1 INTRODUÇÃO
Os serviços de saneamento de águas residuais têm privilegiado as áreas urbanizadas do centro da cidade, em detrimento das zonas periféricas onde habita a maior parte da população. O sistema de drenagem de águas residuais baseia-se actualmente na descarga dos efluentes para a rede de drenagem de águas pluviais sem que seja feito qualquer tratamento prévio, ou em fossas sépticas em ultimo caso utilizam-se as ruas e os cursos de água.
Esta situação favorece a poluição dos recursos hídricos e do ambiente em geral resultando em elevados índices de doenças e mesmo mortes relacionadas com o consumo de água contaminada, e outras falhas no sistema de saneamento básico.
O sistema de drenagem das águas pluviais e residuais de Luanda já não consegue atender á actual população, estimada em cerca de oito milhões de habitantes e assim sendo, as novas zonas Urbanas, como sejam Condominios e centralidades, devem possuir sistemas modernizados de drenagem e centros de tratamento de águas residuais, para a sua depurago antes destas serem lançadas para o mar.
Neste sentido, é essencial a existência de uma rede de drenagem urbana para salvaguardar a segurança e o bem-estar da população inserida nesse meio urbano. Estas águas devem ser conduzidas e tratadas numa estação de tratamento para, posteriormente, serem devolvidas ao meio receptor. Por outro lado, a precipitação origina escoamentos superficiais que devem ser devidamente controlados e conduzidos, caso contrário, poderão originar inundações com consequências graves para as populações.
Neste trabalho, com o Objectivo de estabelecer procedimentos para a modelação dos SDAR, Utilizou-se Storm Water Management Model (SWMM). O SWMM, da Environmental Protection Agency (EPA), que é um programa de modelação do comportamento dinâmico dos sistemas de drenagem em meio urbano, disponível gratuitamente, de ampla divulgação e utilização.
Assim sendo, são analisadas as implicações do insuficiente abastecimento de água e tratamento de águas residuais para a saúde da população e para o ambiente.
1.1 Objectivos
O objectivo principal do presente Caso de Estudo corresponde a Concepção e dimensionamento de uma rede de drenagem de águas residuais, em meio urbano, através da utilização de instrumentos de modelação numérica com o simulador SWMM, que permitam simular, de forma dinâmica, o comportamento da massa de água nas diversas componentes dos sistemas, designadamente, colectores, descarregadores, válvulas de regulação de caudal, válvulas de maré e estações elevatórias.
Pretende-se, assim, com este estudo, contribuir para a melhoria do estado do conhecimento nesta área, e, simultaneamente, potenciar o uso de modelos de simulação de drenagem urbana na perspectiva de uma ferramenta de engenharia, nomeadamente, na realização do diagnóstico hidráulico de sistemas de drenagem complexos – com contribuições de águas residuais domésticas e pluviais.
Para a demonstração das características mencionadas no parágrafo anterior, por aplicação da modelação dinâmica, recorreu-se a uma área de estudo real, cedida pela JONCE – Construção e Engenharia, S.A que diz respeito a Urbanização do KM 44 que possui uma rede de recolha dos esgotos domésticos dividida em duas zonas, a primeira evacua os residuais para uma estação elevatória no extremo Sudoeste da qual é bombado até uma caixa intermédia da urbanização onde a partir dela continua viagem de forma gravítica de conjunto com a outra metade dos residuais domésticos chegando a uma caixa no fim da referida Urbanização no extremo Nordeste.
De modo a alcançar os objectivos anteriormente referidos, a metodologia utilizada alicerçou-se na concretização de uma série de etapas, que se encontram materializadas ao longo dos capítulos do presente trabalho desenvolvido, e cuja sistematização pode ser feita da seguinte forma:
• Selecção da área de estudo e do modelo de simulação a utilizar, de acordo com a finalidade pretendida;
• Recolha de informação cadastral do sistema de drenagem de águas residuais, com vista à construção do modelo, assim como, ao levantamento de dados necessários para o seu funcionamento;
• Calibração e verificação dos resultados provenientes dos exercícios de simulação;
• Simulação de múltiplos cenários acompanhados pelo tratamento e análise dos correspondentes resultados, por forma a obter as conclusões necessárias ao cumprimento dos objectivos definidos.
