Saneamento na Área Rural Principais indicadores físicos, químicos da qualidade da água e métodos de avaliação

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1 Saneamento na Área Rural Principais indicadores físicos, químicos da qualidade da água e métodos de avaliação D ra Tania Leme de Almeida Prof a Assistente do Curso Superior em Meo Ambiente e Recursos Hídricos Faculdade de Tecnologia de Jahú Fatec - CEETESP

2 * Escassez do recurso Água * Déficit rede coletora de esgoto e seu tratamento 61 % do volume de água no Brasil destinado à agricultura Apenas SP, RJ e ES possuem mais da metade dos municípios com tratamento de esgoto (IBGE, 2008)

3 40% da população mundial, não tem esgoto coletado e tratado Programa das Nações Unidas para o Desenvolvimento: - Mais de 1,5 milhão de crianças morrem ao ano

4 DISPOSIÇÃO INADEQUADA DE EFLUENTES E RESÍDUOS SÓLIDOS Descarte in natura - Comprometimento do ecossistema - Doenças - Estética e mau cheiro

5 PROBLEMAS... Impacto indireto para o homem......direto para o ambiente Eutrofização de rios Contaminação de solo e lençóis

6 ALTERNATIVAS... -Chorumeiras -Esterqueiras -Composteiras -Biodigestores e Fossas sépticas biodigestoras -Lagoas de estabilização

7 LEGISLAÇÃO AMBIENTAL Portaria MS n. 2914/2011 Estabelece os procedimentos e responsabilidades relativos ao controle e vigilância da qualidade da água para consumo humano e seu padrão de potabilidade - Responsabilidade do Estado-municípios - Fiscalização de sistemas e soluções alternativas de abastecimento - Não se aplica à água mineral, à água natural e às águas adicionadas de sais, destinadas ao consumo humano após o envasamento, e a outras águas utilizadas como matéria-prima para elaboração de produtos - Plano de amostragem (população, tipo de captação) - Acompanhamento: Anexos da Portaria

8 LEGISLAÇÃO AMBIENTAL Qualidade da água Resolução CONAMA n 357 de 2005 Resolução CONAMA n 430 de 2011 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.

9 Águas Doces Águas Salinas e Salobras (até Classe 3) Classe Especial Classe 1 Classe 2 Classe 3 Classe 4 - consumo - consumo humano, - consumo humano, com humano, após tratamento após tratamento convencional simplificado; ou - consumo humano, - proteção após das tratamento comunidades convencional; - avançado; navegação; e desinfecção/filtração; - irrigação culturas arbóreas, cerealíferas aquáticas; e forrageiras; - proteção das - recreação comunidades de contato aquáticas; -harmonia paisagística - preservação - pesca do amadora; equilíbrio primário, -recreação de - contato irrigação primário, natural das - recreação comunidades de contato de hortaliças secundário; (cruas) e e de frutas que se - irrigação de desenvolvam hortaliças, plantas rentes frutíferas ao solo e de parques, jardins, campos de aquáticas; - dessedentação e animais esporte e lazer - proteção (público com das comunidades contato direto); -ambientes aquáticos em aquáticas em Terras -aqüicultura e Indígenas. à atividade de pesca. unidades de conservação de proteção integral

10 estabelecem Definição de PADRÕES Critérios de QUALIDADE para corpos de água com ou não LANÇAMENTO de efluente Níveis permitidos (dos parâmetros ou das concentrações)

11 Principais indicadores de qualidade Sólidos Indicadores de matéria orgânica Nutrientes Indicadores de contaminação fecal

12 Turbidez CARACTERIZAÇÃO DA QUALIDADE DA ÁGUA Físicas Cor aparente e cor real Odor e sabor Temperatura Série de sólidos Químicas Microbiológicas ph Oxigênio dissolvido Demanda bioquímica de oxigênio (DBO) Demanda química de oxigênio (DQO) Carbono Orgânico Total (COT) Nitrogênio total Contagem cianobactérias Fósforo total Coliformes termotolerantes Elementos tóxicos Compostos orgânicos sintéticos e voláteis Óleos e graxas

