REGISTRO DOI: 10.5281/zenodo.10040562
Álem Felipe da Silva¹
Sérgio Carlos Bernardo Queiroz²
RESUMO
A necessidade de expansão dos serviços de esgotamento sanitário no Brasil é urgente e fica evidente através da grande quantidade de pessoas – aproximadamente 100 milhões – a serem atendidas e como a falta deste serviço prejudica a qualidade de vida da população. Diante disto, o Novo Marco do Saneamento estabelece como meta a universalização dos serviços de esgotamento sanitário para 90% da população até 2033 o que, por sua vez, exige um alto valor a ser investido – cerca de 350 bilhões de reais. Dentre as regiões do Brasil, a Norte é a que se encontra com os menores índices de cobertura dos serviços de esgotamento sanitário e, em função disto, nota-se os maiores índices de doenças por falta de saneamento. O Tocantins é um dos estados com os menores índices de cobertura e com alto volume de investimentos a serem realizados, especialmente no que se diz respeito à implantação de Estações de Tratamento de Esgoto (ETE). Desta forma, é necessário avaliar técnica e economicamente as alternativas de tratamento de esgoto a serem implantadas no Tocantins, de forma a se alcançar a viabilidade financeira dos projetos para que isto não se torne fator impeditivo para o avanço desta área do saneamento. Neste contexto, o presente trabalho tem como objetivo dar suporte aos municípios para estudos de concepção e tomadas de decisão referente à tecnologia de tratamento a ser adotada. Além disso, o presente trabalho teve como foco as cidades do Tocantins com população abaixo de 20 mil habitantes, que representa cerca de 92% dos municípios, e separados em três faixas de população. Foram avaliadas três tecnologias de tratamento de esgoto para cada faixa de população: 1) Sistema Australiano – Lagoas Anaeróbias seguidas de Lagoas Facultativas, 2) Lagoas Facultativas seguidas de Lagoas de Maturação, e 3) Reator UASB seguido de Lodos Ativados. Após os dimensionamentos de cada tecnologia, foram analisados os custos de implantação (CAPEX) e operacionais (OPEX) para possibilitar a análise da viabilidade financeira de cada alternativa. Por um lado, os resultados mostraram que alternativas mais simples de implantação e operação, como por exemplo, o sistema australiano de lagoas pode ser mais atraente técnica e financeiramente. Por outro lado, em casos de dificuldade de aquisição de área e restrições na capacidade de autodepuração do corpo receptor, pode ser mais viável a implantação de sistemas de Reator UASB seguidos de Lodos Ativados. A alternativa de Lagoas Facultativas seguidas de Lagoa de Maturação, em função da necessidade de grande quantidade de área para sua implantação, se apresentou inviável economicamente.
Palavras-chaves: tratamento de esgoto, CAPEX, OPEX, viabilidade.
1 INTRODUÇÃO
A Organização das Nações Unidas (ONU) definiu em 2015 os 17 (dezessete) Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS’s) globais para as nações. O ODS 6 consiste em “Assegurar a disponibilidade e gestão sustentável da água e saneamento para todos” e estabeleceu como meta até 2030 a redução pela metade a proporção de águas residuais não tratadas” (ONU, 2022).
Em 15 de julho de 2020 foi sancionada a Lei nº 14.026 que instituiu o Novo Marco Legal do Saneamento Básico no Brasil, que, por sua vez, altera, dentre outros itens, a Lei nº 11.445, de 5 de janeiro de 2007. Dentre outras diretrizes, o Novo Marco estabeleceu como metas de universalização o atendimento 90% (noventa por cento) da população com coleta e tratamento de esgotos até 31 de dezembro de 2033 (BRASIL, 2020).
De acordo com dados do Sistema Nacional de Informações sobre Saneamento (SNIS), o Diagnóstico Anual de Água e Esgoto 2022 (referente ao ano de 2020) informa que no Brasil apenas 50,8% dos esgotos gerados são tratados. Na Região Norte do país, apenas 21,4% dos esgotos gerados são tratados (SNIS, 2022).
O Estado do Tocantins também apresenta índices alarmantes de atendimento com coleta e tratamento de esgoto. De acordo com o SNIS, apenas 30,2% dos esgotos gerados são tratados no Estado. Ressalta-se ainda que, dos 139 municípios tocantinenses, apenas 20 cidades contam com tratamento do esgoto e nenhuma cidade apresenta índice acima de 90% para o indicador IN046 – Índice de esgoto tratado referido à água consumida (%) (SNIS, 2022).
De acordo com o estudo elaborado pelo Instituto Trata Brasil (ITB) em 2020, intitulado “Saneamento e Doenças de Veiculação Hídrica” e com base em dados do SNIS e do DATASUS – portal do Ministério da Saúde; no Brasil apenas no ano de 2019 foram mais de 273.403 internações por doenças de veiculação hídrica, 2.734 óbitos decorrentes destas doenças e um gasto de mais de R$ 108 milhões com hospitalizações. O estudo afirma que as internações decorrentes de doenças causadas pela falta de saneamento se distribuem pelo território nacional refletindo as condições sanitárias de cada região. Neste sentido, nota-se que a ausência desta infraestrutura fica mais evidente na região Norte, onde apenas 13,1% da população possui rede de coleta de esgoto e, consequentemente, apresentou o maior e mais grave índice de internações por habitante em função de doenças originadas da falta de saneamento, conforme pode ser observado na Figura 1.
Figura 1 – Taxa de internações por doenças associadas à falta de saneamento (por 10 mil habitantes) em 2019
Conforme estudo elaborado pela Associação Brasileira das Concessionárias Privadas de Serviços Públicos de Água e Esgoto (ABCON), para universalização dos serviços de esgotamento sanitário no Brasil é necessário até 2033 a realização do investimento de R$ 353,7 bilhões. Para universalização na Região Norte é necessário o investimento de R$ 32,3 bilhões e no estado do Tocantins há a necessidade de R$ 4,7 bilhões (ABCON, 2020).
Ainda de acordo com a ABCON, os investimentos necessários para atingir a universalização referente à implantação de Estações de Tratamento de Esgoto (ETE) são de R$ 56,5 bilhões no Brasil, R$ 5,4 bilhões na região Norte e R$ 464 milhões no Estado do Tocantins (ABCON, 2020).
O setor de esgotamento sanitário é uma das infraestruturas de saneamento que mais demandam análises para proposição de soluções viáveis, técnica e economicamente. O déficit de coleta e tratamento de esgotos nas cidades brasileiras tem resultado parcela significativa de carga poluidora chegando aos corpos d’água, causando consequências drásticas aos usos múltiplos dos recursos hídricos (ANA, 2017).
A orientação clara da Lei Federal nº 14.026/2020, é de aplicação célere de montantes financeiros extraordinários na implantação de empreendimentos de saneamento básico com aplicação de recursos privados para a realização de metas físicas audaciosas. O ponto de equilíbrio e segurança de toda a concepção será dado por profissionais qualificados e experientes e com projetos baseados em parâmetros realistas, de forma a dar solidez ao planejamento global, fazendo-o merecedor de aportes de investimentos abrangentes em valores e nos tempos de aplicação e retorno (MARTINELLI, 2020).
De acordo com a Agência Nacional de Águas e Saneamento Básico (ANA), a escolha do processo de tratamento de uma ETE não se limita aos aspectos legais, ambientais ou de saúde pública, devendo abranger especialmente também as características econômicas e operacionais (ANA, 2022).
O Estado do Tocantins tem o desafio de adotar a implantação de alternativas de tratamento de esgoto viáveis economicamente para que consiga cumprir o prazo de universalização estabelecido pelo Novo Marco. Conforme dados da ABCON e do SNIS, o Tocantins precisa investir R$ 464 milhões em ETE’s ao longo de 119 municípios que ainda não possuem sistema público de esgotamento sanitário, com objetivo de sair dos atuais 26,8% e atingir a meta de 90% da população total com coleta e tratamento de esgoto até 2033, conforme estabelecido no Novo Marco Legal do Saneamento (ABCON, 2020).
Diante do cenário desafiador do Estado do Tocantins em relação à universalização do acesso aos serviços públicos de esgotamento sanitário, especialmente no que se refere à realização de alto valor de investimento e da implantação da grande quantidade de ETEs, justifica-se a importância e a atualidade do presente trabalho. A presente pesquisa busca analisar a viabilidade econômica de tecnologias de tratamento de esgoto para as cidades de até 20 mil habitantes, o que representa 92% dos municípios tocantinenses.
2 OBJETIVOS
2.1 OBJETIVO GERAL
Analisar a viabilidade técnico econômica das alternativas tecnológicas para as estações de tratamento de esgoto das cidades do Estado do Tocantins com até 20 mil habitantes e propor subsídios para tomada de decisão quanto à escolha do sistema com a melhor viabilidade econômica.
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
- Selecionar e pré-dimensionar alternativas de tratamento de esgoto para tecnologias consolidadas pela literatura clássica, com base nas características das cidades tocantinenses;
- Estimar os custos de implantação (CAPEX) e os custos operacionais (OPEX) através de técnicas de orçamentação com base nos pré-dimensionamentos realizados;
- Calcular o Valor Presente Líquido (VPL) dos custos de implantação e de operação das tecnologias dimensionadas;
- Propor fórmulas de previsão de custos e apresentar indicadores estratégicos para apoio na tomada de decisão quanto à escolha da tecnologia de tratamento de esgoto mais vantajosa.
3 METODOLOGIA
Neste capítulo será apresentada a metodologia de pesquisa utilizada no desenvolvimento do presente estudo. Busca-se apresentar de forma detalhada as caracterização da área de estudo, as etapas e as técnicas adotadas para alcançar os resultados e propor as considerações finais no âmbito dos objetivos inicialmente traçados.
Com base no método de pesquisa científica apresentado, o trabalho consiste no estudo para avaliação das alternativas de tratamento de esgoto que apresentam a melhor viabilidade técnica e econômica para as cidades do Estado do Tocantins com população de até 20 mil habitantes. Tal procedimento metodológico baseia-se nos elementos fundamentais de estudos preliminares para implantação de uma ETE definidos por Von Sperling (2014). A Figura 2 apresenta o fluxograma contendo as etapas sequenciais empregadas para desenvolvimento do presente trabalho.
Figura 2 – Fluxograma resumo das etapas da metodologia proposta
Utilizou-se de uma linha metodológica sequencial para o desenvolvimento do presente estudo, tendo sido realizado um trabalho abrangente que envolveu, dentre outros itens, a revisão bibliográfica sobre a literatura clássica existente acerca das tecnologias de tratamento de esgoto, a pesquisa de banco de dados oficiais sobre o avanço dos serviços de esgotamento sanitário no país, a consulta de bancos de preços e orçamentos de estações de tratamento de esgoto de uma concessionária estadual que atua na Região Norte, e a pesquisa documental sobre dimensionamentos e análises econômicas.
3.1 CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA EM ESTUDO
Inicialmente foi realizada uma análise dos 139 municípios que compõem o Estado, quanto ao comportamento populacional total (rural e urbano), com base nos censos demográficos do IBGE para os anos de 1991, 2000, 2010 e estimativa para 2020.
Esses municípios foram estratificados em cinco classes, considerando os tamanhos da população total de 2022, conforme CENSO 2022. A Tabela 1 apresenta as classes adotadas, de acordo com a segmentação proposta pelo IBGE.
Tabela 1 – Classes, número de municípios e percentual por faixa, segundo o tamanho da população (2022)
| Classes de tamanho da população dos municípios (hab.) | Grupos | Número de municípios | Percentual de municípios | Percentual acumulado de municípios |
| Até 5.000 | I | 79 | 56,83 % | 56,83 % |
| 5.001 até 10.000 | II | 31 | 22,30 % | 79,13 % |
| 10.001 até 20.000 | III | 19 | 13,67 % | 92,80 % |
| 20.001 até 100.000 | IV | 8 | 5,76 % | 98,56 % |
| >100.000 | V | 2 | 1,44 % | 100,00 % |
Fonte: Elaborado pelo autor, com base nos dados do IBGE (2022).
A Figura 3 ilustra um mapa com os municípios do Estado, de acordo com as classes de tamanho da população. Percebe-se que mais de 92% dos municípios do Tocantins – 129 – possuem menos de 20 mil habitantes; oito municípios têm de 20 a 100 mil habitantes e apenas dois possuem mais de 100 mil habitantes.