2 SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS RESIDUAIS
Os sistemas de drenagem urbana lidam, essencialmente, com três tipos de águas residuais, nomeadamente, águas residuais domésticas, águas residuais não domésticas (comerciais e/ou industriais) e águas residuais pluviais.
• Águas residuais domésticas
As aguas residuais domesticas provem de instalações sanitárias, cozinhas e zonas de lavagens de roupas e caracterizam-se por conterem quantidades apreciáveis de matérias orgânica, serem facilmente biodegradáveis e manterem relativa constância das suas características
Quando a vertente industrial possui uma importância pouco expressiva, em termos quantitativos e qualitativos, as duas primeiras classificações tradicionalmente, e por simplificação, podem ser incluídas numa única categoria, designada, por água residual doméstica comunitária. Por esta razão, torna-se essencial efectuar o seu transporte (drenagem) para fora dos aglomerados urbanos e proceder ao seu tratamento, de modo a assegurar as condições sanitárias e de bem-estar da população, e evitar contaminações nos meios receptores.
• Águas residuais não domésticas (comerciais e/ou industriais)
As águas residuais industriais derivam de actividades industrial e caracterizam-se pela diversidade dos compostos físicos e químicos que contem, dependentes do tipo de processamento industrial e ainda apresentarem, em geral variabilidade das caraterísticas no tempo
• Águas residuais pluviais
As aguas residuais pluviais provem das transformação da precipitação atmosférica em escoamento superficial, que se não for devidamente drenado, pode resultar em danos materiais, inundações, e ameaçar a saúde e segurança pública. Acrescenta-se que, todas as águas que são recolhidas por sarjetas ou sumidouros, como são o caso das águas de lavagem utilizadas, por exemplo, pelos municípios na higiene urbana ou águas provenientes da rega de jardins, também são consideradas águas residuais pluviais.
Em países mais desenvolvidos, tem crescido a consciência de que os efluentes pluviais apresentam concentrações importantes de cargas poluentes, especialmente, durante os cerca de 15 a 20 minutos iniciais de precipitação, nas chuvadas de começo de temporada (“first flush”, em terminologia anglo-saxónica), e, por esta razão, estes efluentes também já começam a ser sujeitos a tratamento (PEREIRA, 1988; VAZ et al., 2011).
De acordo com YEN e AKAN (1999), de um modo geral os sistemas de drenagem urbana são constituídos por três partes: o sistema de drenagem superficial, a rede de drenagem e o sistema de drenagem subterrâneo em meio poroso.
O Decreto – Lei nº 152/97 de 19 de junho define as Aguas Residuais Urbanas (ARU) como sendo as aguas residuais domesticas ou a mistura destas com aguas residuais industriais ou com pluviais. Ainda segundo o mesmo diploma, Aguas Residuais Domesticas (ARD) são as aguas residuais de serviços e de instalações residenciais, essencialmente provenientes do metabolismo humano e atividades domesticas. As aguas residuais provenientes de qualquer atividade que não possam ser classificadas como aguas residuais domesticas nem sejam aguas pluviais denominam-se Aguas Residuais Industriais (ARI).
2.1 Os principais objetivos dos diferentes tipos de sistemas
Separativo doméstico
• Tipos de Sistemas de coletores convencionais
Sistemas concebidos para fazer o transporte das águas residuais, comerciais e industriais até às estações de tratamento. Inevitavelmente, também afluem a estes coletores águas de infiltração e águas pluviais através de anomalias ou ligações indevidas. Condições de escoamento: Maioria dos coletores com escoamento em superfície livre; condutas elevatórias com escoamento em pressão.
