ISSN 1678-0701
Número 67, Ano XVII.
Março-Maio/2019.
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13/03/2019AVALIAÇÃO DE UM SISTEMA RESIDENCIAL PARA COLETA DE ÁGUA DE CHUVA  
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AVALIAÇÃO DE UM SISTEMA RESIDENCIAL PARA COLETA DE ÁGUA DE CHUVA

Alessandra de Castro Silva Pedrangelo¹, Marla Corso², Ana Carolina Dias de Albuquerque³, Lilian Keylla Berto4, Luciana Cristina Soto Herek Rezende5.

¹Mestre em Tecnologias Limpas, UniCesumar, e-mail: alepedrangelo@gmail.com;

²Mestranda no curso de Pós-Graduação em Tecnologias Limpas, UniCesumar, e-mail: marlacorso@hotmail.com;

³Mestranda no curso de Pós-Graduação em Tecnologias Limpas, UniCesumar, e-mail: acdalbuquerque@hotmail.com;

4Graduanda em Engenharia Civil, Unicesumar, e-mail: lilianberto_engenharia@hotmail.com;

5Profa. Dra. no programa de Mestrado em Tecnologias Limpas, UniCesumar, Bolsista do Instituto Cesumar de Ciência, Tecnologia e Inovação email:luciana.rezende@unicesumar.edu.br.

Resumo: A demanda por água vem a cada década aumentando, em usos domésticos, agropecuários e industriais, em uma velocidade que a natureza em seu ciclo hidrológico, não parece ser capaz de depurar. Para tanto, buscam-se alternativas que auxiliem a natureza a cumprir esse papel. A coleta e reuso da água de chuva, vem exatamente nesta direção, se associando a natureza para suprir as necessidades humanas. Este trabalho averiguou a praticabilidade de um sistema de coleta, filtração e armazenamento de água de chuva em uma residência na cidade de Umuarama, Paraná, Brasil. Foram considerados os dados pluviométricos, a área de captação e a demanda per capita para os cálculos dos dimensionamentos do sistema conforme normativa NBR 15527/2007.

Palavras-chave: águas pluviais; coleta de água de chuva; escoamento urbano; filtração; sustentabilidade.

Abstract

The demand for water comes every decade increasing in domestic, agricultural and industrial uses, at a speed that nature in its hydrological cycle does not seem to be able to debug. To do so, we seek alternatives that help nature fulfill this role. The collection and reuse of rainwater comes precisely in this direction, associating nature to meet human needs. This work investigated the feasibility of a system for collecting, filtering and storing rainwater at a residence in the city of Umuarama, Paraná, Brazil. The rainfall data, the catchment area and the per capita demand for the calculations of the system dimensions according to norm NBR 15527/2007 were considered.

Keywords: rainwater; collection of rainwater; urban drainage; filtration; sustainability.

Introdução

O aumento exponencial da população mundial tem gerado grande apreensão dos meios governamentais e científicos por causa da elevação do consumo de água no mundo (LEONG, 2017).

Mesmo sendo um recurso naturalmente renovável, o volume da demanda é muito maior que a velocidade de depuração da natureza e como resultado a qualidade das águas que serão captadas nas áreas urbanas vem decaindo, estas comprometidas pelo descarte nos mananciais do esgoto doméstico e resíduos industriais sem tratamento (HAGEMANN, 2016).

De acordo com o relatório da UNESCO (2017) o prognóstico mundial, em relação a degradação dos recursos hídricos, indica que há uma tendência de diminuição da qualidade da água para abastecimento devido aos limitados recursos financeiros desembolsados pelo poder administrativo na melhoria do saneamento público.

No Brasil o mesmo relatório esclarece que apesar de ter-se grandes bacias hidrográficas há indicação de que determinadas regiões sofrem estresse hídrico. Fato este determinante para que a água disponível nos mananciais possa ser parcialmente substituída por um sistema alternativo de abastecimento de água.

Um sistema de captação de água de chuva pode contribuir para uma economia entre 33-35% da água fornecida pela rede de abastecimento público para uso doméstico, enquanto que em edifícios comerciais a economia permeia entre 14-17% (KIM, 2014).