13 TURBIDEZ Concentração de partículas em suspensão e coloidais presentes na fase líquida Grau de atenuação de intensidade que um feixe de luz sofre ao atravessar um corpo d água Classe 2: Até 100 UNT Unidade Nefelométrica de turbidez Turbidímetro

14 COR VERDADEIRA -Capacidade de uma amostra em transmitir luz visível em um comprimento de onda sensível ao olho humano Classe 2: Até 75 U.C. Unidades de cor Colorímetro

15 ODOR E SABOR Presença de compostos inorgânicos :originado a partir do próprio manancial (Ferro, Sólidos Dissolvidos Totais, sulfetos, etc...) Presença de compostos orgânicos (fontes antropogênicas) Processo de tratamento (eventualmente): oxidantes residuais Legislação Conama 357/05: Não objetável/virtualmente ausente

16 TEMPERATURA Manutenção da vida aquática Controle de processos biológicos Padrão de emissão de efluentes em corpos receptores Temperatura inferior a 40 0 C

17 SÓLIDOS

18 CLASSIFICAÇÃO QUANTO AO TAMANHO

19 CLASSIFICAÇÃO QUANTO AO TAMANHO APARELHO DE FILTRAÇÃO ESTUFA DE SECAGEM

20 CLASSIFICAÇÃO PELAS CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS

21 CLASSIFICAÇÃO PELA SEDIMENTABILIDADE Valor expresso em ml/ L Cone Imhoff Cone Imhoff (1 hora)

22 Distribuição típica no efluente doméstico bruto

23 SÉRIE DE SÓLIDOS Lançamento: Sólidos sedimentáveis até 1,0 ml/l (teste de uma hora em cone Imhoff )

24 Potencial Hidrogeniônico (ph) - Acidez ou basicidade de soluções -Concentração de íons H 3 O + -Escala de 0 a 14, logarítmica -Eletrodo de ph Parâmetro que também atua: -Influência nas soluções e biomoléculas -Idéia do comportamento do sistema (aeróbio/anaeróbio) Lançamento: faixa de ph entre 5 e 9

25 OXIGÊNIO DISSOLVIDO Manutenção e proteção da vida aquática Operação de sistemas biológicos aeróbios - Condição anaeróbia: taxas inferiores de OD (AUTO- DEPURAÇÃO DO CORPOS D ÁGUA) Corpos d água Classe 2 OD 5,0 mg O 2 /L Corpos d água Classe 4 OD 2,0 mg O 2 /L

26 Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) * Quantidade de oxigênio requerida por microrganismos aeróbios para a oxidação de compostos orgânicos presentes na fase líquida (DBO 5 20 ) Permite avaliar a quantitativa da concentração de material orgânico presente na fase líquida Permite avaliar a eficiência de sistemas de tratamento de esgotos sanitários e efluentes industriais

27 Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO 5 20 ) - Medição do consumo de oxigênio em laboratório - Procedimento com 5 dias de duração - Teste efetuado à temperatura de 20 C DBO 5 20 Esgotos domésticos 350 mg/l

28 Demanda Química de Oxigênio (DQO) - Quantidade de Oxigênio requerida para estabilizar através de processos químicos, a matéria orgânica, na presença de um forte oxidante e, em um meio ácido. - Podem ser utilizados várias substâncias químicas como oxidantes. - Teste pode superestimar o oxigênio consumido, pois compostos inorgânicos podem ser oxidados.

