Silene Cristina Baptistelli

1. Seminário: “Alternativas de Destinação Final de Esgotos Sanitários e Estudo de Emissário Submarino para o Município de Florianópolis” TEORIA GERAL DOS EMISSÁRIOS SUBMARINOS 28 de novembro de 2009 Silene Cristina Baptistelli

2. Conteúdo • Introdução • Conceituação de Sistemas de Disposição Oceânica • Sistemas de Disposição Oceânica no Brasil e no Exterior • Programas Monitoramento Ambiental • Aspectos Legais • Proposta de Revisão do CONAMA 357/05

3. Introdução • As águas dos mares e oceanos exercem um papel fundamental no equilíbrio natural do planeta, pois cobrem praticamente 71% da superfície terrestre, que em volume representa 97,3% de toda a água presente na Terra. • Tem sido usado como: fonte de alimentos, meio de transporte, comunicação, recreação e turismo, e corpos receptores de esgotos sanitários e resíduos em geral. • 85% da população mundial vive hoje nas regiões situadas a até 100 quilômetros das zonas costeiras. • É necessário proteger os mares e oceanos, bem como toda a atividade biológica neles contidos, contra os efeitos deletérios dos detritos produzidos pelo homem. No entanto, é inerente à civilização humana a produção de resíduos, cabendo à Engenharia Sanitária tratar e dispor estes resíduos de maneira a minimizar os impactos à natureza e aos recursos naturais.

4. Introdução • Quando é adotada a opção de destinar os esgotos sanitários às Estações de Tratamento de Esgotos, com a disposição do efluente final feita em rios ou lagos, é necessário estudar a capacidade de autodepuração deste corpo d’água e determinar suas características quali-quantitativas. • Os mares e oceanos também podem ser tratados, dentro da Engenharia Sanitária, como um corpo receptor de efluente.

5. Sistema de Disposição Oceânica • Para compreender a dispersão de efluentes: • tipo do efluente • hidrodinâmica das correntes marítimas • efeitos de maré • efeitos meteorológicos • batimetria • contornos terrestres Foto aérea da Baía de Santos mostrando a Cidade e o Porto de Santos. Na indicação (com seta) está a visualização do contorno da pluma do efluente lançado pelo emissário de Santos / São Vicente.

6. Sistema de Disposição Oceânica Entretanto, a viabilização desta alternativa passa necessariamente pela definição de critérios mínimos norteados pela: • Conformidade com o plano de gerenciamento costeiro; • Legislações ambientais existentes (quando aplicável); • Informações oceanográficas e meteorológicas da área de influência do projeto; • Modelagem da hidrodinâmica marinha da área de influência; • Elaboração de projeto técnico de acordo com diretrizes mundialmente conhecidas e modelagem da dispersão da pluma dos emissários; • Planos de operação e de monitoramento dos emissários; • Atendimento as diversidades sócio-econômicas e ambientais dos diversos Estados.

7. Conceituação de Sistemas de Disposição Oceânica

8. Sistema de Disposição Oceânica - SDO • É o sistema destinado a promover o tratamento de efluentes utilizando a capacidade potencial de autodepuração das águas marinhas para promoção da redução das concentrações de poluentes a níveis admissíveis (GONÇALVES e SOUZA, 1997). • Portanto, o SDO deve aproveitar a capacidade do oceano para promover a difusão, diluição, dispersão e decaimento bacteriano das cargas poluentes e contaminantes lançados nos oceanos, com o objetivo de evitar efeitos negativos ao meio ambiente e riscos à saúde humana.

9. Sistema de Disposição Oceânica - SDO • Um Sistema de Disposição Oceânica é composto de: • estação de pré-condicionamento, • emissários terrestre e submarino, e • tubulação difusora ou trecho difusor. • A Estação de Pré Condicionamento – EPC - destina-se a reduzir as concentrações dos poluentes e contaminantes presentes nos esgotos brutos a serem dispostos. • A EPC pode ser implantada com tratamento preliminar, primário ou secundário. Este grau de tratamento depende de uma análise técnica-econômica-ambiental que considere: • a composição do esgoto, • os padrões de qualidade das águas receptoras, • o grau de difusão do corpo receptor, e • a localização do ponto de lançamento.

