sexta-feira, 7 de outubro de 2011

Sistemas de aproveitamento de águas pluviais para usos não potáveis

Um crescente número de grandes cidades e regiões metropolitanas brasileiras vive situação de escassez e degradação dos recursos hídricos impondo a adoção de programas de conservação de água.
Entre os componentes de programas de conservação de água, figura o de substituição de fontes. Consiste basicamente em utilizar novas fontes de recursos hídricos em substituição às existentes, especialmente sob condições em que a nova fonte sirva a usos menos exigentes (menos "nobres"). O aproveitamento de água da chuva precipitada nas edificações do meio urbano se enquadra nessa categoria.
Três grandes virtudes são freqüentemente associadas ao aproveitamento da água de chuva em edifícios:
a) diminui a demanda de água potável;
b) diminui o pico de inundações quando aplicada em larga escala, de forma planejada, em uma bacia hidrográfica;
c) pode reduzir as despesas com água potável.
Usos domésticos não potáveis
Usos domésticos são aqueles próprios ao ambiente da habitação ou moradia, embora possam estar presentes também em edifícios industriais, comerciais, públicos e de serviços. Entre eles citam-se o uso da água para simples ingestão, a lavagem e preparo de alimentos crus e cozidos, a lavagem de utensílios de cozinha, o banho pessoal, a higiene corporal, a lavagem de roupas, a descarga de bacias sanitárias, a limpeza de pisos, paredes, veículos, a rega de jardins, a higiene de animais domésticos. Podem ser incluídos usos como a descarga em mictórios, a água de reserva para combate a incêndio e a água para aquecimento e acumulação destinada ao banho e outros usos.
Entre os usos domésticos mencionados alguns exigem água cuja qualidade atenda aos padrões de potabilidade, ou seja, à Portaria 518/2004 do Ministério da Saúde. Entretanto outros usos domésticos não requerem características de qualidade tão exigentes quanto a potabilidade. Esses usos, para os quais não é exigida a potabilidade da água, são definidos como não potáveis.
Entre os usos domésticos citados pode-se dizer que a descarga de bacias sanitárias e mictórios, a limpeza de pisos e paredes, a lavagem de veículos, a rega de jardins e a água de reserva para combate a incêndio, enquadram-se como não potáveis.
Soluções de captação e condução de águas pluviais
A condução das águas precipitadas sobre as coberturas usualmente é feita por meio de calhas, condutores, grelhas, caixas de amortecimento e outros componentes, projetadas da mesma forma que nas instalações prediais de águas pluviais, segundo a norma brasileira NBR 10844/1989.
Três situações básicas podem ser consideradas quanto à relação entre a área de captação e o reservatório:
a) reservação somente com reservatório elevado;
b) reservação somente com reservatório inferior;
c) reservação dotada de reservatório inferior e superior.
No primeiro caso a cobertura, ou a parcela de cobertura destinada à captação deverá levar em conta a possibilidade do escoamento da precipitação, por gravidade, para o reservatório superior. A figura 1 ilustra essa solução.
Variantes dessa solução são apresentadas na figura 2. No segundo e terceiro caso a captação corresponderá à área integral da cobertura, dotada de calhas ou canaletas e condutores verticais.
Uma configuração de simples implantação no caso de casas térreas existentes esta detalhado no video abaixo. Trata-se de solução promissora para implantação massiva visando à atenuação do pico de cheias.
Soluções alternativas de calhas e condutores verticais incluem filtros de materiais grosseiros, conforme ilustram as figuras 4 e 5.


