𝑛 0045069 12 20 0015397 2 3 600 13𝑒𝑠𝑝𝑎ç𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜𝑠 Espaçamento entre as chicanas 𝑒 𝐿 𝑛 Onde 43 e Espaçamento entre as chicanas L Comprimento do floculador m n Número de espaçamento entre as chicanas Trecho 1 𝑒 12 30 04𝑚 Trecho 2 𝑒 12 24 05𝑚 Trecho 3 𝑒 12 13 092𝑚 Velocidade nos trechos retos e curvas de 180º 𝑣1 𝑄 𝐵𝑓 𝑒 𝑣2 2 3 𝑣1 Onde V1velocidade 1 ms V2 velocidade 2 ms Q Vazão de captação Ls BfLargura do floculador m e Espaçamento entre as chicanas Trecho 1 𝑣1 0061588 2053 04 0075 𝑚 𝑠 𝑣2 2 3 0075 005 𝑚 𝑠 44 Trecho 2 𝑣1 0061588 2053 05 006 𝑚 𝑠 𝑣2 2 3 006 004 𝑚 𝑠 Trecho 3 𝑣1 0061588 2053 092 00326 𝑚 𝑠 𝑣2 2 3 00326 00217 𝑚 𝑠 Extensão de cada trecho 𝐿𝑡 𝑡 𝑣1 Onde Lt Extensão de cada trecho m V1velocidade 1 ms t Tempo de detenção hidráulica min Trecho 1 𝐿𝑡 600 0075 45𝑚 Trecho 2 𝐿𝑡 600 006 36𝑚 Trecho 3 𝐿𝑡 600 00326 1956𝑚 Raio hidráulico 𝑅ℎ 𝑎 𝑒 2𝑎 𝑒 Onde Rh Raio hidráulico m 45 ALargura de cada trecho m e Espaçamento entre as chicanas m Trecho 1 𝑅ℎ 069 04 2069 04 0127𝑚 Trecho 2 𝑅ℎ 069 05 2069 05 0145𝑚 Trecho 3 𝑅ℎ 069 092 2069 092 0197𝑚 Perda de carga distribuída 𝐽 𝑄𝑓 𝑛 𝐴 𝑅ℎ 3 2 𝐻𝑑 𝐽 𝐿𝑡 Onde AHdPerda de carga distribuída m JPerda de Carga unitária m LtExtensão em cada trecho m Qfvazão m³s N0013 A Largura de cada trecho m Rh Raio hidráulico m Trecho 1 𝐽 0061588 0013 069 0127 3 2 533 106𝑚 𝐻𝑑 533 106 45 24 104𝑚 46 Trecho 2 𝐽 0061588 0013 069 0145 3 2 488 106𝑚 𝐻𝑑 488 106 36 17568 104 Trecho 3 𝐽 0061588 0013 069 0197 3 2 3977 106𝑚 𝐻𝑑 3977 106 1956 7779 105𝑚 Perda de carga localizada 𝐻𝑡 𝑛 𝑣1 𝑛 1 𝑣2 2 𝑔 Onde AHtPerda de carga localizada m NNúmero de espaçamentos V1velocidade 1 ms V2velocidade 2 m³s Ggravidade 981 ms² Trecho 1 𝐻𝑡 30 0075 30 1 005 2 981 01886𝑚 Trecho 2 𝐻𝑡 24 006 24 1 004 2 981 012𝑚 Trecho 3 𝐻𝑡 13 00326 13 1 00217 2 981 0035𝑚 Gradiente de velocidade 47 𝐺 𝑦 𝐻 𝜇 𝑡 Onde G Gradiente de velocidade s1 AHtPerda de carga total m YPeso específico da água 9810 Nm³ UMassa específica da água 000107 kgfm²s TTempo de detenção por trecho Trecho 1 𝐺 9801 24 104 01886 0001139 600 52𝑠1 Trecho 2 𝐺 9801 17568 104 012 0001139 600 415𝑠1 Trecho 3 𝐺 9801 7779 105 0035 0001139 600 224𝑠1 22 Decantação Para o presente projeto serão adotados 3 decantadores Vazão para cada decantador 𝑄𝑑𝑒𝑐 𝑄 𝑁 Onde Qdec vazão por decantador Q vazão de captação m³dia 48 N número de decantador adotado 𝑄𝑑𝑒𝑐 5321203 3 𝑄𝑑𝑒𝑐 1733734 𝑚3𝑑𝑖𝑎 Área superficial de cada decantador 𝐴𝑠 𝑄𝑑𝑒𝑐 𝑞 Onde As área superficial m² Qdec vazão por decantador m³dia q taxa de escoamento superficial m³m²dia 𝐴𝑠 1733734 35 𝐴𝑠 49535 𝑚² Largura 𝐵 𝐴𝑠 4 Onde B largura m As Área superficial m² 𝐵 49535 4 𝐵 12384 𝐵 3519 𝑚 49 Comprimento 𝐿 𝐴𝑠 𝐵 Onde L comprimento m B largura m As área superficial m² 𝐿 49353 3519 𝐿 14025 𝑚 De acordo com Richter 2009 é mais comumente LB estar entre 3 a 4 Portanto estando dentro dos parâmetros de Richter 3 𝐿 𝐵 4 3 14025 3519 4 3 4 4 Tempo de detenção hidráulica 𝑇𝐷𝐻 𝐴𝑠𝐻 𝑄𝑑𝑒𝑐 Onde TDH tempo de detenção hidráulica dia As área superficial m² H altura útil m Qdec vazão por decantador m³dia 𝑇𝐷𝐻 49353 4 1733734 𝑇𝐷𝐻 0114 𝑑𝑖𝑎 50 𝑇𝐷𝐻 273 ℎ Área transversal 𝐴𝑡 𝐵 𝐻 Onde At área transversal m² B largura m H altura útil m 𝐴𝑡 3519 4 𝐴𝑡 14076 𝑚² Volume de cada decantador 𝑉 𝐴𝑠 𝐻 Onde V