Para o desenvolvimento deste trabalho, foram considerados os municípios com até 20 mil habitantes, portanto, com os Grupos I, II e III. Tal estratégia é motivada pela grande relevância de tais municípios menores, sendo que estes representam quase que a totalidade do Estado, além do que, cidades de grande porte exigem estudos mais específicos. Sendo assim, o estudo foi limitado às cidades com até 20 mil habitantes (Grupos I, II e III).
Posto isso, após uma análise de consistência de dados dos municípios mais populosos de cada classe, foram descartados aqueles que apresentavam algum tipo de inconsistência e consequentemente selecionados os que atendiam tais critérios.
Figura 3 – Mapa dos municípios do Tocantins, de acordo com as classes de tamanho da população
Posteriormente, foram selecionados três municípios: Brejinho de Nazaré, Peixe e Dianópolis, de forma que haja um representante para cada classe de tamanho de população, denominados de Grupo I, Grupo II e Grupo III, respectivamente, conforme pode ser visto na Tabela 2.
Tabela 2 – Municípios selecionados para o estudo
| Classes de tamanho da população dos municípios (hab.) | Grupo |
| Até 5.000 | I |
| 5.001 até 10.000 | II |
| 10.001 até 20.000 | III |
Fonte: Elaborado pelo autor.
3.2 SELEÇÃO DAS ALTERNATIVAS DE TRATAMENTO
Diante das alternativas de tratamento de esgoto apresentadas na literatura clássica, foram selecionadas três alternativas com base nos critérios de simplicidade de operação e de acordo com tecnologias utilizadas em ETE’s já implantadas no Estado do Tocantins. As alternativas selecionadas para o desenvolvimento do presente trabalho seguem listadas abaixo:
1) Sistema Australiano (Lagoa Anaeróbia + Lagoa Facultativa);
2) Lagoa Facultativa + Lagoa de Maturação;
3) Reator UASB + Lodos Ativados.
Vale mencionar que há uma série de alternativas, algumas consolidadas no mercado, outras ainda em processo de aperfeiçoamento e desenvolvimento. Para construção dos cenários e pré-selecionar as alternativas, foram levantadas a partir da revisão de literatura e de experiências já implantadas ao longo do estado.
3.3 DIMENSIONAMENTO DAS UNIDADES
Fundamentado nas orientações de Von Sperling (2014), Metcalf e Eddy (2016) e Jordão e Pessoa (2017), foram realizados os dimensionamentos das três alternativas de tratamento listadas anteriormente – Sistema Australiano (Lagoa Anaeróbia + Lagoa Facultativa), Lagoa Facultativa + Lagoa de Maturação, e Reator UASB + Lodos Ativados – para as cidades representantes de cada Grupo:
1) Grupo 1 – cidades de até 5.000 habitantes;
2) Grupo II – cidades de até 10.000 habitantes;
3) Grupo III – cidades de até 20.000 habitantes.
A seguir são apresentados de forma sintetizada os métodos de dimensionamento para cada alternativa definida para o presente trabalho e os principais critérios adotados.
3.3.1 Lagoa Anaeróbia seguida de Lagoa Facultativa (Sistema Australiano)
O dimensionamento do sistema de Lagoa Anaeróbia seguida de Lagoa Facultativa (Sistema Australiano) foi realizado baseado nos parâmetros e métodos da literatura clássica, sendo os autores Von Sperling (2014), Metcalf e Eddy (2016) e Jordão e Pessoa (2017).
4.8.1.2 Lagoa Anaeróbia
Uma lagoa anaeróbia muito bem dimensionada e em conformidade com as orientações da literatura pode operar livre de odores e oferecer uma redução de DBO na faixa de 50 até 60%. Entre os parâmetros principais a serem observados no seu dimensionamento deve ser ressaltado os seguintes: tempo de detenção hidráulico, taxa de aplicação de carga orgânica, profundidade, distribuição uniforme do esgoto efluente, e relação comprimento/largura (JORDÃO; PESSOA, 2017).
A taxa de aplicação volumétrica Lv, principal parâmetro de projeto de lagoas anaeróbias, é função da temperatura. Mara (1997) propõe a relação entre as taxas de aplicação volumétricas e a temperatura apresentadas na Tabela 3. Foi adotado valor de 20°C para a temperatura do ar, 23°C para o líquido e o valor de 0,20 para a taxa de aplicação volumétrica admissível.
Tabela 3 – Taxa de aplicação volumétrica admissível para projeto de lagoas anaeróbias em função da temperatura.
| Temperatura média do ar no mês mais frio – T (ºC) | Taxa de aplicação volumétrica admissível – Lv (kg.DBO5/m³.d) |
| 10 a 20 | 0,02T – 0,10 |
| 20 a 25 | 0,01T + 0,10 |
| > 25 | 0,35 |
Fonte: Extraído de Mara (1997).
O volume requerido para a lagoa anaeróbia pode ser calculado através da Equação 1.
Para as lagoas anaeróbias, a profundidade (H) a ser adotada deve ser elevada, variando entre 3,5 e 5,0 m, com o objetivo de garantir a predominância das condições anaeróbias, evitando que trabalhe como facultativa. Neste trabalho foi adotada a profundidade de 4,50 m útil e uma borda livre de 0,5 m, portanto, com uma profundidade total de 5,0 m.
A partir do cálculo do Volume (V) e da definição da profundidade (H) , há condições para ser definida a Área útil da lagoa. No que diz respeito à geometria, as lagoas anaeróbias variam entre quadradas a levemente retangulares, com relações comprimento / largura (L/B) típicas entre 1 e 3. No presente estudo foi adotada a lagoa anaeróbia em formato quadrado.
4.8.1.2 Lagoa Facultativa
Para as lagoas facultativas, o seu dimensionamento considera a remoção preliminar pela lagoa anaeróbia, o que resulta na diminuição do tempo de detenção do tratamento, pois a carga afluente da lagoa facultativa é a carga efluente da lagoa anaeróbia. Para determinação da carga, utiliza-se a Equação 3. Foi adotado como 60% a remoção de carga na lagoa anaeróbia.
Para definição da taxa de aplicação superficial, considera-se estimativas empíricas que consideram a influência na temperatura do ar no mês mais frio e que têm como carga máxima admissível a quantidade de 350 kg DBO/ha.d. A Equação 4 proposta por Mara (1997) representa a correlação existente entre as variáveis. Após os cálculos, foi adotado o valor de 250 kg.DBO/ha.d para a Taxa de aplicação superficial na lagoa facultativa.
A área requerida pela lagoa é definida como a relação entre a taxa de aplicação superficial e a carga de DBO total, conforme representa a Equação 5. A partir disso, determina-se o número de lagoas e as suas dimensões. A partir do volume resultante, obtém-se o tempo de detenção (25)
Em relação às dimensões das lagoas, adota-se conforme as características de cada terreno, devendo-se considerar que a área total requerida pelo sistema inclui taludes, urbanização, estacionamento, dentre outros; considera de 25% a 33% adicionalmente a área líquida calculada.
Para as lagoas facultativas, recomenda-se que a profundidade seja entre 1,5 e 2,0 m. Neste trabalho foi adotada a profundidade útil de 1,50 m útil e uma borda livre de 0,5 m, portanto, com uma profundidade total de 2,3 m.
3.3.2 Lagoa Facultativa seguida de Lagoa de Maturação
De forma semelhante ao item anterior, o dimensionamento do sistema de Lagoa Facultativa seguida de Lagoa de Maturação seguiu as recomendações e critérios de cálculo da literatura clássica.
4.8.2.1 Lagoa Facultativa
A primeira etapa do procedimento consiste no dimensionamento da etapa formada pela lagoa facultativa. O dimensionamento neste caso é idêntico ao descrito no interior, com exceção à carga orgânica afluente que neste caso é maior pois não possui a lagoa anaeróbia como etapa anterior. Desta forma, segue-se para a demonstração do cálculo para dimensionamento da Lagoa de Maturação.
4.8.2.2 Lagoa de Maturação
A primeira etapa do procedimento consiste no dimensionamento da etapa formada pela lagoa facultativa. O dimensionamento neste caso é idêntico ao descrito no interior, com exceção à carga orgânica afluente que neste caso é maior pois não possui a lagoa anaeróbia como etapa anterior. Desta forma, segue-se para a demonstração do cálculo para dimensionamento da Lagoa de Maturação.
Com o conhecimento da eficiência do sistema de lagoas facultativas, realiza-se o dimensionamento das lagoas de maturação. Usualmente são utilizadas duas diferentes configurações: lagoas em série ou lagoa única com chicanas. Neste trabalho adotou-se a alternativa de lagoa única com chicanas.
A primeira etapa do dimensionamento consiste na determinação do volume das lagoas, para isso, utiliza-se a Equação 6. Em seguida, determina-se as dimensões, considerando que a área total requerida pela lagoa é em torno de 25% superior à área líquida determinada.
A partir disso, é possível determinar a concentração de coliformes no efluente final seguindo o modelo de fluxo disperso, e a eficiência que o sistema terá. Para isso, as equações utilizadas são as mesmas aplicadas para as lagoas de estabilização, que foram descritas anteriormente.
Além do modelo de fluxo disperso, tem-se o modelo de mistura completa, cujo regime hidráulico seria o de mistura completa. Nesse tipo, o coeficiente de decaimento bacteriano é dado pela Equação 7. Para definir a concentração de coliformes totais, também se aplica as equações abaixo.
3.3.3 Reator UASB seguido de Lodos Ativados
4.8.3.1 Reator UASB
Para o dimensionamento de um Reator UASB determina-se, a partir dos dados iniciais que caracterizam o efluente e sua população, carga do afluente por meio da Equação 8, tempo de detenção hidráulico (definido conforme Tabela 4) e volume total do reator (Equação 9). No dimensionamento deste trabalho foi adotado o valor de 8,0 horas de detenção hidráulica.
Tabela 4 – Tempo de detenção hidráulico
| Temperatura (ºC) | Tempo Médio (h) | Tempo Mínimo (h) |
| 16 – 19 | > 10 – 14 | > 7 – 9 |
| 20 – 26 | > 6 – 9 | > 4 – 6 |
| > 26 | > 6 | > 4 |
Para o cálculo das cargas aplicadas – carga orgânica volumétrica e carga hidráulica volumétrica – utiliza-se as Equações 10 e 11. Após, calcula-se as velocidades superficiais médias e máximas pela Equação 12. Para definição do número de pontos de distribuição do esgoto, utiliza-se como auxílio a literatura clássica, que possibilita definir os distribuidores no comprimento e na largura de cada reator.
Para os reatores UASB, recomenda-se que a altura seja entre 4,0 e 5,0 m. Neste trabalho foi adotada a altura útil de 5,0 m e uma borda livre de 1,0 m, portanto, com uma altura total de 6,0 m.
4.8.3.2 Lodos Ativados
Para dimensionamento do tanque de aeração utiliza-se a Equação 13 e com base em dados de projeto e coeficientes da literatura clássica.
A partir do volume obtido, é possível determinar o número de tanques, profundidades e área que cada tanque ocupará. O tempo de detenção hidráulica pode então ser calculado a partir da Equação 14.
Em relação ao dimensionamento do decantador secundário, a primeira etapa consiste na definição de sua área com base na Taxa de Aplicação Hidráulica, conforme apresentado pela Equação 15.
3.4 ESTIMATIVA DE CUSTOS DE IMPLANTAÇÃO – CAPEX
Os custos de implantação (CAPEX) foram estimados principalmente com base no banco de preços e orçamentos de uma companhia estadual de água e esgoto da região Norte do país, não sendo identificada aqui por questões de sigilo de informações. Além disso, também foram utilizados outros bancos de preços de obras de estações de tratamento de esgoto de outras empresas privadas de água e esgoto. Vale mencionar que, também foram consultados bancos de preços como, por exemplo, da Companhia de Saneamento Básico de São Paulo (SABESP) e Relatório de Composições do Sistema de Pesquisa de Custos e Índices da Construção Civil (SINAPI).
Foram avaliados os custos de implantação de projetos similares às tecnologias de tratamento de esgoto selecionadas por este trabalho. Diante disto, foram realizadas análises com base em custos históricos e uma previsão da ordem de grandeza do custo do empreendimento. Em geral, a estimativa de custos é feita a partir de indicadores genéricos, números consagrados que servem para uma primeira abordagem da faixa de custo da obra.