• Tipos de Sistemas de coletores de pequeno diâmetro em pressão
Sistemas em pressão usados quando se torna técnica e economicamente inviável ou desfavorável o recurso a soluções gravíticas de escoamento com superfície livre. Em sistemas simplificados (também designados por sistemas de águas residuais decantadas ou sistemas de coletores de pequeno diâmetro) é aceitável o transporte gravítico em pressão (Matos, 1991).
Condições de escoamento: Escoamento em pressão, tipicamente a partir das caixas de ramal de ligação com recurso a tubagem de pequeno diâmetro.
• Tipos de Sistemas de coletores de pequeno diâmetro em pressão (sob vácuo)
Nestes sistemas o transporte é bifásico (ar e água) é assegurado por condições de subpressão nos coletores. Esta solução é pouco usada sendo adotada, em regra, para águas residuais domésticas, não sendo normal ter contribuições pluviais e de infiltração (Matos, 1991). Condições de escoamento: Escoamento em pressão, com recurso a sistemas de drenagem por vácuo
Separativo pluvial
• Tipos Sistemas de coletores convencionais
Sistemas onde são transportadas águas resultantes de precipitação nos pavimentos, cobertura de edifícios e áreas impermeabilizadas em meio urbano. Não é permitida a ligação de águas residuais domésticas embora existam frequentemente ligações indevidas (Matos, 1991). Condições de escoamento: Escoamento em superfície livre, excecionalmente sob pressão.
Sistema Unitário
• Tipos de Sistemas de coletores convencionais
Neste tipo de sistemas, a totalidade das águas residuais e águas pluviais, é transportada pelo mesmo coletor. Atualmente não é regulamentar este tipo de solução para novos sistemas.
Condições de escoamento: Escoamento em superfície livre, excecionalmente sob pressão.
Sistema Pseudo – Separativos
• Tipos de Sistemas de coletores não convencionais
Neste caso, admite-se excecionalmente a ligação de águas pluviais a coletores domésticos devido a localmente não existirem condições para o escoamento gravítico para coletores pluviais. Atualmente não é regulamentar este tipo de solução para novos sistemas.
Condições de escoamento: Escoamento em superfície livre, excecionalmente sob pressão.
2.2 Principais vantagens e inconvenientes dos diversos tipos de sistemas
2.2.1 Tipos de Sistemas separativos domésticos e pluviais
Vantagens
• Transporte em separado de águas de natureza distinta.
• Possibilidade de diferentes condições de tratamento e destino final.
Inconvenientes
• Custos de primeiro investimento elevados, devido à necessidade de construir dois sistemas de coletores.
• Necessário assegurar que as ligações de ramais prediais são feitas ao coletor correspondente.
2.2.2 Tipos de Sistemas unitários
Vantagens
• Construção de apenas um único sistema de coletores para a totalidade da água de meio urbano.
• Simplificado o projeto e a construção no que respeita a ligação de ramais aos coletores.
Inconvenientes
• Descarga de excedentes poluídos em tempo de chuva, com eventuais impactos negativos no ambiente.
• Acréscimo de encargos de energia e de exploração em instalações elevatórias e de tratamento, devido ao excedente de contribuição pluvial em tempo de chuva e diluição de águas residuais.
2.2.3 Sistemas não convencionais
coletores de pequeno diâmetro em pressão e por vácuo
Vantagens
• Transporte em zonas planas ou com elevados níveis freáticos.
• No caso dos sistemas por vácuo, redução do risco da ocorrência de condições de septicidade e controlo da infiltração.
Inconvenientes
• Custos de primeiro investimento elevados.
• Acréscimo nos encargos de exploração e conservação, em relação ao sistema gravítico convencional.
• No caso do sistema por vácuo, requer-se um grau de conhecimento e de especialização superior, para a exploração.