volume de cada decantador m³ As área superficial m² H altura útil m 𝑉 49353 4 𝑉 197412 𝑚³ Velocidade horizontal 𝑉ℎ 𝑄𝑑𝑒𝑐 𝐴𝑠 Onde Velocidade horizontal mdia Qdec vazão em cada decantador m³dia 51 As Área superficial m² 𝑉ℎ 1733734 49353 𝑉ℎ 35129 𝑚 𝑑𝑖𝑎 0407 𝑚𝑠 Raio Hidráulico 𝑅ℎ 𝐵 𝐻 𝐵 2𝐻 Onde Rh raio hidráulico m B largura m H Altura útil m 𝑅ℎ 3519 4 3519 2 4 𝑅ℎ 1222 𝑚 Número de Reynolds 𝑁𝑟 𝑉ℎ 𝑅ℎ 𝑢 Onde Nr Número de Reynolds Vh velocidade horizontal ms Rh Raio hidráulico m u viscosidade da água 1004106 m²s 𝑁𝑟 0407 1222 1004 106 𝑁𝑟 494061 De acordo com o resultado o fluxo no decantador é classificado como laminar 52 23 Cortinas Difusoras Área de orifícios Considerando o espaçamento de 05m descrito na norma ABNT NBR 12216 a área será de 𝐴𝑒𝑜 052 𝐴𝑒𝑜 025 𝑚² Onde Aeo área de orifícios m² Número de orifícios por decantador 𝑁𝑜 𝐴𝑡 𝐴𝑒𝑜 Onde No número de orifícios At área transversal m² Aeo área de espaçamento entre os orifícios m² 𝑁𝑜 14076 025 𝑁𝑜 56340 56 𝑜𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑖𝑜𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑑𝑒𝑐𝑎𝑛𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟 Vazão de cada orifício 𝑄𝑜 𝑄𝑑𝑒𝑐 𝑁𝑜 Onde No número de orifícios Qo vazão de cada orifício m³s 53 Qdec vazão média de cada decantador m³s 𝑄𝑜 0020 56 𝑄𝑜 00036 𝑚3𝑠 Área de cada orifício Considerando que a velocidade nos orifícios não deve passar de 01ms assumese essa velocidade para iniciar o dimensionamento 𝐴𝑜 𝑄𝑜 𝑉𝑜 Onde Ao área de cada orifício m² Qo vazão de cada orifício m³s Vo velocidade nos orifícios 𝐴𝑜 000036 01 𝐴𝑜 00036 𝑚² Diâmetro de cada orifício 𝐷𝑜 4𝐴𝑜 𝜋 Onde Do diâmetro de cada orifício Ao área de cada orifício m² 𝐷𝑜 4 00036 314 54 𝐷𝑜 0068 𝑚 Área dos orifícios a partir do diâmetro 𝐴𝑜 𝜋 𝐷𝑜 2 4 Onde Ao área dos orifícios m² Do diâmetro do orifício m 𝐴𝑜 314 00682 4 𝐴𝑜 000363 𝑚² Número de fileiras verticais 𝐹𝑣𝑒𝑟 𝐵 05 Onde Fver número de fileiras verticais B largura m 𝐹𝑣𝑒𝑟 3519 05 𝐹𝑣𝑒𝑟 7 𝑓𝑖𝑙𝑒𝑖𝑟𝑎𝑠 Número de fileiras horizontais Onde Fhor número de fileiras horizontais H profundidade m 55 Área total de orifícios no decantador Onde Ato Área total de orifícios no decantador Ao área de cada orifício com diâmetro comercial No número de orifícios Nova velocidade de cada orifício Onde Ao área de cada orifício m² Qo Vazão de cada orifício m³s Vo Velocidade nos orifícios Gradiente de velocidade em cada orifício Onde Go gradiente de velocidade em cada orifício s¹ Do diâmetro do orifício m² Vo vazão em cada orifício m³s 56 Relação entre áreas Onde aA relação entre áreas Ato área total de orifícios no decantador At área transversal m² Distância da entrada Onde D distância da parede do decantador m a área total da cortina difusora m² At área transversal m² H altura útil m 24 Calhas coletoras Vazão por metro linear de calhas 𝑄𝑐 0018 𝐻 𝑞 Onde 57 Qc calhas coletoras Lsm H altura útil m q velocidade de sedimentação m³m²dia 𝑄𝑐 0018 4 40 288 𝐿 𝑠 𝑚 Conforme descrito em norma a vazão por metro do vertedor deve ser 25 Lsm Comprimento máximo das calhas Admitindo que o comprimento da calha de coleta de água decantada não exceda a 20 do comprimento do decantador temse que 𝐿𝑐 𝐿 02 Onde Lc comprimento máximo das calhas m L comprimento m 𝐿𝑐 14025 02 2805𝑚 Comprimento total