O indicador utilizado foi o custo do metro quadrado construído. Inúmeras são as fontes de referência desse parâmetro, sendo o Custo Unitário Básico (CUB) o mais utilizado. O CUB de cada projeto é calculado aplicando-se aos coeficientes constantes dos quadros da NBR 12.721 (lotes básicos) os preços unitários dos insumos (material e mão-de-obra) ali relacionados. Com base nesta mesma metodologia do CUB, através do banco de dados de preços e serviços foram levantados os custos unitários por metro quadrado para implantação dos sistemas de tratamento de esgoto e utilizados como base para cálculo do CAPEX das alternativas dimensionadas no presente estudo.
3.5 ESTIMATIVA DE CUSTOS OPERACIONAIS – OPEX
Os custos operacionais de tratamento de esgoto podem variar significativamente com base em vários fatores, incluindo o tamanho da estação de tratamento, as tecnologias utilizadas, a complexidade do processo de tratamento, a quantidade de esgoto tratada, os custos de energia, os custos de mão de obra, os custos de manutenção e as regulamentações locais. Alguns dos principais custos são: a) energia elétrica, b) produtos químicos, c) mão de obra, d) manutenção, e) descarte de subprodutos, e f) monitoramento e testes.
A eficiência operacional e a escolha de tecnologias apropriadas podem ajudar a otimizar os custos operacionais de uma estação de tratamento de esgoto e tornar a alternativa mais atraente para ser implantada. É importante conduzir análises detalhadas e consultas especializadas para determinar os custos operacionais específicos para um projeto ou uma estação de tratamento de esgoto em particular.
Os custos operacionais foram baseados também no banco de dados de custos de estações de tratamento de esgoto de uma concessionária de água e esgoto da região Norte do País, que abrange a operação de mais de 20 plantas com diferentes tecnologias de tratamento. Neste âmbito, foram analisados os custos com mão de obra, consumo energético, destinação de lodo e resíduos, manutenção, custo com produtos químicos, limpeza de área, dentre outros itens.
3.6 CÁLCULO DO VALOR PRESENTE LÍQUIDO (VPL)
O Valor Presente Líquido (VPL) é uma ferramenta poderosa para a tomada de decisões financeiras, pois ajuda a determinar se um investimento potencial é econômica e financeiramente viável. O VPL é calculado através da Equação 16:
No caso do presente trabalho, os custos de implantação (CAPEX) foram considerados apenas no primeiro ano de operação, logo não foi necessário corrigir os valores. Todavia, vale ressaltar que o projeto de uma ETE pode ser concebido em fases de implantação, o que levaria a aplicação de investimentos em distintos anos ao longo do horizonte de projeto. No caso dos custos operacionais (OPEX), foram considerados de forma uniforme anualmente para sintetização da modelagem realizada. Por serem anuais, carecem de aplicação de técnicas de análise financeira, ao caso em questão foi realizado via cálculo do valor presente líquido (VPL).
A avaliação de VPL ocorre e função das características específicas do ramo do setor econômico que o investimento será realizado e flutua conforme a situação do mercado financeiro, podendo influenciar na taxa de atratividade a ser considerada. No presente estudo foi adotado uma taxa de 12%, cabendo ressaltar que sempre se adota a mesma taxa para todos as alternativas. Logo, independente da taxa adotada, os cálculos são proporcionais.
4 RESULTADOS
Nesse capítulo serão apresentados e discutidos os resultados obtidos para as tecnologias de tratamento de esgoto selecionadas para os municípios do Estado do Tocantins com população até 20 mil habitantes agrupados, por sua vez, em três grupos de acordo com a população.
4.1 ESTUDO POPULACIONAL
A partir dos três grupos definidos foi escolhida uma cidade para representar cada grupo com o objetivo de possibilitar a projeção de crescimento populacional. As cidades escolhidas são dadas como exemplos do grupo, e em se tratando de um trabalho que pretende contribuir com processos de concepção, fica demonstrada a metodologia proposta.
Neste sentido, em consulta ao histórico dos Censos do IBGE, foram definidas as seguintes cidades seu respectivo grupo: Grupo I: até 5 mil habitantes – Brejinho de Nazaré; Grupo II: até 10 mil habitantes – Peixe; e Grupo III: até 20 mil habitantes – Dianópolis. Os métodos mais tradicionais referem-se aos de formulação matemática, como, por exemplo, os métodos Aritmético, Geométrico, Taxa de Decrescimento e Curva Logística (QUASIN, 1985).
4.1.1 Grupo I – até 5 mil habitantes
Como representante do Grupo I, foi considerada a série histórica do município de Brejinho de Nazaré, no qual foram aplicadas as metodologias de projeção propostas. A fim de demonstrar a projeção realizada, elaborou-se o gráfico da Figura 4, que ilustra a previsão de evolução da população para os diferentes modelos matemáticos.
Figura 4 – Curvas das projeções populacionais para o Grupo I
Para auxiliar a seleção do método mais adequado ao Grupo I, foi adotada uma extrapolação da projeção para os anos onde há censo demográfico do IBGE. Desses, foi calculado o R² a fim de determinar o ajuste do modelo estatístico aos valores observados das variáveis aleatórias (WALPOLE et al, 2008). A Tabela 5 mostra os valores de R² calculados.
Tabela 5 – R² das projeções realizadas frente aos dados dos censos do IBGE para o Grupo I
| ANO | ARITMÉTICO | GEOMÉTRICO | DECRESCENTE | LOGÍSTICO |
| R2 | 0,9869 | 0,9989 | 0,9864 | 0,9938 |
Os valores de R² expostos na Tabela 5, mostram que duas projeções têm valores maiores que 0,99, excluindo a Projeção Aritmética, que tem R² de 0,9869, e a Projeção Decrescente, que tem R² de 0,9864. Para fins de cálculo, foi adotada a Projeção Geométrica, tendo em vista que para saneamento, na maioria das vezes a melhor alternativa é optar pelo caminho mais desfavorável (nesse caso, com maior população), visando garantir a operação e o funcionamento do serviço sob quaisquer condições, além de possuir o maior R².
Espera-se uma população máxima de 6.255 habitantes dentro do horizonte de 20 anos para o Grupo I. Partindo do último censo, que foi em 2010, a população urbana era de 3.333 habitantes. Isso significa um avanço de 2.922 habitantes, aproximadamente 46% no total.
4.1.2 Grupo II – até 10 mil habitantes
Para o Grupo II, foi considerado como representante o município de Peixe, no qual foram aplicadas as mesmas metodologias de projeção propostas para o Grupo I. A fim de demonstrar a projeção realizada, elaborou-se o gráfico da Figura 5, que ilustra a previsão de evolução da população para os diferentes modelos matemáticos adotados.
Figura 5 – Curvas das projeções populacionais para o Grupo II
Para auxiliar a seleção do método mais adequado ao Grupo II, foi adotada uma extrapolação da projeção para os anos onde há censo demográfico do IBGE. Desses, foi calculado o R² a fim de determinar o ajuste do modelo estatístico aos valores observados das variáveis aleatórias (WALPOLE et al, 2008). A Tabela 6 mostra os valores de R² calculados.
Tabela 6 – R² das projeções realizadas frente aos dados dos censos do IBGE para Peixe
| ANO | ARITMÉTICO | GEOMÉTRICO | DECRESCENTE | LOGÍSTICO |
| R2 | 0,9975 | 0,9892 | 0,9993 | 0,9941 |
Fonte: Elaborado pelo autor.
Os valores de R² expostos na Tabela 6 mostram que três projeções têm valores maiores que 0,99, excluindo então a projeção Geométrica que tem R² de 0,9898. Dentre as projeções Aritmética, Decrescente e Logística, todas com R² acima de 0,99, foi selecionada a Projeção Aritmética. Apesar da Projeção Decrescente apresentar o maior valor para R², foi selecionada a Projeção Aritmética que apresenta também um valor alto para R² e proporciona uma população maior. Normalmente, para projeções populacionais para projetos de saneamento, costuma-se utilizar cenários mais desfavoráveis, sendo, portanto, neste caso selecionada a Projeção Aritmética. Espera-se uma população máxima de 10.005 habitantes dentro do horizonte de 20 anos para o Grupo II. Partindo do último censo, que foi em 2010, a população urbana era de 5.236 habitantes. Isso significa um avanço de 4.769 habitantes.
4.1.3 Grupo III – até 20 mil habitantes
Para o Grupo III, foi considerado como representante o município de Dianópolis, no qual foram aplicadas as mesmas metodologias de projeção propostas para os Grupos I e II. A fim de demonstrar a projeção realizada, elaborou-se o gráfico da Figura 6, que ilustra a previsão de evolução da população para os diferentes modelos matemáticos adotados.
Figura 6 – Curvas das projeções populacionais de Dianópolis
Para auxiliar a seleção do método mais adequado ao Grupo III, foi adotada uma extrapolação da projeção para os anos onde há censo demográfico do IBGE. Desses, foi calculado o R² a fim de determinar o ajuste do modelo estatístico aos valores observados das variáveis aleatórias (WALPOLE et al, 2008). A Tabela 7 mostra os valores de R² calculados.
Tabela 7 – R² das projeções realizadas frente aos dados dos censos do IBGE para Augustinópolis
| ANO | ARITMÉTICO | GEOMÉTRICO | DECRESCENTE | LOGÍSTICO |
| R2 | 0,9989 | 0,9911 | 0,9903 | 1,0000 |
Fonte: Elaborado pelo autor.
Os valores de R² expostos na Tabela 7 mostram que todas as projeções possuem R² com valor maior que 0,99, apresentando uma boa previsão de crescimento. Todavia, uma das projeções possui valor de 1,00 para R², sendo portanto, a melhor projeção para representar a previsão de crescimento populacional do município de Dianópolis. Diante disto, foi selecionada a Projeção Logística para a cidade de Dianópolis.
Espera-se uma população máxima de 23.237 habitantes dentro do horizonte de 20 anos. Partindo do último censo, que foi em 2010, a população era de 16.447 habitantes. Isso significa um avanço de 6.790 habitantes.
4.2 VAZÃO DE PROJETO
Com base nas projeções populacionais desenvolvidas para cada uma das cidades, foi possível calcular a vazão média de projeto afluente às estações de tratamento de esgoto. Na Tabela 9 são apresentados os cálculos realizados para estimativa das vazões de projeto para fim de plano. As vazões de projeto foram calculadas em função da população prevista para fim de plano de cada cidade, tendo sido considerado 20 anos para o horizonte de projeto.
Para cálculo das vazões de projeto, inicialmente foi necessário determinar a vazão de infiltração de cada cidade. Por sua vez, para cálculo da vazão de infiltração foi necessário prever a extensão de rede coletora de esgoto nas cidades. Para isto, foi previsto um índice de cobertura de atendimento com rede coletora de esgoto de 90% em relação à quantidade de domicílios, conforme previsto na meta do Novo Marco do Saneamento. Foi considerado a extensão de 20 metros de rede coletora para cada domicílio a ser atendido com ligação de esgoto, em coerência com o observado pelas concessionárias do estado do Tocantins. A Tabela 8 apresenta os valores para as vazões de infiltração para cada cidade, em função da extensão da rede coletora e da taxa de infiltração adotadas.
Por fim, para cálculo das vazões de projeto, foi consultado o Consumo Médio Per Capta de cada cidade no Diagnóstico de Água e Esgoto 2022 do SNIS (Sistema Nacional de Informações de Saneamento) e tendo sido adotado o valor médio de 130 L/hab por dia. Na Tabela 9 são apresentados os valores das vazões média, máxima diária e máxima horária, tendo sido adotados os coeficientes de K1 = 1,20, K2 = 1,50 e Coeficiente de Retorno = 0,80.
Tabela 8 – Cálculo da vazão de infiltração para cada cidade estudada
| Vazão de Infiltração (L/s) | Brejinho de Nazaré | Peixe | Dianópolis |
| População Urbana de Fim de Plano (hab) | 6.255 | 10.005 | 23.237 |
| Quantidade de Habitantes por Domicílio (hab/domicílio) – IBGE 2010 | 3,41 | 3,15 | 3,70 |
| Quantidade Total de Domicílios | 1.834 | 3.176 | 6.280 |
| Índice de Atendimento de Esgoto (%) | 90% | 90% | 90% |
| Quantidade de Domicílios com Rede de Esgoto | 1.651 | 2.859 | 5.652 |
| Taxa de Extensão de Rede Coletora de Esgoto por Domicílio (m/domicílio) | 20 | 20 | 20 |
| Extensão Total de Rede Coletora de Esgoto (m) | 33.018 | 57.174 | 113.047 |
| Taxa de Contribuição de Infiltração (L/s.Km) | 0,10 | 0,10 | 0,10 |
| Vazão de Infiltração (L/s) | 3,30 | 5,72 | 11,30 |
Fonte: Elaborado pelo autor.
