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Tratamento de águas residuais

Tratamento de águas residuais: critérios de gestão e design do sistema de descarga com software BIM

Gestão e tratamento de águas residuais desde o design do sistema de descarga com software BIM para instalações MEP


O tratamento e reutilização de águas residuais representam um desafio incontornável na perspetiva da sustentabilidade ambiental e otimização do uso dos recursos naturais. Gerir todo o ciclo da água permite, sem dúvida, devolver ao uso um recurso valioso que, de outra forma, seria desperdiçado.

O ciclo da água começa com a recolha de águas residuais; começamos por aqui e analisamos o que são as águas residuais, como são tratadas e que ferramentas usar para projetar corretamente um sistema de descarga.

O que são as águas residuais

No campo da engenharia ambiental e química, águas residuais são todas as águas que, após o seu uso, necessitam de tratamento para serem devolvidas ao ambiente natural ou reutilizadas.
Com base na sua origem, distinguem-se:

  • águas residuais domésticas, provenientes de assentamentos residenciais e serviços, derivadas principalmente do metabolismo humano e de atividades domésticas (como hotéis, escolas, quartéis, escritórios públicos e privados, instalações desportivas e recreativas, lojas a retalho e por grosso, e bares). Contêm principalmente celulose, lípidos, substâncias proteicas, ureia, ácido úrico e glícidos.
  • Águas residuais industriais, de qualquer tipo provenientes de edifícios onde ocorrem atividades comerciais ou de produção de bens. As características desses resíduos variam de acordo com o tipo de atividade industrial e distinguem-se entre perigosos ou não perigosos para o ambiente.
  • Águas residuais urbanas, são a mistura de águas residuais domésticas, industriais e/ou de escorrência (pluviais de lavagem, águas de lavagem de ruas, etc.) canalizadas para redes de esgoto, provenientes de um aglomerado e destinadas ao tratamento numa estação de depuração urbana.
Propriedades de objetos MEP-Tratamento de águas residuais

Propriedades de objetos MEP

Essas águas são caracterizadas ainda mais por uma série de parâmetros físicos, químicos e biológicos presentes nas águas residuais.

Os parâmetros usados para caracterizar uma água residual são:

  • parâmetros físicos
    • temperatura
    • condutividade elétrica
    • sólidos
    • cor
    • cheiro
  • parâmetros químicos
    • pH
    • alcalinidade
    • demanda de O2: demanda química de oxigênio (DQO), demanda bioquímica de oxigênio (DBO), demanda total de oxigênio (DTO)
    • carbono orgânico total (COT)
    • nitrogênio: amoniacal, orgânico, nitritos, nitratos
    • fósforo: ortofosfatos, polifosfatos, orgânico
    • óleos e gorduras
    • óleos minerais
    • tensoativos
    • substâncias tóxicas
    • oxigênio dissolvido
  • parâmetros biológicos
    • coliformes totais
    • coliformes fecais
    • estreptococos fecais
    • escherichia coli
    • salmonela.

Tratamento de águas residuais

As atividades sociais, produtivas e recreativas, principalmente em contextos urbanos, exigem uma considerável quantidade de água. O uso da água gera inevitavelmente efluentes que devem ser submetidos a tratamento depurativo antes de serem devolvidos ao ambiente. As águas residuais urbanas, uma vez compostas principalmente por substâncias biodegradáveis, apresentam hoje desafios crescentes no seu tratamento devido à presença difundida de compostos químicos de origem sintética, especialmente utilizados na indústria.
Os mares, rios e lagos não conseguem suportar um aumento de substâncias poluentes além da sua capacidade de auto-depuração sem comprometer a qualidade da água e os equilíbrios do ecossistema. Portanto, é evidente a necessidade de tratar as águas residuais através de sistemas que simulem os processos biológicos naturais que ocorrem nos corpos de água. O tratamento do efluente é intensificado especialmente quando os corpos de água receptores (mares, rios, lagos, etc.) estão em risco de poluição permanente.

Os processos de depuração através de tratamentos biológicos baseiam-se em fenômenos naturais recriados artificialmente, permitindo o controlo ideal dos parâmetros que regulam esses processos. A depuração biológica envolve comunidades de organismos vivos, como bactérias, algas e microfauna, que degradam as substâncias poluentes através de processos de mineralização e acumulação em lamas separáveis da água por sedimentação.