29 -Aporte de nutrientes: Nitrogênio e Fósforo Problemas estéticos e recreacionais Condições anaeróbias no fundo do corpo d água Mortandade de peixes Captação comprometida Toxicidade de algas EUTROFIZAÇÃO

30 Eutrofização natural x Eutrofização artificial

31 ELEMENTOS TÓXICOS -Efeito cumulativo -Cancerígenos - Tóxicos

32 Obrigada!

33 Saneamento na Área Rural Sistemas de tratamento de efluentes D ra Tania Leme de Almeida Prof a Assistente do Curso Superior em Meo Ambiente e Recursos Hídricos Faculdade de Tecnologia de Jahú Fatec - CEETESP

34 TÓPICOS 1. Contextualização da geração de efluentes 2. Sistemas de tratamento de efluentes 3. Tratamento anaeróbio 4. Tratamento aeróbio 5. Tratamento anóxico 6. Características dos esgotos tratados pelos diversos processos e composição de custos de implantação e operacionais

35 + 7 bilhões de pessoas Com 267 nascimentos e 108 mortes a cada minuto The New York Times

36 Por que tratar os efluentes? *Contribuição per capita de carga orgânica = g / habitante dia de DBO 5 e DQO Efluentes no Brasil *Consumo per capita de água = 200 L / habitante dia *Contribuição per capita de vazão efluentes = 160 L / habitante dia * Coeficiente de retorno Água/Esgoto = 0,8

37 Águas residuárias Crescimento da população Atividade agropecuária Atividade industrial Danos ambientais

38 Águas residuárias M A N E JO A D E Q U A D O Sistemas de tratamento Promovam e assegurem b e n e f í c i o s na redução do potencial poluente e na reutilização dessas águas

39 Por que tratar os efluentes? O lançamento de efluentes em corpos receptores deve atender aos padrões da legislação ambiental vigente como, por exemplo, a resolução CONAMA 357 de 17 de março de *CONAMA 430 ( 2011) Decreto Estadual nº 8.468/1976 (Atualizado com redação dada pelo Decreto , de 26/06/09) Aprova o Regulamento da Lei nº 997/1976, que dispõe sobre a prevenção e o controle da poluição do meio ambiente Parâmetros físico-químicos Parâmetros inorgânicos Parâmetros orgânicos ph OD Turbidez Sólidos Chumbo Cromo Ferro Fósforo Nitrogênio amoniacal Benzeno Fenóis totais Tolueno Xileno

40 Por que tratar os efluentes? * Remoção de matéria orgânica e inorgânica Tratamento de efluentes * Remoção de sólidos em suspensão * Remoção de nutrientes * Remoção de organismos patogênicos

41 Sistemas de tratamento de águas residuárias Tratamentos: Preliminar Secundário Primário Terciário

42 Desinfecção Sistemas de tratamento de águas residuárias N Í V E L D E T R A T A M E N T O Terciário Remoção de nutrientes, de materiais não biodegradáveis e do lodo Remoção de lodo biológico Secundário Recirculação Degradação de compostos carbonáceos Primário Remoção de sólidos sedimentáveis e M.O. A F L U E N Lodo T Adensamento, digestão, condicionamento, desidratação, secagem Disposição adequada E

43 Sistemas de tratamento de águas residuárias Preliminar - Remoção de sólidos grosseiros; - Não há remoção de DBO; - Preparação do afluente para tratamento; - Remoção de grandes sólidos e areia para proteger as demais unidades de tratamento, os dispositivos de transporte (bombas e tubulações) e os corpos receptores e a ocorrência de abrasão nos equipamentos e tubulações e facilita o transporte dos líquidos; - Uso de: grades ( papéis, pedaços de madeira, plásticos entre outros); caixas de areia ( retenção de areia) tanques de flutuação (retirada de óleos e graxas).

44 Sistemas de tratamento de águas residuárias Primário - O efluente ainda contém sólidos em suspensão não grosseiros cuja remoção pode ser feita em unidades de sedimentação, reduzindo a matéria orgânica contida neste; - Os sólidos sedimentáveis e flutuantes são retirados através de mecanismos físicos, via decantadores. - Os efluentes fluem vagarosamente pelos decantadores, permitindo que os sólidos em suspensão de maior densidade sedimentem gradualmente no fundo, formando o lodo primário bruto. Os materiais flutuantes como graxas e óleos, de menor densidade, são removidos na superfície. - A eliminação média do DBO é de 30% a 40%.