da calha 𝐿𝑣 𝑄𝑑𝑒𝑐 𝑞𝑐 Onde Lv comprimento total da calha m Qdec vazão do decantador Ls qc vazão nas calhas de coleta Lsm adotado 𝐿𝑣 20067 25 80268 𝑚 Número de calhas 𝑁𝑐 𝐿𝑣 2 𝐿𝑐 Onde Nc número de calhas 58 Lv comprimento total da calha m Lc comprimento máxima da calha m 𝑁𝑐 80265 2 2805 143 2 𝑐𝑎𝑙ℎ𝑎𝑠 Espaçamento entre as calhas 𝐸𝑐 𝐿𝑐 𝑁𝑐 Onde Ec espaçamento entre as calhas m Lc Comprimento de cada decantador m Nc Número de calhas 𝐸𝑐 2805 2 14 𝑚 Comprimento total do vertedor 𝐿𝑣 𝑁𝑐 𝐸𝑐 𝐿𝑐 Onde Nc número de calhas Ec espaçamento entre as calhas m Lc comprimento máxima da calha m 𝐿𝑣 2 14 2805 7854𝑚 Número de vertedores por decantador 𝑁𝑣 𝐿𝑣 015 Onde Nv Número de vertedores por decantador Lv comprimento total do vertedor 𝑁𝑣 7854 015 52 59 Vazão nos vertedores 𝑉𝑣 𝑄𝑑𝑒𝑐 𝑁𝑣 Onde Vv Vazão nos vertedores Nv Número de vertedores por decantador Qdec Vazão por decantador Ls 𝑉𝑣 20066 52 03858 𝐿 𝑠 Remoção de lodo Massa de sólidos secos precipitada da água tratada Para as variáveis abaixo foram utilizados valores sugeridos por Richter 2009 𝑆 𝑘1𝑇𝐾2𝐷 1000 Onde S massa de sólidos secos precipitada da água tratada Kgm³ k1 relação entre sólidos suspensos totais e turbidez k2 relação estequiométrica na formação do precipitado de hidróxido de sulfato de alumínio T turbidez da água bruta UNT D dosagem de coagulante mgL Massa de sólidos secos Onde MS massa de sólido secos kgh 60 S massa de sólidos secos precipitada da água tratada kgm³ Q vazão m³h Massa de lodo gerado Porcentagem de Sólido Seco C 1 Richter 2009 Onde ML massa de lodo gerado kgh MS massa de sólidos secos kgh C porcentagem de sólido seco Densidade do lodo Onde Ss densidade dos sólidos secos s densidade da água Volume de lodo gerado Onde ML Massa de lodo gerado Kgh 61 SL Densidade do lodo Porcentagem volumétrica de lodo e água Onde Vi volume de lodo gerado Qdec vazão em cada decantador Área da secção da comporta de esvaziamento do decantador Onde S área da secção da comporta m² As área superficial m² TDH tempo de detenção hidráulica h Diâmetro da comporta Onde D diâmetro da comporta m 62 S área da secção da comporta m 25 Filtração Taxa de filtração q 120 m³m³d Taxa de filtração camada simples areia pela NBR 1221692 na impossibilidade de ensaios em filtropiloto taxa máxima de 180 m³m²d Adotouse 120 m³m²d Azevedo Netto 1987 Área total de filtração Atf 𝐴𝑡𝑓 𝑄 𝑞 onde Q vazão total m³d q taxa de filtração 𝐴𝑡𝑓 5321203 120 𝐴𝑡𝑓 44343 𝑚² Número de filtros Fórmula empírica de Kawamura 𝑁 12𝑄05 Onde Q vazão total mgd 1 mdg 3785 m³dia 𝑁 12 5321203 3785 05 63 𝑁 1423 No entanto para otimização do sistema durante períodos de lavagem e manutenção neste projeto adotouse 2 filtros para cada decantador totalizando 6 filtros Área de cada filtro Af 𝐴𝑓 𝐴𝑡𝑓 𝑁 Onde Atf área total de filtração N número de filtros 𝐴𝑓 44343 6 𝐴𝑓 7391 𝑚² Dimensões do filtro Será instalado um canal coletor de água de lavagem de 1m para cada dois filtros Portanto 𝐵𝑓 𝐿𝑑 1 2 Onde Ld Largura do decantador 𝐵𝑓 3519 1 2 𝐵𝑓 1260 𝑚 Vazão por filtro Qf Q N onde Q Vazão total m³d N número de filtros 64 𝑄𝑓 5321203 6 𝑄𝑓 886871 𝑚3𝑑𝑖𝑎 Cálculo D60 Areia U d60 d10 d60 U d10 onde d10 045 mm Coeficiente de uniformidade U U 16 d60 16 045 d60 072 mm Ambos os valores d10 e U adotados pela