Embora haja uma economia no uso da coleta da chuva, para que o sistema em si tenha um custo viável, pode ser necessário o dimensionamento de seus componentes, sendo utilizado para tanto a norma brasileira NBR 15527/2007, que indica o aproveitamento de água de chuva para fins não potáveis (ANDRADE, 2017).

A coleta de água de chuva pode ser um sistema economicamente atrativo, porém, este necessita de um teor de qualidade mínima para que não haja comprometimento da saúde do usuário. Tal comprometimento frequentemente ocorre quando as águas pluviais escoam pelas coberturas e tendem a carrear algumas impurezas que se depositam nelas no decorrer dos períodos de estiagem, portanto é fundamental o reconhecimento dos atributos de qualidade desta água (CALHEIROS, 2014).

As características físicas da área de escoamento (cobertura) são fatores que de acordo com Teixeira (2017) podem também comprometer a qualidade da água coletada e armazenada sendo, portanto, atributos importantes a serem considerados no planejamento de um sistema.

A NBR 15527/2007 fornece os possíveis usos das águas coletadas, para tanto deve-se efetuar algumas análises biológicas, físicas e químicas, as quais contemplem os valores de referência desta norma. Ao se avaliar a qualidade da água coletada, pode-se determinar as condições de uso e, quando necessário, definir-se formas de descontaminação como pré-filtração, peneiramento, filtros em múltiplas camadas (NAKADA, 2014).

Segundo Libânio (2010), o processo de filtração tem como prioridade a remoção de partículas responsáveis pela cor e turbidez, cuja presença indica a redução da eficiência da desinfecção que inativa ou elimina os microorganismos patogênicos. De maneira tradicional, os filtros podem ser classificados em rápidos ou lentos de acordo com a velocidade de filtração que leva em consideração fatores como área de coleta e volume de vazão.

Diante do exposto, este trabalho teve por objetivo a implantação de um sistema de captação de águas pluviais e a verificação da qualidade da água in natura armazenada e pós filtração.

Materiais e Métodos

A cidade de Umuarama está localizada na porção noroeste do estado do Paraná (230 45’59.0” S 530 18’07.2” W), limitada pelas sub-bacias dos rios Ivaí e Piquiri inseridas na bacia hidrográfica do rio Paraná. Sua população estimada é de 108.218 habitantes distribuídos em uma área territorial de 1.227,43 km2 (SNIS, 2015). O sistema de coleta de água de chuva está instalado no terreno de uma residência cuja área é de 111 m2 e seu uso é unifamiliar tendo três ocupantes permanentes.

Para a verificação da viabilidade do sistema de coleta de águas pluviais, a metodologia foi organizada de acordo com a análise dos dados pluviométricos da região, dimensionamento, implantação do sistema de coleta de águas pluviais e as caracterizações da água in natura e pós-filtração.

Os dados pluviométricos deste estudo foram determinados através da média em mm/mês dos últimos cinco anos e obtidos a partir dos relatórios do Instituto das Águas do Paraná (2018). Definida a disponibilidade pluviométrica, foram determinados os usos e o nível de exigência da qualidade da água coletada.

A partir dos dimensionamentos elaborou-se o projeto. Implantou-se então o sistema que consiste na conexão dos seguintes elementos: calha de cobertura, tubos de PVC, cisterna, bomba de recalque, caixa d´água e torneira de uso externo.

A coleta de água foi realizada por meio de amostragem da água armazenada na cisterna e encaminhada para o laboratório da Universidade Estadual de Maringá (UEM), em duas situações distintas: água in natura e pós-filtração.

Para a montagem do filtro foi utilizada uma torre de acrílico em dimensões proporcionais ao filtro real. A torre de acrílico foi dividida em duas torres distintas com saídas individualizadas, subdivididas por meio de uma placa perfurada, em duas sub-câmaras. Na primeira foram dispostos os materiais filtrantes e na segunda câmara com a função de dispositivo de armazenamento temporário da água pós filtração. Os materiais utilizados foram a areia lavada e o carvão ativado dispostos em duas camadas com 15 cm e 35 cm, respectivamente. Duas formas diferentes de carvão foram empregadas, o carvão ativado comercial e carvão ativado impregnado com prata conforme Arakawa (2014). A granulometria da areia e do carvão foram ajustadas segundo a NBR 12216/92.