Independentemente do impacto ambiental, a gestão adequada do ciclo da água implica o reuso de águas residuais depuradas como uma alternativa para um uso mais racional do recurso hídrico. Esta abordagem oferece benefícios sociais e econômicos, como a proteção dos corpos de água e uma gestão apropriada do recurso hídrico. O reuso de águas residuais pode ser considerado uma inovação no uso sustentável das reservas de água, oferecendo um abastecimento de água a custos mais baixos em comparação com o descarte.

O tratamento de águas residuais é, portanto, um processo fundamental para remover contaminantes e poluentes antes de devolver a água ao ambiente ou reutilizá-la com segurança, geralmente dividido em três fases principais:

  • tratamento primário
    • sedimentação: as águas residuais passam por uma fase de decantação em grandes tanques para separar as partículas maiores. Durante esse processo, formam-se sedimentos que se depositam no fundo dos tanques, formando o chamado lodo primário;
    • remoção de sólidos suspensos: através de processos físicos como a sedimentação, são removidos os sólidos suspensos maiores;
  • tratamento secundário
    • processo biológico: as águas residuais entram em contato com bactérias e outros microrganismos que decompõem a matéria orgânica em substâncias mais estáveis, como dióxido de carbono e água;
    • aeração: frequentemente, o oxigênio é fornecido às águas residuais para apoiar a atividade de bactérias aeróbias que aceleram a decomposição da matéria orgânica;
  • tratamento terciário
    • remoção de nutrientes: em algumas situações, é necessário remover nutrientes adicionais como nitrogênio e fósforo, que podem causar problemas ambientais como a eutrofização;
    • filtração avançada: a água pode passar por filtros adicionais para remover partículas menores e impurezas residuais;
    • desinfecção: para garantir a segurança microbiológica, a água pode ser submetida a processos de desinfecção, como a adição de cloro ou irradiação com raios ultravioleta.

As águas residuais tratadas podem ser reutilizadas em várias aplicações, como irrigação, arrefecimento industrial ou recarga de aquíferos.
É importante notar que o processo de tratamento de águas residuais pode variar dependendo das características das águas residuais de entrada, dos regulamentos locais e dos recursos disponíveis.
Além disso, as instalações de tratamento de águas residuais podem ter tamanhos e complexidades diferentes, dependendo das necessidades da comunidade ou indústria atendida.

O tratamento de águas residuais é essencial para preservar a qualidade da água, prevenir a poluição ambiental e proteger a saúde pública.

Projeto do sistema de descarga

Por sistema de descarga, entende-se o conjunto de tubulações, conexões e equipamentos necessários para receber, conduzir e descarregar as águas usadas provenientes dos aparelhos sanitários de uso doméstico (pias, vasos sanitários, chuveiros, máquinas de lavar, etc.).
As águas residuais domésticas podem ser classificadas em:

  • águas cinzas: águas residuais provenientes de lavagens (sabonáceas);
  • águas negras: águas residuais provenientes do metabolismo humano;
  • águas brancas ou pluviais: águas provenientes de precipitações naturais e recolhidas por caleiras e pluviais.

As águas brancas geralmente são separadas dos efluentes domésticos e conduzidas diretamente para o solo. As redes de descarga devem facilitar um rápido escoamento das águas residuais para o sistema externo de descarga, evitando acumulações estagnadas. Para garantir isso, é essencial criar as inclinações corretas e selecionar diâmetros apropriados para os tubos. As tubulações também devem resistir às tensões mecânicas, térmicas e à ação corrosiva dos efluentes. Recomenda-se também o uso de tubulações e dispositivos com isolamento acústico para evitar ruídos indesejados.

Existem vários tipos de sistemas de esgoto em uso atualmente. Na Europa, a prática comum é dimensionar os ramos de esgoto (conectados aos aparelhos sanitários) considerando um grau de preenchimento de 50%, com a conexão a uma única coluna de esgoto. Essa solução técnica visa reduzir os níveis de ruído e prevenir eficazmente a perda da água da armadilha dos sifões.

Tratamento de águas residuais

Dentro de um edifício, um sistema de esgoto é composto pelos seguintes componentes principais:

  • sifão: é um dispositivo instalado diretamente nos aparelhos sanitários com o objetivo de impedir a passagem de maus odores através da criação de uma vedação hidráulica.
  • Ramificação de esgoto: um tubo, geralmente orientado predominantemente na horizontal, que conecta os aparelhos sanitários a uma coluna de esgoto ou a um coletor de esgoto.
  • Coluna de esgoto: um tubo predominantemente vertical que conduz as águas residuais dos aparelhos sanitários para o sistema de esgoto.
  • Coletor de esgoto: um tubo sub-horizonta, instalado à vista dentro do edifício ou enterrado, ao qual estão conectadas as colunas de esgoto ou os aparelhos sanitários do térreo.
  • Coluna de ventilação: um tubo predominantemente vertical conectado a uma coluna de esgoto, cujo objetivo é limitar as variações de pressão dentro da própria coluna de esgoto.