ABNT Cálculo D90 Areia d90 d10 10167logU d90 045 10167log16 d90 0986 mm Número de Galilleu Ga Ga d3 ρ ρs ρ gμ2 Onde p massa específica água Ps massa específica areia u viscosidade água 65 Areia Ga 09863 9981 2650 9981 9810001012 Ga 1522168 Velocidade média de fluidificação Vmf Vmf μρd 11339 00408 Ga½ 337 onde u viscosidade água p massa específica água d diâmetro Ga Número de Galilleu Areia Vmf 00010199810986 11339 00408 1522168½ 337 Vmf 00084 m s 5042 cmmin Velocidade de lavagem Vb Vb 13 Vmf Onde Vmf Velocidade média de fluidificação Vb 13 5042 Vb 6555 cmmin 66 ABNT NBR 122161992 velocidade mínima de 60cmmin atingindo expansão do leito filtrante entre 20 e 30 Vazão de água de lavagem Qal Qal V Af Onde V Velocidade de lavagem ms Af Área do Filtro Qal 6555600 25 Qal 027 m³s Volume de água de lavagem Val Qal t Onde Qal Vazão de água de lavagem t tempo de lavagem com água s Val 027 420 Val 1147 m³ Adotouse neste projeto sistema de lavagem dos filtros com insuflação de ar seguido de água em contracorrente 3 minutos para o ar e 7 minutos para água conforme Richter 2009 Reservatório de água de lavagem Res ABNT NBR 122161992 reservatório com capacidade mínima para lavagem de dois filtros Res Val 2 67 Onde Val Volume de água de lavagem Res 1147 2 Res 22941 m³ Adotouse reservatório com 250 m³ Dimensionamento de reservatório onde Res 250 m³ h altura do reservatório adotouse 5m rRes𝝅h½ r250𝝅512 r 4 m Portanto o reservatório terá altura 5 m e raio 4 m Tubulação água de lavagem Qal V 𝝅 ϕ24 V recomendado 12 a 24 ms Vianna 1997 ϕ 4027𝝅 24 ϕ 0381 68 Adotado 400 mm Vazão de ar durante lavagem Qar V Af onde V velocidade adotado 15ls m² Af Cálculo da área de cada filtro Qar 15 ls m² 25 Qar 375 ls Dimensionamento das calhas de coleta de água de lavagem Vazão da calha Qc Qal Nc Qal Vazão de água de lavagem Nc Número de calha Adotouse uma calha central por filtro Qc 027 6 Qc 0045 m3s Nível máximo de água na calha coletora Qc 138 B h015 onde Qc Vazão da calha B largura da calha 69 Largura da calha adotado 04 m portanto 0045 138 04 h015 h0 01896 m h0 é altura do nível máximo de água na calha coletora h0 adotado 03 m Portanto as calhas de lavagem têm Largura 04 m Altura D 03 m Altura da calha em relação ao meio filtrante 05 L D H0 L D Onde L Altura da camada de areia Adotado 080 m conforme Ferreira Filho 2017 L 06m 05 08 03 H0 08 03 055 H0 110 Adotouse H0 10 m Ou seja um metro é a altura da calha em relação ao meio filtrante 26 DESINFECÇÃO Volume do tanque de contato 𝑉𝑜𝑙 𝑡 𝑄 Onde 70 Vol volume do tanque de contato t tempo de contato valor adotado de 30 minutos 1800 segundos Q vazão de captação m³s 𝑉𝑜𝑙 1800 0060824 10948 𝑚3 Área superficial 𝐴𝑠 𝑉𝑜𝑙 𝐻 Onde As área superficial Vol volume do tanque de contato H altura do tanque 4m adotado 𝐴𝑠 10948 4 2740 𝑚2 Geometria do tanque 𝐵 3 𝐿 𝐴𝑠 3 𝐿 𝐿 Onde B Largura L comprimento 𝐴𝑠 3 𝐵2 𝐵2 2740 3 913 𝑚 𝑎𝑑𝑜𝑡𝑎𝑑𝑜 9𝑚 𝐿 3 𝐵 𝐿 3 9 27 𝑚 Como a largura é de 9 metros o sistema terá 3 canaletas com 3 m de largura Volume do tanque de contato 71 𝑉ℎ 𝑄 𝐻 𝑏 Onde Vh velocidade de passagem Q vazão de captação H altura b largura da canaleta 3m 𝑉ℎ 0060824 4 3 0005 𝑚 𝑠 Massa diária de cloro Valores adotados na dosagem do cloro Dosagem mínima de cloro 08 mgl ou 00008 