As amostras foram retiradas da cisterna em quatro volumes de 100mL cada. Duas amostras foram coletadas no mês de novembro/2017 e enviadas in natura para análise e duas foram coletadas no mês de janeiro de 2018, inseridas simultaneamente nos filtros e após 14 minutos de passagem pelas camadas dos meios filtrantes foram também encaminhadas para análise em laboratório.

As amostras de água coletadas foram analisadas por parâmetros físico-químicos: turbidez, pH, cor aparente, oxigênio dissolvido e cloro residual livre (Instituto Adolf Lutz, 2005) e microbiológicos, coliformes totais e coliformes termotolerantes (BEZERRA, 2010).

Com a caracterização da água in natura e pós filtração avaliou-se a eficácia dos processos e determinação da qualidade da água de chuva e seus possíveis usos em meio residencial.

Resultados

Primeiramente dimensionou-se o sistema de coleta de água de chuva de acordo com a demanda residencial (TOMAZ, 2011). A partir destes valores foi obtido um volume total de 7,63m3/mês para os usos menos restritivos de irrigação de jardim, limpeza de carro e calçadas e descarga de bacias sanitárias.

A partir dos dados pluviométricos adquiridos para o período de 2013 a 2017, obteve-se a precipitação média para a região do estudo de 174,55 mm/mês dado este utilizado para os cálculos do volume de água de chuva aproveitável de 7,40 m3 e do dimensionamento do reservatório de 10 m3, conforme NBR 15527/2007.

Os resultados da caracterização físico-química e microbiológica da água, derivaram da amostragem da água in natura coletada diretamente da cisterna e armazenada em embalagens estéreis cedidas pelo laboratório do departamento de tecnologia da Universidade Estadual de Maringá, Campus Umuarama. Por meio dos resultados constatou-se um elevado teor de coliformes indicando a presença de fezes na água coletada, demonstrado na Tabela 1. Porém, na análise físico-química os valores não estiveram muito distanciados dos valores de referência, Tabela 2

Tabela 1- Análise microbiológica de água de chuva armazenada em cisterna.

ANÁLISE

REFERÊNCIA

RESULTADO

Coliformes totais

Ausência em 100 mL

>16 NMP* em 100 mL

Coliformes termotolerantes

Ausência em 100 mL

>16 NMP* em 100 mL

NMP* - Número Mais Provável

Tabela 2- Análise físico-química de água de chuva armazenada em cisterna.

ANÁLISE

REFERÊNCIA

RESULTADO

Turbidez

< 2,0 uT, menos restritivos

2,28 uT

pH

pH de 6,0 a 9,5

6,28

Cor Aparente

< 15,0 uH

8,0 uH,

Oxigênio Dissolvido

Mínimo 6,0 mg/L

5,5 mg/L

Cloro Residual Livre

Máximo 2,0 mg/L

0,18 mg/L



Para a redução dos coliformes a água in natura foi inserida em um filtro composto por areia lavada e carvão ativado, sendo este último testado em duas versões, uso comercial e carvão impregnado com prata, com o objetivo de ampliar a eficiência de filtração. As amostras de água provenientes do filtro foram liberadas por registros individuais, estas foram analisadas e seus resultados comparados tanto com a caracterização da água in natura, quanto com os parâmetros de qualidade de água determinados na NBR15527/2007.As análises forneceram a identificação da eficiência dos meios filtrantes inseridos como dispositivo de filtração em um sistema de residencial de captação e aproveitamento de águas pluviais.

As Tabelas 3 e 4, apresentam os resultados das análises da água pós filtração com os meios filtrantes areia e carvão ativado comercial.

Tabela 3- Análise microbiológica de água de chuva filtrada pós-filtração, areia carvão ativado comercial.