10. Estação de pré-condicionamento (EPC) Desinfecção Estação elevatória Câmara de carga Pluma Zona de proteção (300m) PRAIA INTERCEPTOR DE ESGOTOS Zona de mistura EMISSÁRIO EPC (típica) DIFUSORES GRADES MÉDIAS CAIXAS DE AREIA PENEIRAS ROTATIVAS Sistema de Disposição Oceânica - SDO Esquemático de um sistema completo de disposição oceânica

11. Emissários Submarinos • Os emissários terrestres e submarinos são destinados a conduzir os efluentes de forma hidraulicamente adequada, desde a EPC até a tubulação difusora. • A tubulação difusora ou trecho difusor possui orifícios (difusores) convenientemente espaçados, pelos quais os esgotos são lançados com vazão e velocidade dimensionados para que haja uma diluição inicial otimizada. • O lançamento do efluente ocorre através de difusores, que contém portas ou orifícios múltiplos ou individuais

12. Emissários Submarinos (b) • Esquema da descarga do efluente. • Descarga realizada com difusor constituído por múltiplas portas. • Descarga realizada por orifício individual • Fonte: www.bleninger.com (a)

13. Processo dispersivo do efluente • O processo dispersivo do efluente lançado ao mar através de emissário submarino possui três fases distintas, a saber: • Fase 1 - de diluição inicial, onde as forças de empuxo, quantidade de movimento do efluente e os efeitos dinâmicos das correntes locais, que resultam em uma rápida mistura e diluição do efluente no corpo d’água receptor; • Fase 2 - representada pelo espalhamento dinâmico horizontal e o colapso vertical da pluma após alcançar sua altura terminal; • Fase 3 - que consiste na difusão turbulenta passiva e na advecçãoproduzidas pelas correntes oceânicas na região de estudo.

14. Zona de Mistura (Disposição Oceânica) • A dispersão da pluma se dá em duas regiões com características de escalas temporal e espacial marcadamente distintas: • Campo próximo - dominado pela turbulência gerada pelos jatos efluentes da tubulação difusora, forças de empuxo, escoamento ambiente e perfis de densidade (Fase 1 e 2); • Campo afastado - onde predominam a turbulência gerada pelas hidrodinâmica local (Fase 3). • Pode ser conceituada para ocorrer em três regiões hidrodinâmicas: • Campo próximo - dominado por uma fonte de mistura turbulenta induzida em forma de jatos efluentes. • Campo intermediário - caracterizado por baixa mistura, mas forte espalhamento devido à interação das bordas e os processos de espalhamento flutuante. • Campo afastado - dominada pelo fluxo do ambiente, onde a advecção induz o campo de esgoto ser transportado e a difusão ambiente promove o espalhamento do campo de esgoto.

15. Emissários Submarinos • Portanto, emissários submarino é uma eficiente alternativa para o destino final de efluentes sanitários, em virtude da elevada capacidade de dispersão e depuração da matéria orgânica no ambiente marinho. Esta capacidade reside na: • intensa energia disponível no ambiente marinho em função da ação das correntes na dispersão do efluente, • disponibilidade de oxigênio dissolvido, e • por se apresentar como ambiente hostil à sobrevivência de microrganismos.

16. Sistemas de Disposição Oceânica no Brasil e no Exterior

17. Lodos ativados (10%) Lagoas (15%) Fossa-filtro e outros (2%) Emissários (2%) Emissários (22%) Fossa-filtro (19%) Lodos ativados 20,9 m3/s (61%) Lagoas (65%) Quantidade de ETE: 389 un Capacidade instalada: 34,3 m3/s Ubatuba • Litoral paulista • 8 SDO em operação • Q nom. atual = 7,6 m3/s • Q trat. atual = 4,5 m3/s S. Sebastião Santos/ S.Vicente Guarujá Ilha Bela Praia Grande Oceano Atlântico Capacidade dos SDO das SABESP LITORAL NORTE BAIXADA SANTISTA

18. Emissários da SABESP (*) emissários previstos G = gradeamento CA = caixa de areia PEN = peneira CL = cloração

19. Sistema de Disposição Oceânica do Guarujá Transporte dos tramos do emissário da Enseada e detalhe do difusor

20. Sistema de Disposição Oceânica de Santos e São Vicente

21. Identificados 17 emissários • submarinos de esgoto doméstico • Identificados 2 emissários • subfluviais de esgoto doméstico • Estado com maior número de emissários: São Paulo EMISSÁRIOS SUBMARINOS NO BRASIL Píer do emissário da Barra da Tijuca 5 km para uma vazão de 5,3 m3/s Emissário de Ipanema, 1975 4.325 m para vazão de 12 m3/s Emissário submarino de Santos,1978 4 km para uma capacidade de 7 m3/s

22. Principais Emissários no Brasil

23. Exemplos de emissários submarinos na Europa

24. Exemplos de emissários submarinos no Exterior http://outfalls.ifh.uni-karlsruhe.de/output.asp

25. Programas de Monitoramento Ambiental “O Monitoramento Ambiental periódico das áreas sob influência dos emissários submarinos é uma ferramenta fundamental para a avaliação da eficiência e do grau de impacto da disposição oceânica sobre o meio ambiente e sobre a saúde pública, além de auxiliar na adequada operação do sistema.”