Tabela 9 – Cálculo das vazões de projeto para cada cidade estudada
| Vazão de Projeto (L/s) | |||
| Consumo Médio per Capta de Água (L/hab.dia) – IN022 / SNIS | 40,43 | 126,30 | 112,88 |
| Consumo Médio per Capta de Água (L/hab.dia) | 130,00 | 130,00 | 130,00 |
| Coeficiente de Retorno | 0,80 | 0,80 | 0,80 |
| Índice de Atendimento de Esgoto (%) | 90% | 90% | 90% |
| Coeficiente de Máxima Vazão Diária – K1 | 1,20 | 1,20 | 1,20 |
| Coeficiente de Máxima Vazão Diária – K2 | 1,50 | 1,50 | 1,50 |
| Vazão Média (L/s) | 6,78 | 10,84 | 25,17 |
| Vazão Média + Vazão de Infiltração (L/s) | 10,08 | 16,56 | 36,48 |
| Vazão Máxima Diária + Vazão de Infiltração (L/s) | 11,43 | 18,72 | 41,51 |
| Vazão Máxima Horária + Vazão de Infiltração (L/s) | 15,50 | 25,23 | 56,62 |
Fonte: Elaborado pelo autor.
4.3 PRÉ-DIMENSIONAMENTO DAS ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ESGOTO
Neste subcapítulo serão apresentados os pré-dimensionamentos realizados para as tecnologias de tratamento escolhidas para este trabalho, a saber: 1) Lagoa Anaeróbia seguida de Lagoa Facultativa (Sistema Australiano); 2) Lagoa Facultativa seguida de Lagoa de Maturação; e 3) Reator UASB seguido de Lodos Ativados. Os dimensionamentos foram realizados com base na literatura técnica tradicional, conforme orientações de Von Sperling e Fernandes (2014), Jordão e Pessoa (2017) e Metcalf e Eddy (2016), e feitos para cada grupo populacional.
A seguir são apresentados os principais critérios adotados para os dimensionamentos e os resultados são demonstrados de forma compilada em tabelas resumos com as principais dimensões e características de cada sistema. O detalhamento dos cálculos pode ser consultado nos apêndices que, por sua vez, apresenta cada etapa dos cálculos realizados.
4.3.1 Sistema Australiano
O Sistema Australiano de tratamento de esgoto, também conhecido como sistema de Lagoas Anaeróbias seguidas de Lagoas Facultativas, é um método simples de tratamento e que possui como vantagens o baixo custo e a simplicidade de operação e manutenção. O dimensionamento deste sistema foi realizado com base nas orientações de Von Sperling (2014).
A Tabela 10 apresenta as principais características e dimensões para as lagoas após realização dos cálculos. Inicialmente cabe esclarecer que foi proposto duas linhas de tratamento paralelas sendo, portanto, 2 (duas) Lagoas Anaeróbias e 2 (duas) Lagoas Facultativas. Esta configuração possui como vantagens o fato de possibilitar a implantação escalonada em fases, apesar de este trabalho ter considerado a implantação de uma única vez, e a possibilidade de paralisação de uma linha para manutenção enquanto o tratamento é realizado na outra linha.
Para as Lagoas Anaeróbias foi adotada uma profundidade útil de 4,5 m, com uma borda livre de 0,5 m totalizando, portanto, uma profundidade de 5,0 m. Isto é fundamental para garantir as condições anaeróbias de tratamento e evitar que esta lagoa trabalhe como uma lagoa facultativa. Além disso, foi utilizada a configuração do tipo quadrada, sendo portanto a relação comprimento / largura igual a 1. O tempo de detenção hidráulica observado é de 2 dias, sendo satisfatório e vantajoso para evitar a geração de odor.
Para as Lagoas Facultativas foi adotada uma profundidade útil de 1,8 m, com uma borda livre de 0,5 m, totalizando, portanto, uma profundidade de 2,3 m. Foi utilizada a relação comprimento / largura igual a 2,5. O tempo de detenção hidráulica considerado é de 10 dias.
O sistema completo tem como previsão alcançar a eficiência de remoção de DBO na faixa de 82,3%, reduzindo a DBO de entrada de 350 mg/L para 62 mg/L no efluente tratado. Este sistema é recomendado para corpos receptores com uma melhor capacidade de autodepuração, pois a DBO do efluente tratado ainda é relativamente alta e pelo fato de não ser tão eficaz na remoção de nutrientes como nitrogênio e fósforo. Possui uma estimativa de produção de lodo à uma taxa de 0,45 L/hab.d.
Tabela 10 – Tabela resumo do dimensionamento do Sistema Australiano
| Parâmetros | Grupo I | Grupo II | Grupo III | Unidade |
| População de projeto (Pop) | 6.255 | 10.005 | 23.237 | hab |
| Vazão de projeto (Q) | 11,43 | 18,72 | 41,51 | L/s |
| Quantidade de lagoas anaeróbias | 2 | 2 | 2 | un |
| Comprimento de cada lagoa anaeróbia (L) | 14,0 | 18,0 | 26,0 | m |
| Largura de cada lagoa anaeróbia (B) | 14,0 | 18,0 | 26,0 | m |
| Profundidade útil das lagoas anaeróbias (H) | 4,5 | 4,5 | 4,5 | m |
| Profundidade total das lagoas anaeróbias (H) | 5,0 | 5,0 | 5,0 | m |
| Área de cada lagoa anaeróbia (A) | 196 | 324 | 676 | m² |
| Tempo detenção hidráulica lagoas anaeróbias (TDH) | 2 | 2 | 2 | dia |
| Quantidade de lagoas facultativas | 2 | 2 | 2 | un |
| Comprimento de cada lagoa facultativa (L) | 83,00 | 106,00 | 158,00 | m |
| Largura de cada lagoa facultativa (B) | 33,00 | 43,00 | 63,00 | m |
| Profundidade útil das lagoas facultativas (H) | 1,8 | 1,8 | 1,8 | m |
| Profundidade total das lagoas facultativas (H) | 2,3 | 2,3 | 2,3 | m |
| Área de cada lagoa facultativa (A) | 2.739 | 4.558 | 9.954 | m² |
| Área total útil | 5.870 | 9.764 | 21.260 | m² |
| Área total (lagoas + ruas + estrut. auxiliares) | 7.337 | 12.205 | 26.575 | m² |
| Tempo detenção hidráulica lagoas facultativas (TDH) | 10 | 10 | 10 | dia |
| DBO afluente do sistema | 350 | 350 | 350 | mg/L |
| DBO efluente do sistema | 62 | 62 | 62 | mg/L |
| Eficiência de remoção de DBO do sistema | 82,30 | 82,30 | 82,30 | % |
| Volume de lodo produzido por habitante | 0,45 | 0,45 | 0,45 | L/hab.d |
| Volume de lodo produzido anualmente | 1.027 | 1.643 | 3.817 | m³ |
Fonte: Elaborado pelo autor.
4.3.2 Lagoa Facultativa seguida de Lagoa de Maturação
O sistema de Lagoa Facultativa seguida de Lagoa de Maturação é um aprimoramento do sistema australiano, ao qual é acrescentado uma lagoa de polimento ao final do sistema. Esta última lagoa tem como objetivo eliminar micro-organismos patogênicos, como coliformes, do efluente final, após a remoção da matéria orgânica. O dimensionamento deste sistema foi realizado com base nas orientações de Von Sperling (2014) e Metcalf e Eddy (2016..
A Tabela 11 apresenta as principais características e dimensões para as lagoas após realização dos cálculos.
Inicialmente cabe esclarecer que foi adotada a configuração de 2 (duas) Lagoas Facultativas e 1 (uma) Lagoa de Maturação com chicanas. Esta configuração possui como vantagens o fato de possibilitar a implantação escalonada das lagoas em fases, apesar de este trabalho ter considerado a implantação de uma única vez, e a possibilidade de paralisação de uma linha para manutenção enquanto o tratamento é realizado na outra linha.
Para as Lagoas Facultativas foi adotada uma profundidade útil de 1,8 m, com uma borda livre de 0,5 m totalizando, portanto, uma profundidade de 2,3 m. Para configuração das dimensões foi adotada a relação comprimento / largura igual a 2,5.
Para a Lagoa de Maturação normalmente é utilizada uma profundidade menor, tendo sido adotada no presente estudo uma profundidade útil de 1,0 m, com uma borda livre de 0,5 m, totalizando, portanto, uma profundidade de 1,5 m. Para as dimensões da lagoa foi utilizada uma configuração quadrada, portanto de relação comprimento / largura igual a 1, e três canais formando as chicanas através de duas paredes divisórias. O tempo de detenção hidráulica considerado foi de 12 dias.
O sistema completo tem como previsão alcançar uma eficiência de remoção de DBO um pouco maior que a do Sistema Australiano, chegando a 83,2% de remoção. O diferencial do sistema de lagoa facultativa seguida por lagoa de maturação é o polimento que esta última lagoa proporciona ao efluente, principalmente no que diz respeito à eliminação de patógenos, como, por exemplo, os coliformes fecais. Para este caso, foi calculada a previsão de remoção de 99,99% de remoção de coliformes fecais. Possui uma estimativa de produção de lodo à uma taxa de 0,40 L/hab.d.
Um ponto de grande importância neste sistema é a demanda de área com grandes dimensões para sua implantação. No presente estudo verificou-se que o sistema de Lagoa Facultativa seguida de Lagoa de Maturação exigiu uma área aproximadamente 6 (seis) vezes maior do que aquela necessária para implantação do Sistema Australiano. Esta condição pode se tornar um fator desafiador para viabilizar a implantação deste sistema, uma vez que os altos custos com aquisição de área podem tornar esta alternativa menos atraente economicamente.
A Tabela 11 apresenta de forma resumida as principais dimensões e resultados para o sistema provenientes do dimensionamento realizado para os Grupos Populacionais.
Tabela 11 – Tabela resumo do dimensionamento para o sistema de Lagoa Facultativa seguida de Lagoa de Maturação
| Parâmetros | Grupo I | Grupo II | Grupo III | Unidade |
| Vazão de projeto (Q) | 11,43 | 18,72 | 41,51 | L/s |
| Quantidade de lagoas facultativas | 2 | 2 | 2 | un |
| Comprimento de cada lagoa facultativa (L) | 131,00 | 168,00 | 251,00 | m |
| Largura de cada lagoa facultativa (B) | 53,00 | 67,00 | 100,00 | m |
| Profundidade útil das lagoas facultativas (H) | 1,80 | 1,80 | 1,80 | m |
| Profundidade total das lagoas facultativas (H) | 2,30 | 2,30 | 2,30 | m |
| Área de cada lagoa facultativa (A) | 6.943,00 | 11.256,00 | 25.100,00 | m² |
| Tempo detenção hidráulica lagoas facultativas (TDH) | 25,20 | 25,20 | 25,20 | dia |
| Quantidade de lagoas de maturação | 1 | 1 | 1 | un |
| Comprimento da lagoa de maturação (L) | 109,00 | 139,00 | 207,00 | m |
| Largura da lagoa de maturação (B) | 109,00 | 139,00 | 207,00 | m |
| Profundidade útil da lagoa de maturação (H) | 1,00 | 1,00 | 1,00 | m |
| Profundidade total da lagoas de maturação (H) | 1,50 | 1,50 | 1,50 | m |
| Área da lagoa de maturação (A) | 11.881,00 | 19.321,00 | 42.849,00 | m² |
| Área total útil | 37.648,00 | 61.154,00 | 135.898,00 | m² |
| Área total (lagoas + ruas + estrut. auxiliares) | 47.060,00 | 76.442,50 | 169.872,50 | m² |
| Tempo detenção hidráulica lagoa de maturação (TDH) | 12,00 | 12,00 | 12,00 | dia |
| DBO afluente do sistema | 350,00 | 350,00 | 350,00 | mg/L |
| DBO efluente do sistema | 58,00 | 58,00 | 58,00 | mg/L |
| Eficiência de remoção de DBO do sistema | 83,00 | 83,00 | 83,00 | % |
| Eficiência de remoção de coliformes fecais | 99,99 | 99,99 | 99,99 | % |
| Volume de lodo produzido por habitante | 0,40 | 0,40 | 0,40 | L/hab.d |
| Volume de lodo produzido anualmente | 913 | 1.461 | 3.393 | m³ |
Fonte: Elaborado pelo autor.