Soluções de tratamento de águas pluviais
Estudos mostram que o tratamento da água pluvial captada é obrigatório devido aos riscos associados ao material carreado pela água de chuva quando do escoamento sobre a cobertura. Observa-se a presença de material grosseiro, como folhas, gravetos, sementes e sólidos suspensos e dissolvidos originados de fezes de pássaros, gatos e roedores, além de material particulado fino sedimentado sobre as coberturas a partir de suspensão aérea, além de microrganismos patogênicos presentes em águas de coberturas, conforme mostram pesquisas em cursos no IPT (Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo) realizadas também em outras instituições (May, 2004; Rebello, 2004; Gonçalves, 2006).
O tratamento para usos domésticos não potáveis é realizado visando alcançar características de qualidade compatíveis com os usos desejados. A norma brasileira relativa ao aproveitamento de águas pluviais, NBR 15527/2007, estabelece que os padrões de qualidade "devem ser fixados pelo projetista de acordo com a utilização prevista".
No que se refere à qualidade microbiológica da água, uma referência razoavelmente adequada é a Resolução Conama 274/2000 que estabelece a qualidade da água para contato de toda superfície do corpo humano com a água por tempo prolongado. Essa
Resolução estabelece que são consideradas satisfatórias as águas nas quais "em 80% ou mais de um conjunto de amostras obtidas em cada uma das cinco semanas anteriores, colhidas no mesmo local, houver, no máximo mil coliformes fecais (termotolerantes)... por 100 ml". Dessa forma, pode-se adotar como referência inicial de qualidade microbiológica o máximo de mil coliformes termotolerantes por cada 100 ml de água pluvial. Amostras para verificação desse indicador devem ser colhidas nos pontos de uso.
Com respeito aos parâmetros físico-químicos, podem ser adotados como referência inicial os valores apresentados na norma brasileira (NBR 15527/2007, item 4.5) para o caso de usos mais restritivos.
De maneira genérica o tratamento de águas pluviais escoada de telhados é composto pelas seguintes partes:
  • filtração de materiais grosseiros;
  • descarte das águas de escoamento inicial;
  • filtração de materiais particulados finos;
  • desinfecção.
Filtração de materiais grosseiros
É obtida por meio de grades de barras ou telas metálicas com aberturas da ordem de 2 mm a 6 mm que são interpostas no fluxo das águas pluviais captadas na cobertura e conduzidas pelos coletores.
Encontram-se no mercado diversas soluções desse tipo de filtração, usualmente importadas. A escolha dos modelos existentes é função da área de cobertura a que vão servir. A figura 6 mostra um filtro de material grosseiro importado instalado em trecho horizontal de tubulação.
A função de tais filtros é reter o material grosseiro (folhas, gravetos e particulados de maior dimensão) deixando passar a água e sólidos grosseiros mais finos. Ensaios realizados no IPT mostram que, em geral, os sólidos grosseiros são retidos na sua totalidade na maioria dos filtros, e que a eficiência no aproveitamento de água tende a cair com o aumento da vazão.
Os filtros de material grosseiro podem funcionar de forma a lançar o material grosseiro para fora da tubulação ou podem requerer limpeza manual periódica.
Descarte
Estudos do IPT mostram que o descarte das primeiras águas escoadas de coberturas é altamente recomendado, particularmente após vários dias sem chuva como ocorre na estiagem de inverno, dada à concentração de poluentes e microrganismos.
Segundo pesquisas realizadas no âmbito do Prosab, o volume de descarte corresponde ao escoamento do primeiro milímetro de precipitação, ou seja, 100 l para cada 100 m² de cobertura. Um dispositivo de descarte bastante prático é ilustrado na figura 7.
Os dispositivos de descarte podem contar com esvaziamento automático ou manual.


Filtro de finos
A operação de sistemas de aproveitamento de águas pluviais tem mostrado que mesmo as instalações dotadas de filtro de grosseiros e aparelho de descarte podem requerer a filtração de material particulado mais fino.
Existem diversos fabricantes de filtros de areia ou de resina no mercado. Grande parte dos filtros de areia opera com a água sob pressão e permite retrolavagem para remoção do material retido. Deve ser previsto reservatório de água para retrolavagem, segundo a freqüência estabelecida pelo fabricante, ou ditada pela prática operacional.
Em pesquisa em curso no IPT foi desenvolvido um filtro de fabricação simples e que não requer pressurização da água para filtração. O filtro foi construído de modo a incorporar a filtração de material grosseiro na parte superior e de material particulado fino na parte inferior utilizando areia como meio filtrante. A figura 8 ilustra o esquema básico do filtro. O meio filtrante é de areia média lavada com 10 cm de espessura e taxa de aplicação de 336 m3/m2/dia.



Desinfecção
A ocorrência de microrganismos em águas de chuva escoadas de coberturas recomenda fortemente a desinfecção.
Os sistemas de desinfecção mais utilizados são os baseados na aplicação de cloro, ozônio ou raios ultravioleta. A desinfecção com cloro permite manter ação mais prolongada por meio de concentração residual de cloro livre que permanece efetiva por algum tempo.
Em instalações prediais prevê-se a aplicação de cloro através de dosadores de cloro líquido injetados na tubulação que conduz a água pluvial ao reservatório, através de pastilhas ou de uma solução simplificada desenvolvida no âmbito do Prosab, em que a desinfecção é obtida por difusão do cloro contido em uma garrafa plástica perfurada colocada no fundo do reservatório (Daniel, 2001).
O ozônio é um agente desinfetante bastante eficiente, mas sua aplicação deve ser cuidadosamente projetada para que ocorra a mistura completa da quantidade correta de gás no fluxo de água escoando. O emprego do ozônio permite realizar a desinfecção na tubulação que conduz a água ao ponto de uso, ou por meio de sistema cíclico conforme ilustra a figura 9.