26. Programas de Monitoramento Ambiental • Acompanhamento das variáveis relacionadas aos aspectos sanitários, ou seja, que permitam avaliar as alterações de qualidade obtidas em função principalmente da implantação dos SDO. • MEDIDAS DE CAMPO: Condutividade, OD, pH, Salinidade, Temperatura da água, Transparência, Turbidez • NUTRIENTES: Fósforo total, Nitrogênio amoniacal total, Nitrogênio Kjeldahl total, Nitrogênio nitrato, Nitrogênio nitrito, Orto-fosfato solúvel • OUTROS: Carbono orgânico total, Carbono total, Cloreto total, Cor, DBO, DQO, Fenóis totais, Óleos e graxas totais, Sulfeto, Surfactantes • MICROBIOLÓGICOS: Coliforme termotolerantes, Enterococos

27. Programas de Monitoramento Ambiental Além das varáveis de aspecto sanitário, devem ser monitoradas: • Condições das praias e dos córregos que afluem às praias • Qualidade da água do mar em seus aspectos hidrobiológicos, e ecotoxicológicos • Qualidade dos sedimentos superficial, nos seguintes aspectos: físicos, microbiológicos, ecotoxicológicos, COT e nutrientes, metais pesados e arsênio, substâncias voláteis e semi-voláteis, compostos fenólicos, HAPs, PCBs, solventes halogenados, dioxinas e furanos • Variáveis meteorológicas e oceanográficas: vento, pressão, temperatura do ar e correntes marítimas. • Inspeção periódica do emissário.

28. Monitoramentos desenvolvidas no Mar – Emissário Guarujá • Os parâmetros temperatura, salinidade, COT, OD e turbidez são medidos pelo CTD (Conductivity-Temperature-Depth).

29. Monitoramentos desenvolvidas no Mar – Emissário Guarujá • Para determinação dos parâmetros coliformes fecais, óleos e graxas, nitrato, nitrito, amônia e fósforo as amostras são coletadas com garrafas de Niskin.

30. Monitoramentos desenvolvidas no Mar – Emissário Guarujá • A transparência é estimada da medição in situ da profundidade de visualização máxima do disco de Secchi.

31. Monitoramentos desenvolvidas no Mar – Emissário Guarujá Frascos âmbar para análise de óleos e graxas Acondicionamento das amostras em isopor com gelo

32. Monitoramentos desenvolvidas no Mar – Emissário Guarujá Coleta de Amostra de Sedimento do Mar

33. Estação Meteorológica – Instalada na EPCII – Praia grande

34. Aspectos Legais

35. Critérios legais para a disposição oceânica no exterior • Estados Unidos da América • Tratamento secundário. • Efluente deve atender aos limites das Zonas de Mistura Legal e Tóxicas, definidas geometricamente pelas agências ambientais. • Diretiva 91/271/CEE • Tratamento secundário ou processo equivalente • Nas zonas menos sensíveis é permitido tratamento inferior para população de 10.000 a 150.000 hab em zonas costeiras e entre 2.000 e 10.000 hab em estuários. • É permitida a aplicação de tratamento menos rígido em zonas menos sensíveis para população superior a 150.000 hab, desde que demonstrado que um tratamento mais avançado não apresente vantagens ambientais. • Não especifica zonas de mistura legal. • Nova Zelândia • Tratamento preliminar; e o efluente não deve alterar os limites da classe do corpo receptor e de balneabilidade.

36. Critérios legais para a disposição oceânica no exterior • China • Tratamento primário. • Para mar aberto ou baía com mais de 600 km2 a zona de mistura permitida é de 3 km. • Para estuários a largura da zona de mistura deve ser inferior a 25 da largura do estuário. • Os difusores devem ser locados a no mínimo 200 metros fora da zona de arrebentação e para uma profundidade mínima de 7 metros. • Não tem exigência para diluição inicial. • Turquia • Tratamento preliminar (gradeamento e peneiramento). • Para vazões superiores a 200 m3/dia o difusor deve ser locado a pelo menos 1.300 m fora da zona de arrebentação e para profundidade superior a 20 metros. • Para vazões inferiores a 200 m3/dia o difusor deve estar a no mínimo 500 m fora da zona de arrebentação. • Diluição inicial de 40 vezes, preferível superior a 100 vezes.