45 Sistemas de tratamento de águas residuárias Secundário - Fase que processa, principalmente, a remoção de sólidos e de matéria orgânica não sedimentável e, eventualmente, nutrientes como nitrogênio e fósforo. - Após as fases primária e secundária a eliminação de DBO deve alcançar 90%. - É a etapa de remoção biológica dos poluentes e sua eficiência permite produzir um efluente em conformidade com o padrão de lançamento previsto na legislação ambiental. - Reproduzidos os fenômenos naturais de estabilização da matéria orgânica que ocorrem no corpo receptor, sendo que a diferença está na maior velocidade do processo, na necessidade de utilização de uma área menor e na evolução do tratamento em condições controladas.

46 Sistemas de tratamento de águas residuárias Terciário Remoção de poluentes tóxicos ou não biodegradáveis ou eliminação adicional de poluentes não degradados na fase secundária Desinfecção Grande parte dos microorganismos patogênicos foi eliminada nas etapas anteriores, mas não a sua totalidade. A desinfecção total pode ser feita pelo processo natural - lagoa de maturação, por exemplo - ou artificial - via cloração, ozonização ou radiação ultravioleta. A lagoa de maturação demanda grandes áreas pois necessita pouca profundidade para permitir a penetração da radiação solar ultravioleta. Entre os processos artificiais, a cloração é o de menor custo mas pode gerar subprodutos tóxicos, como organoclorados. A ozonição é muito dispendiosa e a radiação ultravioleta não se aplica a qualquer situação

47 TÓPICOS 1. Contextualização da geração de efluentes 2. Sistemas de tratamento de efluentes 3. Tratamento anaeróbio 4. Tratamento aeróbio 5. Tratamento anóxico 6. Características dos esgotos tratados pelos diversos processos e composição de custos de implantação e operacionais

48 Sistemas de tratamento anaeróbio A digestão anaeróbia é um processo no qual um consórcio de diferente microrganismos, na ausência de oxigênio molecular, promove a transformação de compostos orgânicos complexos em produtos mais simples, como metano e gás carbônico. Fatores que influenciam o desempenho da digestão anaeróbia Temperatura ph e alcalinidade Nutrientes Substâncias tóxicas Sobrecarga hidráulica Tempo de retenção celular

49 Matéria orgânica complexa (carboidratos, lipídios, proteínas) H I D R Ó L I S E Bactérias fermentativas A C I D O G Ê N E S E A C E T O G Ê N E S E Matéria orgânica simples (açúcares, aa s e peptídeos) Ácidos orgânicos (propionato, butirato) Bactérias fermentativas Bactérias acetogênicas H 2 + CO 2 Acetato Metanogênicas hidrogenotróficas CH 4 + CO 2 (CHERNICHARO, 2007) Metanogênicas acetoclásticas

50 Sistemas de tratamento anaeróbio

51 R E A T O R E S A N A E R Ó B I O S Efluentes com ELEVADA carga orgânica ABR Tecnologia anaeróbia * Desenvolvimento de reatores de A L T A T A X A Anaerobic baffled reactor reator anaeróbio compartimentado ou de chicanas UASB Upflow anaerobic sludge blanket reactor reator anaeróbio de fluxo ascendente com manta de lodo. efluente Bolhas do biogás Grânulos Afluente

52 Lagoa R E A T O R E S A N A E R Ó B I O S Fossa séptica Filtro anaeróbio Reator UASB Reator de leito fluidificado (RALPH)

53 Leito granular expandido ABR ABR UASB compartimentado Biodisco anaeróbio RALF

54 Sistemas de tratamento anaeróbio Afluente Efluente Legislação Ambiental (Padrão de Lançamento) Matéria Orgânica 350 mg DBO/L 40 a 85% Matéria Orgânica 40~160 mg DBO/L 60 mg DBO/L ou Eficiência > 60% Nutrientes 30 mg NH 3 /L Baixa ou Nula Nutrientes 30 mg NH 3 /L 20 mg NH 3 /L x Microrganismos 10 5 ~ 10 8 NMP /100mL Baixa ( 1 log) Microrganismos 10 4 ~ 10 7 NMP /100mL 4 x 10 3 x