4.3.3 Reator UASB seguido de Lodos Ativados
O sistema formado por Reator UASB seguido de Lodos Ativados é uma tecnologia de tratamento de esgoto largamente utilizada em estações no mundo e no Brasil. As principais vantagens deste sistema consistem nas altas eficiências de remoção de carga orgânica e menor quantidade de área para sua implantação. Em relação às lagoas de estabilização, este sistema possui um grau elevado de mecanização, operação e manutenção. O dimensionamento deste sistema foi realizado com base nas orientações de Jordão e Pessoa (2017).
A Tabela 12 apresenta as principais características e dimensões para as reatores UASB, tanque de aeração e decantador secundário. Primeiro vale mencionar que a configuração do sistema foi composta por duas linhas de tratamento, sendo formadas por 1 (um) Reator UASB subdividido em 4 (quatro) células, por 2 (dois) Tanques de Aeração e por 2 (dois) Decantadores Secundários. Neste formato há a vantagem de se ter a possibilidade de realizar a implantação escalonada do sistema em fases, apesar de este trabalho ter considerado a implantação de uma única vez, e a possibilidade de paralisação de uma linha para manutenção enquanto o tratamento é realizado na outra linha.
Para o Reator UASB foi considerado como tempo de detenção hidráulica o valor de 8,0 horas, coerente com o preconizado na literatura. Foi adotada uma altura útil de 5,0 m, com uma borda livre de 1,0 m, totalizando, portanto, a altura de 6,0 m. Para configuração das dimensões foi adotada a relação comprimento / largura igual a 1, sendo desta forma o reator do tipo quadrado. Além disso, o UASB foi considerado com um tanque quadrado subdividido em 4 células através de paredes intermediárias. Foi verificada também a velocidade ascensional do efluente no interior no Reator, tendo sido obtido o valor de 0,96 m/h, coerente com o previsto nos critérios de dimensionamento.
Para o Tanque de Aeração foi considerada uma altura menor do que o Reator UASB com objetivo de favorecer carga hidráulica para fluxo do efluente por gravidade, sem a necessidade da utilização de bombeamento. Foi adotada uma altura útil de 3,5 m, com uma borda livre de 0,5 m, totalizando, portanto, a altura de 4,0 m. Em relação à configuração foi adotada no formato retangular, com relação comprimento / largura na faixa de 2,2. Em relação à idade do lodo, foi considerado o valor de 8 dias.
Em relação à aeração dos Tanques de Aeração, foram considerados aeradores mecânicos instalados na parte superior das unidades. Além disso, foram adotados 02 aeradores por Tanque de Aeração, sendo, portanto, no total 4 (quatro) unidades de aeradores. Os cálculos de demanda de oxigênio, potência requerida para os aeradores, quantidade de aeradores, potência consumida anualmente dentre outros itens, podem ser consultados na Tabela 12.
No que diz respeito aos Decantadores Secundários, foi adotada a mesma altura do Tanque de Aeração, sendo 3,5 m a altura útil, com borda livre de 0,5 m e, portanto, 4,0 m a altura total. Foi considerado o decantador do tipo de fundo cônico com extração de lodo por carga hidráulica e com módulos lamelares de decantação de alta taxa. Todo o sistema tem uma previsão estimada de produção de lodo à uma taxa de 1,10 L/hab.d, sendo superior quando comparada com a taxa de produção de lodo das lagoas de estabilização avaliadas.
Foram previstas para o sistema as eficiências globais para remoção de DBO na faixa de 90% e para remoção de Nitrogênio na faixa de 85%. Em relação às lagoas de estabilização, o Reator UASB seguido de Lodos Ativados proporciona um efluente com qualidade elevada, sendo, portanto, mais indicado para situações nas quais o corpo receptor possui capacidade reduzida de autodepuração.
Vale observar que este sistema, quando comparado com as lagoas de estabilização avaliadas no presente estudo, demanda uma quantidade consideravelmente maior de energia elétrica, principalmente para o funcionamento do aeradores. Diante disto, para este tipo de sistema é fundamental a adoção de alternativas de aeração mais eficientes e a utilização de formas de compra de energia mais viáveis como, por exemplo, mercado livre de energia ou compensação de energia solar. Além disso, cabe mencionar que o nível de manutenção e mecanização deste sistema também é consideravelmente maior do que quando comparado com o das lagoas de estabilização.
A Tabela 12 apresenta os valores das principais características do sistema de Reator UASB seguido de Lodos Ativados dimensionado para os Grupos Populacionais em estudo. Além disso, foi elaborado e é apresentado a seguir o croqui esquemático de disposição e principais dimensões das unidades do sistema formado pelo Reator UASB, Tanques de Aeração e Decantadores Secundários.
Tabela 12 – Tabela resumo do dimensionamento de Reator UASB seguido de Lodos Ativados
| Parâmetros | Grupo I | Grupo II | Grupo III | Unidade |
| População (Pop) | 6.255 | 10.005 | 23.237 | hab |
| Vazão de projeto (Q) | 11,43 | 18,72 | 41,51 | L/s |
| Quantidade de células do Reator UASB | 4 | 4 | 4 | un |
| Comprimento do Reator UASB (L) | 7,6 | 9,8 | 14,5 | m |
| Largura do Reator UASB (B) | 7,6 | 9,8 | 14,5 | m |
| Altura útil do Reator UASB (H) | 5,0 | 5,0 | 5,0 | m |
| Altura total do Reator UASB (H) | 6,0 | 6,0 | 6,0 | m |
| Área do Reator UASB (A) | 58,1 | 95,5 | 210,3 | m² |
| Quantidade de Tanques de Aeração | 2 | 2 | 2 | un |
| Comprimento de cada Tanque de Aeração (L) | 7,0 | 9,0 | 13,0 | m |
| Largura de cada Tanque de Aeração (L) | 3,0 | 4,0 | 6,0 | m |
| Profundidade útil dos Tanques de Aeração (H) | 3,5 | 3,5 | 3,5 | m |
| Profundidade total dos Tanques de Aeração (H) | 4,0 | 4,0 | 4,0 | m² |
| Área de cada Tanque de Aeração (A) | 21,0 | 36,0 | 78,0 | m² |
| Quantidade de Aeradores | 4,0 | 4,0 | 4,0 | un |
| Potência comercial de cada aerador | 5,0 | 7,5 | 15,0 | CV |
| Potência total instalada | 20,0 | 30,0 | 60,0 | CV |
| Potência total consumida por ano | 100.703 | 165.435 | 364.498 | kWh |
| Quantidade de Decantadores Secundários | 2 | 2 | 2 | un |
| Comprimento de cada Decantador Secundário (L) | 5,0 | 6,0 | 9,0 | m |
| Largura de cada Decantador Secundário (L) | 3,0 | 4,0 | 6,0 | m |
| Profundidade útil Decantadores Secundários (H) | 3,5 | 3,5 | 3,5 | m |
| Profundidade dos Decantadores Secundários (H) | 4,0 | 4,0 | 4,0 | m² |
| Área de cada Decantador Secundário (A) | 15,0 | 24,0 | 54,0 | m² |
| Volume anual de lodo a ser disposto (m³) | 186 | 306 | 674 | m³ |
| Área útil da estação (m²) | 130 | 215 | 474 | m² |
| Área total da estação (m²) – (+ 50%) | 260 | 431 | 949 | m² |
| Eficiência de remoção de DBO do sistema | 90,00 | 90,00 | 90,00 | % |
| Volume de lodo produzido por habitante | 1,10 | 1,10 | 1,10 | L/hab.d |
| Volume de lodo produzido anualmente | 2.511 | 4.017 | 9.330 | m³ |
Fonte: Elaborado pelo autor.
4.4 AVALIAÇÃO DE CAPEX
O custo de implantação (CAPEX) para a construção de estações de tratamento de esgoto pode variar significativamente com base em diversos fatores, incluindo o tamanho da estação, a tecnologia utilizada, as condições locais do terreno, os requisitos regulatórios, e as premissas adotadas. Neste item será apresentadas as características do levantamento dos custos referentes à implantação das tecnologias de tratamento avaliadas no presente trabalho. É importante citar que foi considerado a implantação dos sistemas de forma integral no primeiro ano.
Neste sentido foram utilizados orçamentos analíticos, propostas comerciais e banco de preços para levantamento dos custos unitários de implantação com base no conceito do Custo Unitário Básico (CUB) – NBR 12.721. Para subsidiar a previsão deste custos, foram avaliados: a) orçamentos analíticos e banco de preços de implantação de ETE’s de uma concessionária de água e esgoto da região Norte, b) quatro orçamentos de uma outra concessionária privada da região centro oeste, c) banco de preços da SABESP, e d) propostas comerciais.
4.4.1 Sistema Australiano
A previsão do custo de implantação do sistema australiano foi realizada com base nos quantitativos provenientes do pré-dimensionamento e nos custos unitários e proporções baseados em outros orçamentos já existentes para esta mesma tecnologia, conforme segue apresentado na Tabela 13.
Como pode ser observado, o item com maior representatividade no CAPEX deste sistema é a execução da lagoa facultativa, em função do alto volume de escavação e alta quantidade de manta PEAD a ser instalada. Percebe-se que o custo para aquisição da área possui uma representatividade considerável, na faixa de 8% do valor total. Desta forma, é possível observar a indicação da literatura clássica que aponta a necessidade de grandes quantidades de área para implantação dos sistemas de lagoas de estabilização, quando comparadas com outros sistemas.
Os itens referentes à execução das lagoas anaeróbias, execução das lagoas facultativas e aquisição da área foram estimados com base na área calculada através do pré-dimensionamento. Os demais itens foram previstos com base em suas respectivas proporções presentes em outros orçamentos similares. Além disso, é possível perceber também o baixo custo referente à implantação do sistema de instalações elétricas, em função de constituir basicamente na iluminação e alimentação da sala de operação.
4.4.2 Lagoa Facultativa seguida de Lagoa de Maturação
De forma semelhante à tecnologia anterior, a previsão do custo de implantação do sistema de lagoa facultativa seguida de lagoa de maturação foi realizada com base nos quantitativos provenientes do pré-dimensionamento e nos custos unitários e proporções baseados em outros orçamentos. A estimativa do orçamento de implantação para esta alternativa pode ser observada na Tabela 14.
Pode ser observado no orçamento que os itens com maior representatividade são, respectivamente, a execução das lagoas facultativas, a execução das lagoa de maturação e a aquisição da área. Assim como o Sistema Australiano, os maiores custo são referentes à execução das lagoas em função dos altos volumes necessários de escavação e grande quantidade de manta PEAD a ser instalada.
Vale citar algumas observações identificadas ao se comparar este sistema com o Sistema Australiano: a) exige uma quantidade de área aproximadamente 6 vezes maior, b) a aquisição de área apresenta uma representatividade maior em relação ao custo total, na faixa de 12% neste caso, e c) um custo total aproximadamente 3,5 vezes maior. Diante disto, é possível notar que a adoção desta alternativa, em detrimento da alternativa do Sistema Australiano, do ponto de vista de CAPEX justifica-se apenas frente à uma maior restrição ambiental no que diz respeito à baixa capacidade de autodepuração do corpo receptor.
Os itens referentes à execução das lagoas facultativas, execução da lagoa de maturação e aquisição da área foram estimados com base na área calculada através do pré-dimensionamento. As cortinas divisórias das chicanas foram consideradas na configuração de placas de concreto pré-moldadas e estimadas com base em sua extensão linear. Os demais itens foram previstos com base em suas respectivas proporções presentes em outros orçamentos similares. Além disso, é possível perceber também o baixo custo referente à implantação do sistema de instalações elétricas, em função de constituir basicamente na iluminação da área externa e alimentação da sala de operação.
Tabela 14 – Tabela resumo do CAPEX para o Sistema de Lagoa Facultativa seguido de Lagoa de Maturação
4.4.3 Reator UASB seguido de Lodos Ativados
Semelhantemente às estimativas anteriores de CAPEX, a previsão do custo de implantação do sistema de Reator UASB seguido de Lodos Ativados foi realizada com base nos quantitativos provenientes do pré-dimensionamento e nos custos unitários e proporções baseados em outros orçamentos. É importante citar que foi considerada a execução dos tanques do Reator UASB, dos Tanques de Aeração e dos Decantadores Secundários em estrutura de concreto armado. A estimativa do orçamento de implantação para esta alternativa pode ser observada na Tabela 15.