37. Brasil - Legislações existentes aplicáveis • Resolução CONAMA n.o 274/00, referente aos padrões de balneabilidade • Resolução CONAMA n.o 357/05, referente aos padrões de emissão, padrões de classe do corpo receptor e estabelecimento da zona de mistura. • CONAMA no 274/00 - A concentração de coliformes fecais de 1.000 NMP/100 mL (qualidade da água SATISFATORIA) é um dos parâmetros que rege a determinação do comprimento do emissário submarino em relação à zona balnear que se deseja proteger. • Esse atendimento é feito por meio de um emissário submarino longo o suficiente para promover a redução de concentração dos parâmetros bacteriológicos (particularmente adotado o coliforme fecal em projetos) ao longo da trajetória de retorno da pluma em direção à praia, de forma a atender o limite máximo de 1.000 NMP/100 mL a 300 metros da praia.

38. Legislações existentes aplicáveis: • Resolução CONAMA n.o 357/2005, em seu Capítulo IV, que dispõe sobre as condições e padrões de lançamento de efluentes, estabelece em seu Artigo 34 que: “os efluentes de qualquer fonte poluidora somente poderão ser lançados, direta ou indiretamente, nos corpos de água, após o devido tratamento e desde que obedeçam às condições, padrões e exigências dispostos nesta Resolução e em outras normas aplicáveis”. • Artigo 25 – Parágrafo Único – permite que o lançamento possa apresentar parâmetros com concentrações superiores ao estabelecido no Artigo 34, desde que com prévia autorização, critério e controle do órgão ambiental. • O Artigo 33 – Parágrafo Único – autoriza que na zona de mistura os parâmetros estejam acima dos limites da Classe desde que com prévia autorização, critério e controle do órgão ambiental.

39. Proposta de alteração da Resolução CONAMA 357/05

40. Entende-se que... • ... conceitualmente, na tecnologia de disposição oceânica, a zona de mistura faz parte do tratamento, e que fora dela o padrão de classe deve ser obedecido. Desta forma a imposição do atendimento ao padrão de emissão estabelecido no Artigo 34 da CONAMA 357, dentro da zona de mistura desconsidera a conceituação básica da tecnologia de emissários submarinos. • Este entendimento é fundamental para a compreensão de que o nível do tratamento em terra deve ser definido dentro das necessidades do projeto de Sistema de Disposição Oceânica, em sua totalidade, e que o padrão de lançamento exigido para os Sistemas de Disposição Oceânica deve ser diferenciado dos demais sistemas de tratamento de esgotos.

41. Proposta AESBE Art 19. O lançamento de efluentes sanitários por meio de emissários em águas costeiras somente será permitido após ser submetido a tratamento anterior ao lançamento que atenda no mínimo as condições e padrões previstos neste artigo, resguardadas outras exigências cabíveis:  § 1º - Condições de lançamento de efluentes:   I - pH entre 5 e 9;   II - temperatura: inferior a 40ºC, sendo que a variação de temperatura do corpo receptor não deverá exceder a 3ºC no limite da zona de mistura;   III - após desarenação;   IV - sólidos grosseiros e materiais flutuantes: virtualmente ausentes;   V – sólidos em suspensão totais: eficiência média de remoção de 20%;

42. Proposta AESBE § 2º O órgão ambiental competente poderá exigir condições mais restritas do que as estabelecidas no § 1°, mediante a avaliação dos programas de monitoramento ambiental, com frequência e parâmetros previamente estabelecidos e modelagens hidrodinâmica e de dispersão das plumas dos efluentes, a serem realizados às expensas do empreendedor. § 3º O lançamento de esgotos sanitários efetuado em águas costeiras por meio de emissários submarinos deve garantir o padrão de balneabilidade, conforme disposto na Resolução CONAMA 274/00. § 4° Os órgãos ambientais competentes deverão estabelecer prazos para adequação às condições de lançamento estabelecidas no § 1° deste artigo para os emissários submarinos que possuam licença prévia ou de instalação ou que se encontrem em operação na data de publicação desta Resolução.