55 Sistemas de tratamento aeróbio Nos sistemas aeróbios cerca de 40 a 50% de degradação biológica, com a conseqüente conversão em CO 2. Verifica-se uma alta incorporação de matéria orgânica na forma de biomassa microbiana LODO EXCEDENTE DO SISTEMA 50 a 60% O material orgânico não convertido em gás carbônico, ou em biomassa, deixa o reator como material não degradado (5 a 10%). EFLUENTE 5 a 10% Fungos Protozoários Bactérias Metazoários

56 Sólidos suspensos sedimentáveis e matéria orgânica suspensa são removidos no decantador primário Decantador secundário Tanque de aeração Efluente sai clarificado Lodo secundário retorna para o tanque de aeração aumento de eficiência do processo - RECIRCULAÇÃO Sistemas de tratamento aeróbio Lodos ativados

57 Sistemas de tratamento aeróbio Lodos ativados Biomassa permanece no sistema por mais tempo do que na modalidade convencional TDH líquido 16 a 24 horas Idade do lodo 20 a 30 dias Bactérias utilizam sua própria biomassa para realizar os processos metabólicos Estabilização da biomassa no próprio tanque de aeração lodo já sai estabilizado

58 Sistemas de tratamento aeróbio Lagoa de estabilização Facultativa Aerada facultativa Aerada de mistura completa

59 Sistemas de tratamento aeróbio Facultativa Aerada facultativa Aerada de mistura completa DBO particulada se sedimenta e o lodo de fundo é decomposto anaerobiamente DBO solúvel: permanece dispersa na massa líquida (decomposição -> por bactérias facultativas) TDH > 20 dias Fotossíntese: O 2 para as bactérias ->requer elevada área de exposição Retirada do lodo de fundo > 20 anos Simplicidade operacional Funcionamento lagoa facultativa Fornecimento de O 2 por meio de aeradores TDH entre 5 e 10 dias Menor requisito de área Requerimento de energia elétrica Retirada do lodo de fundo < 5 anos Elevado nível de aeração, biomassa em suspensão na massa líquida Maior eficiência do sistema TDH 2 a 4 dias Biomassa sai com o efluente líquido, necessidade de uma lagoa de decantação Requer menor área entre as lagoas de estabilização Retirada do lodo 2 a 5 anos

60 Filtros biológicos Sistemas de tratamento aeróbio Matéria orgânica é estabilizada por bactérias que crescem aderidas a um meio suporte Aeração natural Lodo não estabilizado Recirculação auxilia em maiores eficiências de remoção de matéria orgânica, nutrientes e coliformes

61 Sistemas Anaeróbios X Sistemas Aeróbios Biogás (70 a 90%) Matéria Orgânica CO 2 (40 a 50%) (100% DQO) Reator Aeróbio Reator Anaeróbio Lodo (5 a 15%) Efluente (10 a 30%) Efluente (5 a 10%) Lodo (50 a 60%) Aproveitamento Energético do Biogás? Baixa Produção de Lodo! Reciclagem dos Biossólidos? Atendimento à Legislação Ambiental?

62 Sistemas de tratamento combinado Processo aeróbio P Ó S - T R A T A M E N T O * Remoção de matéria orgânica residual * Remoção de nutrientes e coliformes * Legislação ambiental Anaeróbio Aeróbio Melhorar a e s t a b i l i d a d e e e f i c i ê n c i a dos processos de tratamento de águas residuárias

63 Sistemas de tratamento combinado O principal papel do pós-tratamento é o de completar a remoção da matéria orgânica, bem como o de proporcionar a remoção de constituintes pouco afetados no tratamento anaeróbio, como os nutrientes (N e P) e os organismos patogênicos (vírus, bactérias, protozoários e helmintos).