Kgm³ Dosagem média de cloro 15 mgl ou 00015 Kgm³ Dosagem máxima de cloro 25 mgl ou 00025 Kgm³ Massa mínima 𝑀𝑐𝑙𝑜𝑟𝑜 min 𝑄 𝐶 Onde Massa mínima do cloro kgdia Q vazão de captação m³dia C dosagem mínima cloro kgm³ 𝑀𝑐𝑙𝑜𝑟𝑜 min 52551936 00008 4204 𝑘𝑔 𝑑𝑖𝑎 Massa média 72 𝑀𝑐𝑙𝑜𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑 𝑄 𝐶 𝑀𝑐𝑙𝑜𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑 52551936 00015 7882 𝑘𝑔 𝑑𝑖𝑎 Onde Massa média do cloro kgdia Q vazão de captação m³dia C dosagem média cloro kgm³ Massa máxima 𝑀𝑐𝑙𝑜𝑟𝑜 max 𝑄 𝐶 𝑀𝑐𝑙𝑜𝑟𝑜 max 52551936 00025 13137 𝑘𝑔 𝑑𝑖𝑎 Sistema de reservação Para o dimensionamento do sistema de reservação foi adotado a autonomia de 20 dias Massa mínima 𝑀𝑚𝑖𝑛 𝑀𝑐𝑙𝑜𝑟𝑜 min 20 Onde Mmin Massa mínima do cloro sistema de reservação kg Mcloromin Massa mínima do cloro kgdia 𝑀 𝑚𝑖𝑛 4204 20 8408 𝑘𝑔 Massa média 𝑀𝑚𝑒𝑑 𝑀𝑐𝑙𝑜𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑 20 Onde Mmed Massa média do cloro sistema de reservação kg Mcloromed Massa média do cloro kgdia 𝑀𝑚𝑒𝑑 7882 20 15764 𝑘𝑔 Massa máxima 73 𝑀𝑚𝑎𝑥 𝑀𝑐𝑙𝑜𝑟𝑜 max 20 Onde Mmax Massa máxima do cloro sistema de reservação kg Mcloromax Massa máxima do cloro kgdia 𝑀 𝑚𝑎𝑥 13137 20 26274 𝑘𝑔 Volume da solução por dia Sendo adotado o valor da massa específica da Solução 1220 kgm³ e a concentração da solução 12 em peso como Cl2 𝑀 𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜 𝑀𝑚𝑎𝑥 012 Onde Msolução massa da solução kg Mmax Massa máxima do cloro sistema de reservação kg 𝑀𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜 26274 12 21895 𝑘𝑔 Volume do reservatório 𝑉𝑜𝑙 𝑀𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜 1220 Onde Vol volume do reservatório m³ Msolução massa da solução kg Massa específica da Solução 1220 kgm³ 𝑉𝑜𝑙 21895 1220 179 𝑚3 Dimensionamento do sistema de fluoretação Para o dimensionamento do sistema de fluoretação foi adotado a concentração de flúor na água bruta 01 mgl 00001 Kgm³ e a concentração de flúor na água final 09 mgl 00009 Kgm³ 74 Cálculo da massa diária 𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑄 𝐶𝑎𝑓 𝐴𝑎𝑏 Onde Massa diária do flúor kgdia Q vazão de captação m³dia Caf concentração de flúor na água bruta 01 mgl 00001 Kgm³ Cab concentração de flúor na água final 09 mgl 00009 Kgm³ 𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 52551936 00009 00001 4204 𝑘𝑔 𝑑𝑖𝑎 Cálculo da massa de ácido fluossilícico 𝑀 á𝑐𝑖𝑑𝑜 𝑓𝑙𝑢𝑜𝑙𝑖𝑐𝑖𝑙𝑖𝑐𝑜 𝑀𝑚í𝑛𝑖𝑚𝑎 𝑀𝑜𝑙𝐻2𝑆𝑖𝐹6 𝑀𝑓 Onde Mol H2SiF6 14410g adotado Mf Massa de F por mol de H2SiF6 11400 g adotado 𝑀 á𝑐𝑖𝑑𝑜 𝑓𝑙𝑢𝑜𝑙𝑖𝑐𝑖𝑙𝑖𝑐𝑜 4204 14410 114 53141 𝐾𝑔 𝑑𝑖𝑎 Dimensionamento do sistema de reservação do ácido fluossilícico 𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑀á𝑐𝑖𝑑𝑜 𝑓𝑙𝑢𝑜𝑙𝑖𝑐𝑖𝑙𝑖𝑐𝑜 20 Onde Massa Massa do sistema de reservação kg M ácido fluossilícico kgdia Tempo 20 dias de autonomia do sistema de reservação 𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 53141 20 1043 𝑘𝑔 Massa da solução Para o dimensionamento foram adotados a concentração da solução 220 em peso como H2SiF6 e a massa específica da solução1260 kgm3 75 𝑀𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜 𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝐶𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜 Onde Msolução massa da