Pode ser observado no orçamento que os itens com maior representatividade são, respectivamente na seguinte ordem: a execução do Reator UASB, a execução dos Tanques de Aeração e por fim a execução dos Decantadores Secundários. Para esta alternativa é possível notar uma maior representatividade para o item de instalações elétricas em função do nível maior de mecanização e instalação de equipamentos.
Nota-se algumas análises ao se comparar este sistema com as outras alternativas de lagoas de estabilização: a) apresenta um custo de implantação de aproximadamente 2,3 vezes maior que àquele para o Sistema Australiano e de aproximadamente 60% daquele necessário para o sistema de Lagoas Facultativas, b) a aquisição de área apresenta uma representatividade consideravelmente menor em relação às demais alternativas. Diante disto, é possível notar que a adoção desta alternativa, em detrimento da alternativa do Sistema Australiano, do ponto de vista de CAPEX justifica-se apenas frente à uma maior restrição ambiental no que diz respeito à baixa capacidade de autodepuração do corpo receptor. Em relação ao sistema de Lagoas Facultativas seguida de Lagoa de Maturação apresenta-se, do ponto de vista do CAPEX, como uma alternativa mais viável.
Os itens referentes à execução do Reator UASB, Tanques de Aeração, Decantadores Secundários e aquisição da área foram estimados com base na área calculada através do pré-dimensionamento. Os demais itens foram previstos com base em suas respectivas proporções presentes em outros orçamentos similares.
4.5 AVALIAÇÃO DE OPEX E DE VPL
Para avaliação da viabilidade econômica de um sistema de tratamento de esgoto não basta apenas analisar os custos destinados à realização dos investimentos (CAPEX). É fundamental também que seja realizada a análise dos custos operacionais (OPEX) em busca da escolha de uma alternativa de tratamento que seja eficiente economicamente e apresente boa performance operacional. Diante disto, é indispensável prever os custos anuais de operação e trazê-los a valor presente através da correção conforme uma taxa média de atratividade (TMA) usualmente adotada para investimentos na área de saneamento, que no caso da presente trabalho foi considerada uma taxa no valor de 12%.
O levantamento dos custos operacionais e de manutenção contou com o suporte do robusto banco de dados de informações técnicas operacionais e financeiras sobre mais de 20 estações de tratamento de esgoto de uma concessionária privada de água e esgoto da região Norte do país. Isto possibilitou a consulta acerca do desempenho e experiência na operação de ETE’s no que diz respeito ao consumo de energia elétrica, ao consumo de produtos químicos, à mão de obra para operação e manutenção, à limpeza e roçagem de áreas e ao transporte e destinação de resíduos e de lodo.
4.5.1 Sistema Australiano
A Tabela 16 apresenta a previsão anual de OPEX para o Sistema Australiano para cada Grupo populacional. Este levantamento foi realizado com base nos quantitativos provenientes do pré-dimensionamento e com base nos custos unitários identificados no mercado atual e no banco de dados de informações e indicadores técnicos e financeiros de da concessionária privada de água e esgoto da região Norte.
Após o levantamento do OPEX anual, foi realizado o cálculo do VPL para cada ano de operação, considerando-se para isso um período de projeto de 20 anos de operação. A Tabela 17 apresenta a previsão do VPL para cada Grupo Populacional, considerando o CAPEX no primeiro ano e o OPEX anual descontado à uma taxa de atratividade de 12%
É possível perceber que para o Sistema Australiano o OPEX descontado acumulado possui maior representatividade quando comparado com o CAPEX. Observa-se ainda que os principais custos operacionais desta tecnologia são referentes à remoção, transporte e destinação de lodo.
Fonte: Elaborado pelo autor.
4.5.2 Lagoa Facultativa seguida de Lagoa de Maturação
O levantamento de custos operacionais e de manutenção para a alternativa de Lagoa Facultativa seguida de Lagoa de Maturação foi adotado conforme o mesmo critério utilizado para o Sistema Australiano, descrito no item anterior. Esta estimativa de OPEX anual foi realizada com base nos quantitativos provenientes do pré-dimensionamento e com base nos custos unitários identificados no mercado atual e no banco de dados de informações e indicadores técnicos e financeiros da concessionária privada de água e esgoto da região Norte.
A Tabela 18 apresenta a previsão detalhada anual de OPEX para o sistema de Lagoa Facultativa seguida de Lagoa de Maturação. É possível notar que os custos com maior representatividade são referentes à retirada, transporte e destinação de lodo. Na sequência, o custo com mão de obra para operação se apresenta em segundo lugar de representatividade. Os custos com energia elétrica são mínimos pois consiste basicamente no consumo para iluminação e da sala administrativa do operador.
Após o levantamento do OPEX anual, foi realizado o cálculo do VPL para cada ano de operação, considerando-se para isso um período de projeto de 20 anos de operação. A Tabela 19 apresenta a previsão do VPL para cada Grupo Populacional, considerando o CAPEX no primeiro ano e o OPEX anual descontado à uma taxa de atratividade de 12%
Diferentemente do Sistema Australiano, o sistema de Lagoa Facultativa seguida de Lagoa de Maturação apresenta um CAPEX consideravelmente maior do que o OPEX descontado acumulado no valor presente. É possível concluir que o CAPEX se apresenta alto principalmente em função das grandes dimensões das lagoas, exigindo altíssimos volumes de escavação e alto custo para aquisição de área. Além disso, por outro lado evidencia de certa forma o baixo custo de operação em função da simplicidade operacional.
Vale mencionar ainda que os custos de CAPEX e OPEX do sistema de Lagoa Facultativa seguida de Lagoa de Maturação se apresentaram maior que aqueles do Sistema Australiano.
É importante ressaltar ainda que foram consideradas premissas para elaboração das estimativas em questão como, por exemplo, a destinação de resíduos e lodo em aterro sanitário legalizado com base em custos unitários praticados pelo mercado local do Tocantins. Diante disto, os valores podem sofrer variações em caso de alteração das premissas.
Fonte: Elaborado pelo autor.
4.5.3 Reator UASB seguido de Lodos Ativados
O levantamento de custos operacionais e de manutenção para a alternativa de Reator UASB seguido de Lodos Ativados foi realizado de acordo o mesmo método utilizado para as alternativas anteriores. Esta estimativa foi baseada nos quantitativos provenientes do pré-dimensionamento e com base nos custos unitários do banco de dados de informações e indicadores técnicos e financeiros da concessionária privada de água e esgoto da região Norte.
A Tabela 20 apresenta a previsão detalhada anual de OPEX para o sistema de Reator UASB seguido de Lodos Ativados conforme cada Grupo Populacional. É possível perceber que esta alternativa demanda um custo maior de mão de obra para operação em relação às demais alternativas estudas no presente trabalho, em função de exigir um acompanhamento e monitoramento mais próximo. Ainda em relação à mão de obra, foram considerados 5 operadores em regime de revezamento de turno para a alternativa de Reator UASB seguido de Lodos Ativados, enquanto para as alternativas de lagoas de estabilização foram considerados apenas 02 operadores.
Os custos com energia elétrica para esta alternativa são muito maiores quando comparada com o consumo para as alternativas de lagoas. Isto decorre da utilização de aeradores para introdução de oxigênio no Tanque de Aeração. Além disso, há um custo com energia elétrica também proveniente do funcionamento das bombas que fazem a recirculação do lodo entre as unidades do sistema.
Os custos com destinação e transporte de lodo também são representativos para esta alternativa em função da alta quantidade de lodo produzida, quando comparada com as alternativas de lagoas de estabilização.
Após o levantamento do OPEX anual, foi realizado o cálculo do VPL para cada ano de operação, considerando-se para isso um período de projeto de 20 anos de operação. A Tabela 21 apresenta a previsão do VPL para cada Grupo Populacional, considerando o CAPEX no primeiro ano e o OPEX anual descontado à uma taxa de atratividade de 12%.
É possível perceber que a alternativa de Reator UASB seguido de Lodos Ativados apresenta um custo total de VPL maior que o do Sistema Australiano porém, menor que o do sistema de Lagoa Facultativa seguida de Lagoa de Maturação. Isso indica que em casos de cidades que necessitem melhores índices de remoção de poluentes a alternativa de Reator UASB seguida de Lodos Ativados se apresenta com melhor viabilidade econômica quando comparada com a alternativa de Lagoa Facultativa seguida de Lagoa de Maturação.
Fonte: Elaborado pelo autor.
4.6 FÓRMULAS MATEMÁTICAS PARA ESTIMATIVA DE CUSTOS
A Tabela 22 apresenta de forma resumida os valores dos custos inerentes à implantação e à operação e manutenção das alternativas de tratamento de esgoto estudadas e de acordo com os grupos populacionais definidos neste trabalho. Baseado nestes dados de acordo com os grupos populacionais. Com base nestes dados tornou-se possível, através de ferramentas de projeção e tendência, estabelecer correlações e extrapolar as estimativas de custos para cidades com populações diferentes, desde que adotadas as mesmas premissas utilizadas nesta pesquisa.
Tabela 22 – Resumo geral dos custos de CAPEX, OPEX e VPL de acordo com os grupos populacionais
| Grupo | CAPEX (RS) | OPEX (R$) | VPL (R$) |
| Sistema Australiano | |||
| I | 1.480.362,50 | 2.739.809,98 | 4.220.172,48 |
| II | 2.458.875,00 | 3.802.457,50 | 6.261.332,50 |
| III | 5.261.425,00 | 7.155.722,17 | 12.417.147,17 |
| Lagoas Facultativas seguidas de Lagoa de Maturação | |||
| I | 5.709.520,00 | 2.889.100,39 | 8.598.620,39 |
| II | 9.296.207,50 | 4.033.680,46 | 13.329.887,96 |
| III | 20.575.217,50 | 7.496.909,54 | 28.072.127,04 |
| Reator UASB seguido de Lodos Ativados | |||
| I | 3.424.326,64 | 4.968.784,75 | 8.393.111,39 |
| II | 5.618.329,74 | 6.548.272,16 | 12.166.601,90 |
| III | 12.179.550,00 | 11.322.615,14 | 23.502.165,14 |
Fonte: Elaborado pelo autor.
Com base nos dados acima, foi elaborado um gráfico de dispersão para cada tecnologia de tratamento de esgoto, tendo como variáveis os custos no eixo vertical (y) e a população no eixo horizontal (x), conforme passa a ser apresentado a seguir. Na sequência foram traçadas linhas de tendência através de equações polinomiais de segundo grau, com objetivo de possibilitar a estimativas de custos para outras cidades em função população.
É importante ressaltar que diversas são as variáveis que podem afetar a composição destes valores, tonando suscetíveis a alterações. Todavia, tais fórmulas matemáticas podem ser utilizadas para dar suporte a estudos de concepção e tomadas de decisão quanto ao sistema com maior viabilidade econômica.
4.6.1 Sistema Australiano
Em função da correlação entre a população e os custos de implantação (CAPEX), operação e manutenção (OPEX) e VPL referentes ao Sistema Australiano foi desenvolvido o gráfico de dispersão apresentado na Figura 7. Com base no gráfico de dispersão foram traçadas linhas de tendência que melhor representem o comportamento dos dados analisados.
Figura 7 – Curvas de custos para o Sistema Australiano em função da população
Fonte: Elaborado pelo autor.
As linhas de tendência apresentadas na Figura 7 foram obtidas através de equações polinomiais de segundo grau, com objetivo de possibilitar a estimativa dos custos de implantação e de operação do Sistema Australiano para outros municípios do Estado do Tocantins com base na população. A seguir são apresentadas as equações que permitem estimar os custos com CAPEX, OPEX e VPL.
Equação para estimativa dos custos de investimentos (CAPEX)
Equação para estimativa dos custos operacionais (OPEX)
Equação para estimativa do VPL
4.6.2 Lagoa Facultativa seguida de Lagoa de Maturação
Semelhantemente à formulação matemática realizada no item anterior para o Sistema Australiano, elaborou-se o gráfico apresentado da Figura 8 para possibilitar a estimativa de custos para o sistema de Lagoas Facultativas seguida de Lagoa de Maturação em função da população. Com base no gráfico de dispersão foram traçadas linhas de tendência que melhor representem o comportamento dos dados analisados.
Figura 8 – Curvas de custos para Lagoa Facultativa seguida de Lagoa de Maturação em função da população
Fonte: Elaborado pelo autor.