ANÁLISE

REFERÊNCIA

RESULTADO

Coliformes totais

Ausência em 100 mL

Ausência em 100mL

Coliformes termotolerantes

Ausência em 100 mL

Ausência em 100mL



Tabela 4 - Análise físico-química de água de chuva pós-filtração, areia carvão ativado comercial.

ANÁLISE

REFERÊNCIA

RESULTADO

Turbidez

< 2,0 uT, menos restritivos

8,14 uT

pH

pH de 6,0 a 9,5

6,66

Cor Aparente

< 15,0 uH

65,0 uH,

Oxigênio Dissolvido

Mínimo 6,0 mg/L

5,45 mg/L

Cloro Residual Livre

Máximo 2,0 mg/L

0,17 mg/L



As Tabelas 5 e 6 mostram os resultados das análises da água pós filtração com os meios filtrantes areia e carvão ativado impregnado em prata.

Tabela 5- Análise microbiológica de água de chuva filtrada pós-filtração, areia carvão ativado impregnado com prata.

ANÁLISE

REFERÊNCIA

RESULTADO

Coliformes totais

Ausência em 100 mL

Ausência em 100mL

Coliformes termotolerantes

Ausência em 100 mL

Ausência em 100mL



Tabela 6 - Análise físico-química de água de chuva pós-filtração, areia carvão ativado impregnado com prata.

ANÁLISE

REFERÊNCIA

RESULTADO

Turbidez

< 2,0 uT, menos restritivos

2,2 uT

pH

pH de 6,0 a 9,5

6,2

Cor Aparente

< 15,0 uH

18,5 uH,

Oxigênio Dissolvido

Mínimo 6,0 mg/L

4,5 mg/L

Cloro Residual Livre

Máximo 2,0 mg/L

0,08 mg/L



O dimensionamento do sistema obteve resultados satisfatórios para as necessidades de uma residência com três ocupantes e área de aproximadamente 100m2. As análises realizadas pós filtração com areia e carvão ativado comercial, geraram seguintes resultados: não houve redução do pH e nem do cloro residual livre, a turbidez teve um aumento de 28% e a cor aparente de cerca de 12%. Na análise microbiológica houve uma redução de 100 % de coliformes em uma amostra de 100 mL quando comparadas com a análise da água in natura. As análises realizadas pós filtração com areia e carvão ativado comercial, geraram seguintes resultados: não houve redução do pH, o cloro residual livre obteve uma redução de cerca de 44%, a cor e a turbidez mantiveram-se iguais e a cor aparente obteve um aumento de 43%. Na análise microbiológica houve uma redução de 100 % de coliformes em uma amostra de 100 mL com relação a análise da água in natura.

Discussão

A reserva de água de chuva comparada com a demanda necessita de um aumento do volume de coleta por meio da ampliação da área de escoamento. Quanto a granulometria do carvão e da areia como meios adsorventes, se encontram dentro das normas necessitando apenas de ampliação nos estudos acerca do volume mais adequado para uma maior eficiência de filtração. Quanto ao pH não houve visível mudança, porém quanto a turbidez houve uma variação discrepante que pode ter sido originada pelo excesso de particulados finos pulverizados a partir da moagem do carvão, necessitando assim da lavagem deste antes do uso em filtros. As análises microbiológicas da água in natura quando comparadas a água pós filtração, demonstraram uma grande redução perante o uso da areia e do carvão não havendo necessidade, portanto, de um controle microbiológico da água armazenada por meio de soluções como o hipoclorito de sódio.

Conclusões

A partir da análise dos resultados deste estudo tem-se que a demanda de água de uma residência pode ser parcialmente suprida por meio de coleta e reuso de águas pluviais observado que o regime pluviométrico da localidade é suficiente.

De acordo com o trabalho realizado confirmou-se que as águas pluviais necessitam de tratamento entre o armazenamento e o uso sendo que na análise comparativa dos resultados da água in natura e pós filtração possibilitaram a verificação de considerável redução dos microorganismos, propondo-se então a continuidade das pesquisas com relação ao uso dos meios filtrantes.

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