64 Reator UASB + Lodos ativados Reator UASB + Filtro aerado Reator UASB + Biofiltro Aerad submerso Reator UASB + Reator microaerófilo Reator UASB + Disposição no solo Reator UASB + Lagoa facultativa

65 Sistemas de tratamento anóxico Tratamento de efluentes industriais e/ou sanitários para a minimização de compostos nitrogenados, como N=amoniacal, N orgânico, Nitratos e Nitritos. As reações biológicas ocorrem somente na presença de oxigênio combinado, utilizando os íons como aceptores de elétrons

66 Sistemas de tratamento anóxico O tratamento anóxico caracteriza-se pela etapa de desnitrificação dos compostos nitrogenados, que já passaram por processo de nitrificação em condições aeróbicas. O processo anóxico proporciona redução de compostos nitrogenados à compostos mais simples, como N gasoso.

67 Sistemas de tratamento anóxico Remoção biológica do nitrogênio N I T R I F I C A Ç Ã O D E S N I T R I F I C A Ç Ã O N-NO - 2 N-NO - 3 Oxidação do N-NH 3 Nitrosomonas Nitrobacter COV OD suficiente CaCO 3 baixa velocidade de crescimento competição com heterotróficas Redução do N-NO 3 - Bactérias heterotróficas Bactérias autotróficas Assimilação biológica do N-NO - 3 ANAMMOX Pseudomonas Thiobacillus

68 Sistemas de tratamento anóxico Condições anóxicas: redução de nitratos (desnitrificação) 2NO H + N 2 + 2,5 O 2 + H 2 O

69 Sistemas de tratamento anóxico

70 TÓPICOS 1. Contextualização da geração de efluentes 2. Sistemas de tratamento de efluentes 3. Tratamento anaeróbio 4. Tratamento aeróbio 5. Tratamento anóxico 6. Características dos esgotos tratados pelos diversos processos e composição de custos de implantação e operacionais

71 Características dos esgotos tratados pelos diversos processos e composição de custos de implantação e operacionais Em um importante estudo desenvolvido pelo PROSAB, Programa de Pesquisa em Saneamento Básico (Chernicharo, 2000), foram identificadas as seguinte as características dos esgotos tratados pelos diversos processos e composição de custos de implantação e operacionais:

72 Tipos de Tratamentos DBO 5 (mg/l) SS (mg/l) N amon (mg/l) Custo de Implantação (R$/habitante) População (mil) Consumo de Energia (kwh/hab.ano) Lodos Ativados Filtros Biológicos UASB + Lodos Ativados AT < 30 < 30 > ,00 130, e C < 20 < 20 < 5 120,00 160, e C (AP) < 20 < 40 < 5 60,00 80, AT < 30 < 30 > ,00 130,00 Até AT < 20 < 30 > 20 50,00 80, C < 20 < 30 < 5 70,00 100, UASB + Filtro Biológico UASB + Filtro Biológico AS Lagoas Aeradas Aeróbias + Lagoas de decantação AT < 30 < 30 > 20 50,00 80, < 20 < 30 > 20 80,00 100, < 30 < 40 > 25 50,00 70, AT = Alta Taxa C= Convencional C( AP) = Convencional ( Aeração Prolongada)

73 Obrigada!

74 Tecnologias de Tratamento de Águas residuárias FÍSICO QUÍMICO BIOLÓGICO AERÓBIO ANAERÓBIO Biomassa Aderida -Introdução de material de enchimento - Fixos ou Móveis -Garantindo aderência da biomassa que cresce sob a forma de biofilme aderido ao meio inerte, ou meio suporte. Tipo de Reator Em suspensão na Massa líquida - Não há suporte inerte para aderência dos microorganismos - Microorganismos crescem floculados em suspensão na massa

75 Tecnologias de Tratamento de Águas residuárias BIOLÓGICO Biomassa = Microorganismos responsáveis pela degradação da matéria orgânica dos efluentes Com retenção de Biomassa Biomassa Aderida ( fixo ou móvel) Compactos Permitem Maior concentração de microorganismos ativos Maior Capacidade de recebimento de cargas orgânicas Sem retenção da Biomassa TDH = Tempo de residência celular ( idade do lodo) Microorganismos ficam no sistema o tempo necessário para a estabilização da M. O. Lodos ativados( reatores de crescimento em suspensão na biomassa líquida)