Com base no gráfico apresentado na Figura 8 desenvolveu-se as equações polinomiais de segundo grau que possibilitam estimar os custos específicos para as cidades do Tocantins e em relação à Lagoas Facultativas seguida de Lagoa de Maturação e seguem apresentadas.
Equação para estimativa dos custos de investimentos (CAPEX)
Equação para estimativa dos custos operacionais (OPEX)
Equação para estimativa do VPL
4.6.3 Reator UASB seguido de Lodos Ativados
Para o sistema de Reator UASB seguido de Lodos Ativados também foi elaborado o gráfico de dispersão, apresentado na Figura 9, semelhantemente aos itens anteriores, para possibilitar a estimativa de custos em função da tendência de progressão dos custos em função do crescimento populacional.
Figura 9 – Curvas de custos para Reator UASB seguido de Lodos Ativados em função da população
Fonte: Elaborado pelo autor.
Com base no gráfico apresentado na Figura 9 desenvolveu-se as equações polinomiais de segundo grau que possibilitam estimar os custos específicos para as cidades do Tocantins em relação ao sistema de tratamento de Reator UASB seguido de Lodos Ativados e que são apresentadas a seguir.
Equação para estimativa dos custos de investimentos (CAPEX)
Equação para estimativa dos custos operacionais (OPEX)
Equação para estimativa do VPL
4.7 A VALIAÇÃO TÉCNICA E ECONÔMICA DAS TECNOLOGIAS PARA CADA GRUPO POPULACIONAL
Neste subcapítulo são apresentadas as análises econômicas realizadas através do Valor Presente Líquido (VPL) para as tecnologias de tratamento de esgoto aplicadas para cada Grupo Populacional, acrescidas de análises técnicas sobre as principais características destas tecnologias. São apresentadas as interpretações dos custos de implantação (CAPEX) e dos custos operacionais (OPEX), com objetivo de avaliar as tecnologias de tratamento com maior viabilidade econômica.
4.7.1 Grupo I – até 5 mil habitantes
O Grupo I contempla os municípios do Tocantins com população de até 5 mil habitantes, totalizando 79 unidades municipais e que representam 56,83% do total de cidades tocantinenses. Na Figura 10 são apresentados os gráficos com os resultados das análises econômicas para as alternativas de tratamento de esgoto estudadas no presente trabalho e aplicadas ao Grupo I.
Figura 10 – VPL das tecnologias de tratamento para o Grupo I
Fonte: Elaborado pelo autor.
A tecnologia de tratamento de esgoto mais vantajosa do ponto de vista econômico para o Grupo I é o Sistema Australiano, que apresentou um VPL na ordem da 50% quando comparado com o VPL das demais alternativas. Essa vantagem econômica decorre da fácil implantação e simplicidade operacional desta alternativa de tratamento. Todavia, esta alternativa apresenta limitações quanto à eficiência de remoção de carga orgânica e baixíssima eficiência na remoção de nutrientes e coliformes, se tornando uma alternativa inviável tecnicamente para cidades com corpos receptores com baixa capacidade de autodepuração.
As demais tecnologias de tratamento, Lagoa Facultativa seguida de Lagoa de Maturação e Reator UASB seguido de Lodos Ativados, apresentaram VPL semelhantes ao término dos 20 anos de projeto. Todavia, a proporção entre CAPEX e OPEX destas alternativas se apresentaram diferentes.
A alternativa de Lagoa Facultativa seguida de Lagoa de Maturação apresenta um custo de implantação (CAPEX) maior que o custo operacional (OPEX), decorrente principalmente dos altos volumes de escavação e grande área necessária para sua implantação. Este grande desembolso inicial para realização do investimento torna esta alternativa de tratamento menos atraente economicamente, além de possuir capacidade de remoção menor que a alternativa de Reator UASB seguido de Lodos Ativados.
A alternativa de Reator UASB seguido de Lodos Ativados, diferentemente da Lagoa Facultativa seguida de Lagoa de Maturação, possui um custo de implantação (CAPEX) menor que o custo operacional (OPEX). A redução no custo de implantação é fruto da redução da área necessária para instalação das unidades, em função das altas taxas de carga orgânica demandando menos espaço para realizar o tratamento e, portanto, tornando as estruturas mais compactas. O custo operacional maior é resultado da necessidade, principalmente, de mais mão de obra para operação e maior consumo de energia elétrica.
Diante do exposto, no caso de uma cidade com necessidade de uma alternativa de tratamento com maior eficiência, recomenda-se a escolha do sistema de Reator UASB seguido de Lodos Ativados.
4.7.2 Grupo II – até 10 mil habitantes
O Grupo II contempla os municípios do Tocantins com população de até 10 mil habitantes, totalizando 31 unidades municipais e que representam 22,30% do total de cidades tocantinenses. Na Figura 11 são apresentados os gráficos com os resultados das análises econômicas para as alternativas de tratamento de esgoto estudadas no presente trabalho e aplicadas ao Grupo II.
Figura 11 – VPL das tecnologias de tratamento para o Grupo II
Fonte: Elaborado pelo autor
De forma semelhante para o Grupo I, a tecnologia de tratamento de esgoto mais vantajosa do ponto de vista econômico para o Grupo II é o Sistema Australiano, que apresentou um CAPEX de R$ 2.458.875,00 e um OPEX total de R$ 3.802.457. O VPL desta alternativa também foi da ordem de 50% quando comparado com o VPL das demais alternativas. No entanto, como mencionado no item anterior, esta alternativa apresenta limitações quanto à sua eficiência no tratamento de esgoto.
Diferentemente do Grupo I, para o Grupo II a alternativa de Reator UASB seguido de Lodos Ativados apresentou-se mais viável economicamente em torno de 9% na avaliação de VPL pelo período de 20 anos, quando comparada com a alternativa de Lagoa Facultativa seguida de Lagoa de Maturação. A alternativa de Reator UASB seguida de Lodos Ativados apresentou um CAPEX de R$ 5.618.330,00 e um OPEX total de R$ 6.548.272,00.
4.7.3 Grupo III – até 20 mil habitantes
O Grupo III contempla os municípios do Tocantins com população de até 20 mil habitantes, totalizando 19 unidades municipais e que representam 13,67% do total de cidades tocantinenses. Na Figura 12 são apresentados os gráficos com os resultados das análises econômicas para as alternativas de tratamento de esgoto estudadas no presente trabalho e aplicadas ao Grupo III.
Figura 12 – VPL das tecnologias de tratamento para o Grupo III
Fonte: Elaborado pelo autor.
De forma semelhante para os Grupos I e II, a tecnologia de tratamento de esgoto mais vantajosa do ponto de vista econômico para o Grupo III é o Sistema Australiano, que apresentou um CAPEX de R$ 5.261.425,00 e um OPEX total de R$ 7.496.910,00. O VPL desta alternativa foi da ordem de 44% quando comparado com o VPL da alternativa de Lagoa Facultativa seguida de Lagoa de Maturação, e de 52% quando comparado com o VPL da alternativa de Reator UASB seguido de Lodos Ativados.
Diferentemente do Grupo I, para o Grupo III a alternativa de Reator UASB seguido de Lodos Ativados apresentou-se mais viável economicamente em torno de 16% na avaliação de VPL pelo período de 20 anos, quando comparada com a alternativa de Lagoa Facultativa seguida de Lagoa de Maturação. A alternativa de Reator UASB seguida de Lodos Ativados apresentou um CAPEX de R$ 12.179.550,00 e um OPEX total de R$ 11.322.615,00.
Diante disto, assim como para o Grupo II, para o Grupo III a alternativa de tratamento de esgoto de Reator UASB seguido de Lodos Ativados apresentou-se mais viável economicamente quando comparada com a de Lagoa Facultativa seguida de Lagoa de Maturação.
4.7.4 Avaliação do VPL das Tecnologias de Tratamento de Esgoto
Para complementar a análise acerca do comportamento econômico das tecnologias de tratamento de esgoto em função da população, foram plotados no gráfico apresentado na Figura 13 os valores totais de VPL de cada alternativa de tratamento.
É possível verificar que, do ponto de vista econômico, o Sistema Australiano apresenta os menores custos para todos os Grupos Populacionais analisados.
Para o Grupo I, as tecnologias de Lagoa Facultativa seguida de Lagoa de Maturação e de Reator UASB seguido de Lodos Ativados apresentaram valores similares.
Para os Grupos II e III, a tecnologia de Reator UASB seguido de Lodos Ativados apresentou menores custos quando comparada com a tecnologia de Lagoa Facultativa seguida de Lagoa de Maturação. Além disso, é possível perceber que quanto maior a população, maior é a viabilidade da tecnologia de Reator UASB seguido de Lodos Ativados comparada à tecnologia de Lagoa Facultativa seguida de Lagoa de Maturação.
Figura 13 – VPL por Tecnologia de Tratamento de Esgoto
Fonte: Elaborado pelo autor
4.8 MATRIZ DE INDICADORES PARA APOIO A TOMADA DE DECISÃO
A avaliação de estações de tratamento de esgoto (ETE) envolve uma análise detalhada de diversos indicadores técnicos e econômicos para garantir que a estação apresente excelente performance operacional e com a otimização contínua dos seus custos, tanto operacionais quanto de implantação. Neste sentido, após as etapas pré-dimensionamento e estimativa de custos, foram cruzadas diversas informações e calculados alguns indicadores para proporcionar uma melhor compreensão a respeito das tecnologias de tratamento de esgoto estudadas no presente trabalho.
A seguir são listados informações e indicadores definidos e calculados para dar suporte à análise das características de cada tecnologia de tratamento para os Grupos Populacionais:
- Eficiência de área para implantação da ETE: Área (m²) / População (habitantes);
- Eficiência do custo de implantação: CAPEX (R$) / População (habitantes);
- Eficiência do custo de implantação: CAPEX (R$) / Vazão (L/s);
- Eficiência dos custos de operação: OPEX (R$) / População (habitantes);
- Eficiência do VPL: VPL (R$) / População (habitantes);
- Eficiência do tratamento: Eficiência na remoção de DBO (%);
- Eficiência no consumo de energia: Consumo (kWh) / População (habitantes);
- Eficiência da mão de obra: Custo com pessoal (R$) / População (habitantes).
No geral, as lagoas de estabilização, por apresentarem uma operação simplificada apresentam melhores indicadores no que diz respeito à eficiência no consumo de energia, eficiência da mão de obra e eficiência de custos operacionais. No entanto, apesentam indicadores piores em relação à eficiência da área necessária para implantação. Especialmente a Lagoa Facultativa seguida de Lagoa de Maturação apresentou os piores indicadores de eficiência de área de implantação e de custos de implantação, em função do necessidade de uma área muito grande para implantação da tecnologia.
O Reator UASB seguido de Lodos Ativados apresentou o pior indicador para custos operacionais. Todavia, apresenta os melhores indicadores de eficiência na necessidade de área e na remoção de carga orgânica, no caso DBO.
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS
A necessidade se avançar com a cobertura dos serviços de esgotamento sanitário no Estado do Tocantins é urgente, apesar do grande desafio existente de realização de vultuosos investimentos, especialmente no que diz respeito à implantação de estações de tratamento de esgoto. Diante disto, é importante o desenvolvimento de estudos técnicos e análises econômicas para auxiliar na escolha das tecnologias de tratamento mais apropriadas para cada situação, alcançando a alternativa com melhor viabilidade técnico econômica. Neste sentido, o presente trabalho tem como objetivo subsidiar gestores e técnicos da área de saneamento na tomada de decisão estratégica para escolha da alternativa com a performance operacional e econômica mais apropriada para cada cidade do Estado do Tocantins.
É importante mencionar que o processo de seleção da alternativa de tratamento de esgoto depende de diversos fatores, todavia a análise dos custos de implantação (CAPEX) e custos operacionais (OPEX) é fundamental para alocação eficiente dos valores. Neste contexto, foi utilizado o Valor Presente Líquido (VPL) como ferramenta para análise dos custos de cada alternativa, tendo como premissa uma taxa de atratividade de 12% e um horizonte de projeto de 20 anos. Foram analisadas três diferentes tecnologias de tratamento de esgoto para três distintos grupos de cidades tocantinenses, sendo estes de até 5 mil, de até 10 mil e de até 20 mil habitantes, o que abrange aproximadamente 92% dos municípios tocantinenses.