Armazenamento de águas pluviais
O armazenamento de águas pluviais tem destacada importância dados os impactos arquitetônicos, estruturais, financeiros e operacionais que envolve.
As soluções de armazenamento podem ser agrupadas nas três formas básicas já citadas anteriormente (somente reservatório elevado, somente reservatório inferior e reservatórios inferior e superior).
O primeiro caso supõe que a alimentação do reservatório será feita a partir de cobertura, calhas e condutores, situados em nível superior ao do reservatório. A figura 10 ilustra duas possibilidades de assentamento do sistema de tratamento no caso de reservatório de águas pluviais elevado.
Experimentos realizados pela Universidade Federal da Bahia, em conjunto habitacional de baixa renda, levaram à solução ilustrada na figura 11. Observa-se que o reservatório é alimentado diretamente a partir da cobertura e situado em cota tal que permite o uso de água de chuva no tanque e em torneira de jardim.
O segundo caso corresponde à situação na qual os usos previstos possam ser atendidos com o posicionamento do reservatório em cota relativamente baixa, como no atendimento de pontos situados em garagens.
O terceiro caso é, de certa forma, análogo ao sistema de água potável de um edifício de diversos andares. O reservatório inferior de água pluvial conta com bomba de recalque que alimenta o reservatório superior. Deste último deriva-se o barrilete para distribuição de água pluvial por meio de colunas de alimentação servindo aos diversos pontos de uso (descarga de bacias sanitárias, lavagem de pisos e rega, por exemplo).
Em todos os casos de reservação de águas pluviais deve ser levado em conta que em períodos de estiagem pode não haver água de chuva suficiente para a demanda. esse caso os reservatórios de água pluvial deverão receber complementação do sistema de água potável, evitando-se o fenômeno da conexão cruzada. Para tanto deve ser observada a norma brasileira de água fria NBR 5626 que exige uma separação atmosférica (gap) de no mínimo 5 cm entre o tubo de alimentação de água potável e o reservatório de águas pluviais.
Inversamente, no período de cheias, o sistema deverá contar com extravasão compatível.
A complementação da alimentação por água potável pode ser feita no reservatório superior de água pluvial. Nesse caso a água potável pode ser conduzida por gravidade do reservatório superior de água potável para o reservatório superior de água pluvial ou, ainda, através de pequena bomba de recalque, conforme ilustra a figura 12.
O projeto dos reservatórios de águas pluviais deve ser elaborado tomando como diretrizes as normas brasileiras: NBR 12217/1994 relativa aos reservatórios de distribuição de água para abastecimento público, NBR 5626/1998 aplicável à instalação predial de água fria e NBR 15527/2007.
Os reservatórios devem ser dotados de extravasor, dispositivo de esgotamento total, cobertura para evitar entrada de pó, insetos e minimizar a radiação luminosa, dispositivos ou configurações que permitam inspeção, manutenção e ventilação.
No caso dos reservatórios serem alimentados com água pluvial contendo sólidos em suspensão sedimentáveis ou que flutuam, há necessidade de dispositivos e configurações específicas para minimizar o acesso de sólidos às tubulações que servem os pontos de uso.
Para atenuar o risco de extração da mistura de água com esses sólidos finos presentes no reservatório no momento do uso ou sucção, recomenda-se situar a extremidade da tubulação de tomada d'água a meia-altura entre o fundo e a lâmina livre no reservatório. A alimentação deverá ser projetada para evitar turbulência no interior do reservatório para que não ocorra ressuspensão de sólidos.
O dimensionamento do volume de reservação de água pluvial deve ser elaborado por método que leve em conta a oferta e a demanda de água pluvial. A oferta é descrita pelas séries históricas de precipitação pluvial da localidade ao longo do tempo. A demanda deve ser calculada a partir dos volumes aplicáveis aos usos não potáveis previstos.
A norma brasileira NBR 15527/ 2007 e Gonçalves (2006) apresentam uma série de métodos de dimensionamento do volume de reservação necessário. Alguns métodos levam a volumes excessivos e onerosos. Recomenda-se o dimensionamento pela fórmula que utiliza o maior número de dias consecutivos sem chuva e o volume diário demandado, apresentado por Gonçalves (2006), o método da simulação de reservatórios ou o método prático australiano, sugeridos na norma brasileira.
O método de simulação de reservatórios e o método prático australiano são particularmente interessantes porque permitem aquilatar em que grau será atendida a demanda de água pluvial, considerada a série histórica de precipitações.