43. Considerando que... • Estão sendo discutidos os Limites Mínimos de Emissão de Efluentes, no âmbito Nacional. • Os diferentes estágios de desenvolvimento do saneamento básico no âmbito nacional. • O grande passivo de saúde pública decorrente da falta de cobertura de coleta e afastamento dos esgotos em nível nacional e a necessidade de otimização dos investimentos públicos. • O sistema de disposição oceânica consiste de uma tecnologia consagrada e mundialmente utilizada, inclusive no Brasil, com mais de 20 emissários em funcionamento.

44. Considerando que... • O que se pretende com o estabelecimento destes limites mínimos, é que este seja suficiente nas situações gerais e mais favoráveis de disposição oceânica. E que estas situações gerais e favoráveis são: • ambientes costeiros de mar aberto, • com hidrodinâmica de correntes marítimas e profundidades de lançamento com alta capacidade de diluição e dispersão dos efluentes. • Situações como baias, enseadas, canais e ambientes de baixa dinâmica devem ser analisados de forma particular.

45. Considerando que... • Para elaboração de Projetos de emissários submarinos são necessários estudos específicos que envolvem: • conhecimento da hidrodinâmica local, através de medições de campo e de modelagem matemática hidrodinâmica; • escolha da melhor geometria da tubulação difusora, através de dimensionamento e de modelagem que simulem a dispersão de pluma, em campo próximo e em campo afastado; • Estes estudos envolvem aparato computacional e pessoal especializado, tanto para a elaboração (companhias de saneamento) quanto para a avaliação dos estudos (agencias ambientais).

46. Concluiu-se que... • A adoção de parâmetros muito restritivos na legislação federal, desconsiderando a conceituação básica da tecnologia de emissários submarinos, poderá inviabilizá-la. • Níveis de tratamento mais elevados são desejáveis em condições específicas, no entanto, esta avaliação deverá ficar a cargo do órgão ambiental estadual.

47. O que dizem os especialistas ... • Grace (1978) – “... devem ser especificados padrões mínimos para a qualidade da água fora da zona de mistura, pois nesta zona, chamada de zona de diluição inicial, não deveria estar sujeita ao padrão de qualidade da água, e que, no entanto, fora dela o padrão não deve ser ultrapassado.” • Gonçalves & Souza (1997) – “O tratamento de esgotos por disposição oceânica consiste em promover o tratamento de efluentes através do uso de processos naturais de diluição, dispersão e assimilação após um adequado pré-tratamento em terra, visando a redução das concentrações de poluentes a níveis admissíveis pela legislação nas áreas de uso benéfico, especialmente aquelas relacionadas ao banho e esportes aquáticos ou a atividades de aqüicultura.” • Marcelino (2009) – “... o termo pré-condicionamento não deve ser entendido no sentido comum de baixa eficiência, mas sim no sentido mais abrangente de tratamento prévio, ou seja, de adequação dos efluentes a serem dispostos às potenciais condições de autodepuração do corpo receptor a ser utilizado.”

48. O que dizem os especialistas... • Eng. Russel Ludwig – “quando as águas residuárias são descarregadas em mar aberto através de um emissário propriamente projetado e equipado com adequado sistema de difusão, apenas os flutuantes persistentes precisam ser removidos antes da descarga. Neste caso, constituintes como DBO, sólidos em suspensão, oxigênio dissolvido, salinidade e nutrientes não são significantes.” • Protocolo de Anápolis (1999) - "o pré-tratamento mínimo deve considerar o emprego de milipeneiras com aberturas de 1,0 a 1,5 mm, de modo a remover os sólidos flutuantes e assim evitar impactos estéticos na zona de praia. Considerando essas mesmas preocupações estéticas, a remoção de óleos e gorduras deve ser implementada nas fontes, especialmente se apresentarem fortes concentrações nos efluentes de forma que não possam ser suficientemente reduzidas pela diluição vertical.”

49. O que dizem os especialistas... • revista WaterScienceandTechnology (1992) – “a disposição de esgotos domésticos e industrial no ambiente marinho é uma das opções mais seguras para as populações das cidades litorâneas, desde que os esgotos passem por um tratamento prévio adequado, que o Sistema de Disposição Oceânica (SDO) tenha um projeto devidamente estudado e que o emissário seja adequadamente localizado”... “desde que a disposição possa ser econômica, social e ambientalmente necessárias, a pesquisa sobre projetos e operação de SDO é uma importante atividade para cientistas e engenheiros responsáveis pela gestão dos esgotos sanitários”.

50. Obrigada!