Diante do trabalho realizado e através da interpretação dos resultados obtidos, foi possível emitir as seguintes considerações finais:
- O Sistema Australiano se apresentou como a tecnologia com menores custos de implantação e de operação para todos os Grupos Populacionais, sendo altamente atrativa do ponto de vista econômico. Todavia, esta tecnologia apresenta remoção de DBO na faixa de 82% e remoção quase nula para nutrientes e patógenos, sendo, portanto, recomendada para cidades que possuam corpo receptor com alta capacidade de autodepuração;
- O sistema de Lagoas Facultativas seguida de Lagoa de Maturação se apresentou como a tecnologia com o maior custo total, com maior proporção do custo de implantação (CAPEX) em relação ao custo operacional (OPEX). Essa característica decorre da grande quantidade de área necessária para instalação das lagoas e altos volumes de escavação para execução em função das grandes dimensões das lagoas;
- O sistema de Reator UASB seguido de Lodos Ativados apresentou o maior custo operacional (OPEX) para todos os Grupos Populacionais. Todavia, em função do custo de implantação (CAPEX) ser menor do que quando comparado com o do sistema de Lagoas Facultativas seguidas de Lagoa de Maturação, no final das contas apresentou-se com um custo total de VPL menor e, portanto, sendo uma alternativa mais atrativa do ponto de vista econômico;
- As alternativas de lagoas de estabilização apresentaram a necessidade de grande quantidade de área para implantação dos sistemas, especialmente para o caso da Lagoa Facultativa seguida de Lagoa de Maturação. A alternativa do Reator UASB seguido de Lodos Ativados apresentou-se como a opção mais compacta e com menor necessidade de área. A avaliação desta variável é fundamental em função do crescente adensamento das cidades e altos custos para aquisição de área;
- O sistema de Reator UASB apresenta os melhores índices de remoção de carga orgânica, sendo recomendado para cidades com corpos receptores com limitação na capacidade de autodepuração. Entretanto, esta alternativa exige uma operação mais capacitada e robusta, além de contar com um nível de mecanização mais complexo e um maior consumo energético quando comparada com as outras alternativas avaliadas no presente estudo.
6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
AGÊNCIA NACIONAL DE ÁGUAS. Atlas Esgotos – Despoluição de Bacias Hidrográficas. Brasília, 2017. Disponível em: https://arquivos.ana.gov.br/imprensa/publicacoes /ATLASeESGOTOSDespoluicaodeBaciasHidrograficas-ResumoExecutivo_livro.pdf. Acesso em: 11 out. 2020.
ANDREOLI, C. V.; VON SPERLING, M.; FERNANDES, F. Sludge Treatment and Disposal. Water Intelligence Online, v. 6, n. 0, p. 9781780402130-9781780402130, 30 dez. 2015.
AQUINO, S. F.; SILVA, S. de Q.; CHERNICHARO, C. A. L. Considerações práticas sobre o teste de demanda química de oxigênio (DQO) aplicado a análise de efluentes anaeróbios. Engenharia Sanitária e Ambiental: 2006. 11(4), 295-304.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DAS CONCESSIONÁRIAS PRIVADAS DE SERVIÇOS PÚBLICOS DE ÁGUA E ESGOTO (ABCON). Mais de mil municípios no país estão sem contrato de serviço de água ou esgoto. Abconsindcon, 2020. Disponível em: https://abconsindcon.com.br/setor/mais-de-mil-municipios-no-pais-estao-sem-contrato-de-servico-de-agua-ou-esgoto. Acesso em: 13 out. 2020.
ALÉM SOBRINHO, Pedro; TSUTIYA, Milton Tomoyuki. Coleta e transporte de esgoto sanitário. São Paulo: Epusp/PHD, 1999. Acesso em: 15 out. 2023.
ANDRADE NETO, Cícero Onofre de; CAMPOS, José Roberto. Introdução. In: JOSÉ ROBERTO CAMPOS. Prosab (org.). Tratamento de esgotos sanitários por processo anaeróbio e disposição controlada no solo. Rio de Janeiro: Rima, Abes, 1999. Cap. 1. p. 1-28. Disponível em: https://www.finep.gov.br/images/apoio-e-financiamento/historico-de-programas/prosab/prosabcamposfinal.pdf. Acesso em: 13 out. 2020.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 12721: Avaliação de custos unitários de construção para incorporação imobiliária e outras disposições para condomínios edifícios – Procedimento. Rio de Janeiro, 2006. 91 p.
BRASIL. Lei n° 14.026, de 15 de julho de 2020. Atualiza o marco legal do saneamento básico e altera a Lei nº 9.984, de 17 de julho de 2000. Diário Oficial da União, Brasília, DF, 15 jul. 2020.
BRASIL. Ministério do Desenvolvimento Regional. Secretaria Nacional de Saneamento (SNS). Sistema Nacional de Informações sobre Saneamento (SNIS). 25º Diagnóstico dos Serviços de Água e Esgotos – 2019. Brasília: SNS/MDR, 2020. 183 p.
BRASIL. Resolução CONAMA nº 357, de 17 de março de 2005. Conselho Nacional de Meio Ambiente. Dispõe sobre a classificação dos corpos de água e diretrizes ambientais para o seu enquadramento, bem como estabelece as condições e padrões de lançamento de efluentes, e dá outras providências. Diário Oficial da União, Brasília, DF, 18 mar. 2005.
CERQUEIRA, Pedro Lindstron Wittica; AISSE, Miguel Mansur. Custos de processamento de lodo em Estações de Tratamento de Esgoto com reatores anaeróbios de manto de lodo e pós-tratamento aeróbio: subsídios para estudos de concepção. Engenharia Sanitaria e Ambiental, [S.l.], v. 26, n. 2, p. 251-262, abr. 2021. FapUNIFESP (SciELO).
CUNHA, Marco Antônio Nascimento da. O perfil da administração financeira das pequenas e médias empresas. 2002. 95 f. Dissertação (Mestrado) – Curso de Mestrado Executivo, Centro de Formação Acadêmica e Pesquisa, Fundação Getúlio Vargas, Rio de Janeiro, 2002.
FUNDAÇÃO NACIONAL DE SAÚDE (FUNASA). Caderno Didático/Técnico para Curso de Gestão de Sistemas de Esgotamento Sanitário em áreas rurais do Brasil. Brasília: Funasa, 2020. 53 p.
GO ASSOCIADOS. Diagnósticos e Perspectivas para os investimentos em saneamento no Brasil. 2017.
IBGE – INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA. Censo Brasileiro de 2010. Rio de Janeiro: IBGE, 2010.
IBGE – INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA. Divisão regional do Brasil em regiões geográficas imediatas e regiões geográficas intermediárias 2017. Rio de Janeiro: IBGE, 2017. 82 p.
INSTITUTO TRATA BRASIL. Com mais de 273 mil internações por doenças de veiculação hídrica, falta de saneamento básico faz Brasil gastar R$ 108 milhões com hospitalizações. [s.l: s.n.].
JORDÃO, Eduardo Pacheco; PESSÔA, Constantino Arruda. Tratamento de Esgotos Domésticos. 8.ed. Rio de Janeiro: ABES, 2017. 916p.
KPMG. Quanto Custa Universalizar o Saneamento no Brasil. 2020. Disponível em: https://assets.kpmg.com/content/dam/kpmg/br/pdf/2020/07/kpmg-quanto-custa-universalizar-o-saneamento-no-brasil.pdf. Acesso em: 17 out. 2020.
MARTINELLI, I.; OLIVEIRA, P. R. Projetos e orçamentos de sistemas de abastecimento de água e de esgotamento sanitário. [s.l: s.n.].
ORGANIZAÇÃO DAS NAÇÕES UNIDAS. Objetivos de Desenvolvimento Sustentável. Disponível em: https://brasil.un.org/pt-br/sdgs. Acesso em: 05 out. 2020.
PENHA, E. das M.; SOUZA, A. M. de; SANTIAGO, M. C. P. de A.; CENDON, B. R.; SILVA, R. R. de B.; ARAÚJO, A. M. Manual de operação e manutenção da estação de tratamento de efluentes da Embrapa Agroindústria de Alimentos. Rio de Janeiro: Embrapa Agroindústria de Alimentos, 2010. (Embrapa Agroindústria de Alimentos. Documentos, 106).
PROGRAMA DE PESQUISAS EM SANEAMENTO BÁSICO (PROSAB). Reuso das águas de esgoto sanitário, inclusive desenvolvimento de tecnologias de tratamento para esse fim. Rio de Janeiro: ABES, 2006.
Secretaria Nacional de Saneamento Ambiental. Plano Nacional em Saneamento Básico. Disponível em: <www.cidades.gov.br/secretarias-nacionais/saneamento-ambiental/>. Acesso em: 10 out. 2020.
SANTOS, A.B dos (org.). Caracterização, tratamento e gerenciamento de subprodutos de correntes de esgotos segregadas e não segregadas em empreendimentos habitacionais. Fortaleza: Imprece, 2019.
SANTOS, A. B. Avaliação técnica de sistemas de tratamento de esgotos. [s.l.] Banco do Nordeste do Brasil, 2007.
SISTEMA NACIONAL DE INFORMAÇÕES SOBRE SANEAMENTO. Diagnóstico Temático – Visão Geral do Abastecimento de Água e Esgotamento Sanitário. Dez 2019. Disponível em: http://antigo.snis.gov.br/downloads/diagnosticos/ae/2020/DIAGNOSTICO_TEMATICO_VISAO_GERAL_AE_SNIS_2021.pdf. Acesso em: 12 out. 2020.
SISTEMA NACIONAL DE INFORMAÇÕES SOBRE SANEAMENTO. Diagnóstico Temático Serviços de Água e Esgoto. 2022. Disponível em: http://antigo.snis.gov.br/downloads/diagnosticos/ae/2020/DIAGNOSTICO_TEMATICO_GESTAO_TECNICA_DE_ESGOTO_AE_SNIS_2022.pdf. Acesso em: 12 out. 2020.
SULLYVAN, R. S., Allyson. Caderno didático técnico para curso de gestão de sistemas de esgotamento sanitário em áreas rurais do Brasil. 2020.
TOCANTINS (Estado). Constituição (2017). Resolução nº 7, de 06 de setembro de 2017. Regulamenta os serviços públicos de abastecimento de água e esgotamento sanitário no Estado do Tocantins e dá outras providências. Lex. Palmas, TO, 11 set. 2017. Disponível em:
TOCANTINS. Resolução COEMA/TO nº 07, de 09 de agosto de 2005. Dispõe sobre o Sistema Integrado de Controle Ambiental do Estado do Tocantins. Diário Oficial do Estado do Tocantins, Palmas, TO, 09 ago. 2005.
TOCANTINS. Secretaria da Fazenda e Planejamento (SEFAZ). Diretoria de Gestão de Informações Territoriais e Socioeconômicas (DIGIT). Gerência de Contas Regionais (GECORE). Release Produto Interno Bruto do Tocantins – Ano 2018. Palmas: SEFAZ/GECORE, novembro/2020a. 3p.
TOCANTINS. Secretaria da Fazenda e Planejamento (SEFAZ). Subsecretaria do Planejamento e Orçamento. Superintendência de Planejamento Governamental. Diretoria de Gestão de Informações Territoriais e Socioeconômicas. Gerência de Zoneamento Territorial (GZT). Projeto de Desenvolvimento Regional Integrado e Sustentável: Elaboração das Cartas Climáticas do Estado do Tocantins. Palmas: SEFAZ/GZT, 2020b. 464 p.
VARGAS, Eduardo Hermes; MARQUES, Felipe Souza. Análise da autodepuração do curso d’água Pomba Cuê utilizando o modelo Streeter Phelps. Revista Pleiade, v. 9, n. 17, p. 83-92, 2015.
VASCONCELOS, Raylan Caminha de. Tratamento de efluentes líquidos: uma perspectiva para o desenvolvimento sustentável. Editora Amplla. Campina Grande, 2020. 47 p.
VON SPERLING, Marcos. Princípios básicos do tratamento de esgotos. Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental, Universidade Federal de Minas Gerais, 1996.
VON SPERLING, Marcos. Urban wastewater treatment in Brazil. Department of Sanitary and Environmental Engineering, Federal University of Minas Gerais, Brazil, 2016.
¹Mestrando do Curso de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental da Universidade Federal do Tocantins. e-mail: alemfelipe3@gmail.com
²Docente do Curso de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental da Universidade Federal do Tocantins. Doutor em Tecnologia Ambiental (UNAERP). e-mail: sergioqueiroz@uft.edu.br