solução kg Massa Massa do sistema de reservação kg Csolução 22 adotado 𝑀𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜 1043 022 4741 𝑘𝑔 Volume da solução 𝑉𝑜𝑙 𝑀𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜 𝑝𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜 Onde Vol volume da solução m³ Msolução massa da solução kg psolução massa específica da solução 1260 kgm3 𝑉𝑜𝑙 4741 1260 037 𝑚3 27 PlantaCroqui A planta de nosso projeto foi cuidadosamente desenvolvida utilizando o software AutoCAD uma ferramenta amplamente reconhecida e utilizada na área de engenharia e arquitetura O AutoCAD nos proporcionou recursos avançados para criar uma representação visual precisa e detalhada do projeto É importante ressaltar que a planta apresentada possui uma escala reduzida e não representa a escala real da estação de tratamento de água A redução da escala foi necessária para acomodar todas as informações relevantes dentro do espaço disponível garantindo a clareza e legibilidade das informações No entanto embora a planta esteja em uma escala reduzida todas as proporções e relações espaciais entre os componentes do projeto foram mantidas de acordo com as especificações técnicas 76 Calha Parshall Vista Superior da Calha Parshall Vista Lateral da Calha Parshall Floculador Vista Superior do Floculador 77 Vista Lateral do Floculador 78 Cortinas Difusoras Decantadores e Calhas Coletoras Vista Superior 79 Filtro Vista Superior 80 Desinfecção Vista Superior 81 Planta do Projeto Vista Superior 82 28 ORÇAMENTO As despesas podem ser classificadas em duas categorias de acordo com Sperling I Despesas de implementação incluem os custos de construção que englobam equipamentos e instalações aquisição ou desapropriação de terras custos de planejamento e supervisão taxas legais e juros dos empréstimos durante o período de construção II Despesas anuais juros dos empréstimos reembolso dos empréstimos depreciação da estação seguro da estação custos operacionais e de manutenção da estação Para a determinação das despesas do projeto foram utilizados os dados do Sinapi no projeto de Estação de Tratamento de Água ETA para Ilha Bela Com base nisso foi elaborada a seguinte tabela Estação de Tratamento de Água Ilha Bela SP Item Descrição Unidade Unidade Preço Preço Total 1 Serviços preliminares 11 Mobilização implantação e desmobilização do canteiro de obras Unidade 1 R 32000000 R 32000000 12 Placa de Identificação m2 12 R 3000 R 36000 Custo total item 1 R 32036000 Item Descrição Custo total 2 Estação de tratamento de água 21 Tratamento R 1850000000 22 Adutora de Água Bruta R 210000000 23 Adutora de Água Tratada R 300000000 Custo total item 2 R 2360000000 3 Materiais e Equipamentos 31 Central administrativa R 45000000 32 Vias de circulação pavimentação R36000000 34 Segurança Sensores cercas portão câmeras e alarme R 7500000 35 Instalações elétricas R 5500000 36 Para Raio R 200000 Custo total item 3 R 94200000 83 4 Licenciamento Ambiental UFESP 132700 R 2909 R 386024300 Custo total item 4 R 386024300 Total R 301934664 5 Mão de Obra Meses Trabalhador CustoMêsUn id CustoMêsTot al Engenheiro 24 2 R 900000 R 43200000 Pedreiro 20 5 R 329309 R 32930900 Ajudante 20 10 R 270704 R 54140800 