A expressão para o cálculo do volume de reservação baseado no número máximo de dias consecutivos sem chuva para um dado período de retorno é dada por:
Onde:
VRES é o volume do reservatório (l);
QNP é a somatória das demandas de usos não potáveis (l/dias);
DS é o maior número consecutivo de dias sem chuva na localidade para um dado período de retorno (dias).
Para uma residência térrea de classe média com cinco habitantes situada em Florianópolis, cuja soma das demandas de água para uso não potável totalizou 178,33 l/dia, a aplicação da última fórmula levou a um volume de reservação de água pluvial de 1.783,3 l que foi arredondado para 2 mil l. O serviço de metrologia informou que o valor de DS para a cidade, em série histórica de dez anos, é de dez dias. Considerando edifício de quatro pavimentos com quatro apartamentos por andar na mesma cidade, a demanda de usos não potáveis foi calculada em 2.218,676 l/dia. Resultou um volume de reservação de 22.186,7 l arredondado para 22 mil l (Gonçalves, 2006). Observe-se que a eficiência de atendimento global de usos não potáveis da reservação calculada por esse método requer verificação do índice de atendimento da demanda considerado o potencial de oferta, ou seja, alturas precipitadas segundo série histórica.
Condução de águas pluviais em tubulações sob pressão
A condução de águas pluviais sob pressão em tubulações depende do posicionamento dos reservatórios, considerando as três situações já mencionadas.
Para um edifício de diversos pavimentos, são ilustradas na figura 13 configurações das tubulações sob pressão resultante do posicionamento de reservatórios de água pluvial e de água potável nas três posições consideradas.
O dimensionamento das tubulações de água pluvial sob pressão é feito de maneira análoga ao das tubulações de água potável, com base na norma brasileira NBR 5626/1998. Prevê-se a utilização de sistemas de comando automatizados razoavelmente complexos no caso ilustrado.
Soluções relativas à utilização
A utilização da água pluvial tratada em usos domésticos não potáveis deve levar em conta as possibilidades de uso indevido, como ingestão ou banho, e de acidentes que comprometam a segurança sanitária e operacional dos sistemas prediais de água, especialmente tendo em conta a potencialidade de ocorrência da conexão cruzada com o sistema de água potável.
No que tange ao uso indevido é necessário prever barreiras físicas e conscientização e treinamento do usuário. Barreiras físicas incluem torneiras de engate rápido, torneiras sem volante ou com volante lacrado. A pintura das tubulações e demais partes da instalação em cor convencionada serve de alerta para uma população usuária previamente conscientizada e treinada.
Wolney Castilho Alves, engenheiro civil e sanitarista, Dr. pesquisador e professor do IPT e do Centro Universitário Senac, e-mail: wolneipt@ipt.br Este endereço de e-mail está protegido contra spambots. Você deve habilitar o JavaScript para visualizá-lo.
Luciano Zanella, engenheiro civil, Dr. pesquisador e professor do IPT,
e-mail: lucianoz@ipt.br Este endereço de e-mail está protegido contra spambots. Você deve habilitar o JavaScript para visualizá-lo.
Maria Fernanda Lopes dos Santos, Bióloga, Dra. pesquisadora do IPT e professora do Centro Universitário Senac, e-mail: maria.flsantos@sp.senac.br Este endereço de e-mail está protegido contra spambots. Você deve habilitar o JavaScript para visualizá-lo.
LEIA MAIS
Uso Racional da Água em Edificações. R. F. Gonçalves (coord.). Prosab (Programa de Pesquisa em Saneamento Básico). Abes (Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental), Rio de Janeiro, 2006.
Processos de Desinfecção e Desinfetantes Alternativos na Produção de Água Potável. L. A. Daniel (coord.). Prosab (Programa de Pesquisa em Saneamento Básico). Abes (Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental), Rio de Janeiro, 2001.
Conservação de Água em Edificações: Estudo das Características de Qualidade da Água Pluvial Aproveitada em Instalações Prediais Residenciais. Rebello, G. A. O. Dissertação de Mestrado apresentada ao Mestrado em Tecnologias Ambientais
do IPT, 2004.
Estudo da Viabilidade do Aproveitamento de Água de Chuva para Consumo Não Potável em Edificações. May, S. Dissertação de Mestrado apresentada à Escola Politécnica da USP, 2004.
NBR 15527 - Água de Chuva - Aproveitamento de Coberturas em Áreas Urbanas para Fins Não Potáveis - Requisitos. ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas), 2007.
NBR 10844 - Instalações Prediais de Águas Pluviais. ABNT, 1989.
NBR 5626 - Instalação Predial de Água Fria. ABNT, 1998.
NBR 12217 - Projeto de Reservatório de Distribuição de Água para Abastecimento Público. ABNT.



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