Cálculo e dimensionamento

Os sistemas de esgoto devem garantir um correto escoamento das águas e direcioná-las para a rede de esgoto. Esses sistemas devem garantir várias performances, incluindo a rapidez do escoamento, a ausência de resíduos, a vedação hidráulica e de gases, a reintegração do ar comprimido durante o escoamento e, acima de tudo, o diâmetro correto dos tubos que permite a evacuação dos efluentes evitando o preenchimento de toda a seção.
O projeto de um sistema de esgoto requer o conhecimento das quantidades máximas de águas que podem ser descarregadas pelos aparelhos sanitários individuais. A regulamentação geralmente fornece critérios para dimensionar as ramificações de esgoto, as colunas de esgoto e os coletores com base nos fluxos a serem descarregados em cada trecho do sistema. O dimensionamento das ramificações de esgoto é baseado em um grau de preenchimento de 0,5 com a conexão a uma única coluna de esgoto.

O método de cálculo, válido para todos os sistemas de esgoto por gravidade para o tratamento de águas residuais domésticas, prevê o dimensionamento dos tubos com base nas unidades de descarga típicas dos aparelhos multiplicadas por um coeficiente de frequência (K) relacionado ao uso (para residências, é igual a 0,5).

O projeto do sistema de esgoto inclui as seguintes etapas:

  • cálculo da carga total (fluxo médio em l/s) em cada ramificação de esgoto, somando as contribuições de fluxo de cada conexão e considerando a simultaneidade;
  • determinação da carga total (fluxo médio em l/s) em cada coluna de esgoto, somando as contribuições de fluxo de cada conexão e considerando a simultaneidade;
  • cálculo da carga total (fluxo médio em l/s) conduzida ao coletor de esgoto, somando progressivamente os valores totais de todas as conexões, das colunas que convergem para ele e considerando a simultaneidade.
Modelo 3D de instalações MEP-Tratamento de águas residuais

Modelo 3D de instalações MEP

É essencial conhecer o fluxo médio de descarga (l/s) dos aparelhos sanitários presentes no edifício, para dimensionar corretamente os tubos do sistema de esgoto.

A capacidade máxima permitida para os tubos (Qmax) deve corresponder ao mínimo admissível, determinado pelo maior valor entre o fluxo máximo de águas residuais calculado (Qwwmax) ou o fluxo total. Além disso, deve-se considerar o fluxo do aparelho com a maior unidade de descarga (DU).

O escoamento da água no sistema ocorre por gravidade atmosférica, pois as águas residuais descem devido ao seu próprio peso. Portanto, todas as ramificações não verticais devem ser inclinadas em direção ao ponto de saída. A inclinação dos coletores deve ser o mais uniforme possível e estar entre os valores de 1% e 5%, com a inclinação recomendada de 2%, para favorecer a auto-limpeza dos condutos.

O dimensionamento dos condutos deve ser realizado cuidadosamente para evitar obstruções, emissão de maus odores para os ambientes habitáveis, ruído excessivo no escoamento e retorno de espuma. Uma seção subdimensionada impede o escoamento, enquanto uma seção excessiva favorece a formação de incrustações e sedimentos, com uma redução progressiva da seção e possibilidade de entupimento. Portanto, é fundamental adotar um diâmetro apropriado para garantir um escoamento e descarga regulares das águas, permitindo uma ação autolimpante nas paredes internas dos condutos.

Com um software BIM para instalações MEP, você pode criar o modelo 3D da instalação e dimensionar os tubos de acordo com as disposições normativas. O modelo 3D da instalação será útil tanto na fase de projeto, para garantir a evitação de interferências com o modelo estrutural, arquitetônico e de outras instalações (aquecimento, gás, elétrico, etc.), quanto na fase de manutenção e gestão.

 

Imagine ter um vazamento, precisar substituir uma tubulação existente ou ter a necessidade de realizar demolições. Para identificar a posição precisa das tubulações e outros elementos que compõem a instalação, ter o modelo 3D do projeto é de grande ajuda e permite agir sem problemas e com total segurança.

Estes são apenas alguns dos inúmeros benefícios da modelagem 3D BIM da instalação MEP que você está projetando. Leia esses artigos para saber mais:

 

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