Armador 6 2 R 329309 R 3951708 Topógrafo 1 1 R 703405 R 703405 Auxiliar Topógrafo 1 1 R 287332 R 287332 Eletricista 6 2 R 358600 R 4303200 Ajudante de Eletricista 6 5 R 252300 R 7569000 Custo mês total item 5 R 147086345 29 CRONOGRAMA Nesta fase do projeto foi calculada a duração média de cada etapa Primeiramente serão executados os procedimentos relacionados ao licenciamento ambiental incluindo a apresentação dos estudos ambientais para a obtenção das licenças prévia de instalação e de operação no futuro Após o início desse processo e a obtenção da licença de instalação as etapas de preparação do terreno e construção da estação de tratamento serão iniciadas Por fim estimase que a construção da estação de tratamento leve aproximadamente 2 anos A seguir temse o cronograma descrito em forma de tabela 2023 2024 Etapa Trimestre 1 2 3 4 1 2 3 4 Projetos Serviços Preliminares 84 Projeto de Engenharia Licença Ambiental Mobilização implantação e desmobilizaçã o Mão de Obra Instalação Edificações Instalações Elétricas Vias de Circulação Segurança Construção do sistema de abastecimento Calha parshall Floculador Sistema de decantação Filtros Adutora de Água Bruta Adutora de Água Tratada 85 CONCLUSÃO A implementação de uma nova estação de tratamento de água em Ilhabela representa um marco significativo na busca pela melhoria da qualidade de vida e sustentabilidade ambiental da região Através deste trabalho pudemos compreender a importância do tratamento adequado da água para garantir o acesso a um recurso vital e essencial para a saúde e bemestar da população Ao longo deste estudo realizamos uma análise minuciosa da viabilidade da implementação da estação de tratamento levando em consideração características da região demanda de água disponibilidade de recursos hídricos e aspectos legais Além disso selecionamos as tecnologias mais adequadas considerando critérios técnicos econômicos e ambientais a fim de garantir a eficiência e sustentabilidade do processo de tratamento Ficou claro que a nova estação de tratamento de água desempenhará um papel fundamental no atendimento das demandas crescentes da população de Ilhabela proporcionando acesso a uma água de qualidade livre de impurezas e contaminantes Isso não apenas garantirá a saúde dos moradores mas também contribuirá para a preservação dos recursos hídricos e a proteção do ecossistema local Os resultados obtidos neste estudo demonstram a viabilidade técnica e econômica da implementação da nova estação de tratamento de água em Ilhabela Portanto concluímos que a implementação da nova estação de tratamento de água em Ilhabela é essencial para garantir o fornecimento de água potável de qualidade contribuindo para a melhoria da qualidade de vida dos moradores e a preservação do meio ambiente Recomendase que as autoridades competentes em parceria com a comunidade local e nossa empresa promovamos a implantação efetiva dessa estação de tratamento com o estabelecimento de um plano de monitoramento contínuo e ações de conscientização sobre o uso responsável da água conforme demonstrado ao longo deste trabalho 86 Esperase que este estudo possa servir como um guia para futuras implementações de estações de tratamento de água em outras regiões destacando a importância de considerar a sustentabilidade ambiental e a participação da comunidade como elementos fundamentais para o sucesso desses projetos Através dessas iniciativas estaremos contribuindo para um futuro mais próspero e saudável para Ilhabela e suas gerações futuras 87 Referencias ANDREOLI Cleverson V et al Alternativas de Uso de Resíduos do Saneamento Rio de Janeiro ABES 2006 398p AZEVEDO NETTO José M de Filtros rápidos de gravidade In Azevedo Netto et alTécnica de abastecimento e tratamento de água 3 ed São Paulo CETESPASCETESB 1987 V 2 cap 22 p 197226 CETESB Relatório de Qualidade das Águas Interiores do Estado de São Paulo Apêndice J Resultados do Monitoramento 2019 Disponível emhttpscetesbspgovbraguas interiorespublicacoeserelatorios CUNHA A Determinação do pH ótimo de floculação e dosagem mínima de coagulante Revista DAE p 9 1946 DACACH N G Modalidades de redes públicas de água Revista DAE v 27 n 66 p 1016 1967 DI BERNARDO L Teoria da Filtração Revista DAE n 123 p 4968 1980 DI BERNARDO L MENDES C G N GUIMARÃES A F Coagulaçãofloculação de águas com turbidez ou cor elevada Revista DAE v 47 n 150 p 227231 1987 FERREIRA FILHO SIDNEY SECKLER Tratamento de água concepção projeto e operação de estações de tratamento 1ª ed Elsevier Rio de Janeiro 2017 INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA IBGE Ilhabela Disponível em httpscidadesibgegovbrbrasilspilhabelapanorama Acesso em maio2021 LIBÂNIO M Fundamentos de qualidade e tratamento da água Editora Átomo São Paulo 3ª Edição 2010 OLIVEIRA Patricia Azevedo Projeto Estação de Tratamento de Água Centro Universitário das Faculdades Metropolitanas Unidades FMU 2019 88 OZIER S N FALCONER David D MAHMOUD S A Least sum of squared errors LSSE channel estimation In IEE Proceedings FRadar and Signal Processing IET 1991 p 371378 PIVELI RP FERREIRA FILHO SS Filtração Escola Politécnica da USP Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária PHD 2411 Saneamento I 2015 Resumo anual de qualidade da água distribuída 2020 Disponível em httpwwwsabespcombrCalandraWebtoq2010pdf Acesso em maio2021 RICHTER Carlos A Água métodos e tecnologia de tratamento Editora Blucher 2009 RICHTER Carlos A Tratamento de Lodos de Estações de Tratamento de Água 1ed São Paulo Edgard Blücher 2001 102p ROSA P Mapeamento geológicogeofísico da região da foz do Rio Canoas Mococa SP Universidade Estadual de Campinas Instituto de Geociências 2018 ROSSI Marcio Mapa Pedológico do Estado de São Paulo revisado e ampliado São Paulo Instituto Florestal 2017 V1 118p inclui Mapas ISBN 9788564808164 SISTEMA INTEGRADO DE GERENCIAMENTO DE RECURSOS HÍDRICOS DO ESTADO DE SÃO PAULO CBHPardo Disponível em httpwwwsigrhspgovbrcbhpardoapresentacao Acesso em maio2021 SOUZA Walterler Alves deTratamento de água Walterler Alves de Souza Natal CEFETRN 2007152 p VIANNA M R Hidráulica aplicada às estações de tratamento de água 3a ed Belo Horizonte Imprimatur 1997 VON SPERLING M 2014 Princípios do tratamento biológico de águas residuárias Vol 1 Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de esgotos Editora UFMG 4a ed 472 p Vista Superior Filtro Vista Superior Desinfecção Vista Lateral Resfriar Vista Superior Mesa 2221