Avaliação de Ciclo de Vida da Construção de Sistemas de Tratamento de Esgoto envolvendo Wetlands Construídos

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1 Avaliação de Ciclo de Vida da Construção de Sistemas de Tratamento de Esgoto envolvendo Wetlands Construídos RESENDE,J.D. a*, NOLASCO, M. A. a,, PACCA,S.A a a. Universidade de São Paulo, São Paulo *Corresponding author, julianadr@usp.br Resumo Os sistemas descentralizados de tratamento de esgoto, embora apresentem algumas vantagens em relação aos sistemas centralizados, também causam impactos ambientais. Esta característica deve ser levada em consideração na seleção de uma alternativa tecnológica para tratar águas residuais ou na proposição de melhorias aos sistemas existentes. Uma das ferramentas que pode ser usada para avaliar o desempenho ambiental dos sistemas de tratamento de esgotos é a Avaliação do Ciclo de Vida (ACV). Neste estudo, a ACV foi utilizada para analisar os potenciais impactos ambientais de duas configurações de sistemas descentralizados de tratamento de águas residuais envolvendo wetlands construídos. Os wetlands construídos estudados foram construídos utilizando dois materiais distintos: fibra de vidro e alvenaria de tijolo. A modelagem dos sistemas e os cálculos envolvidos na avaliação dos potenciais impactos do ciclo de vida foram realizadas através do uso do software openlca. O método de avaliação de impacto utilizado para as categorias de a acidificação terrestre, mudança climática, eutrofização de água doce, formação de oxidantes fotoquímicos, formação de material particulado e depleção de água doce foi o método ReCiPe. Os resultados mostraram que os potenciais impactos ambientais relacionados ao uso de alvenaria com tijolos para a construção dos wetlands são maiores do que os potenciais impactos ambientais relacionados ao uso de fibra de vidro para todas as categorias de impacto estudadas. Palavras-chave: ACV, Avaliação do Ciclo de Vida, wetlands construídos, ReCiPe, OpenLCA 1. Introdução A gestão descentralizada de águas residuais tem sido cada vez mais reconhecida e difundida (MASSOUD et al., 2009). Para o tratamento de esgoto em nível secundário, as tecnologias mais utilizadas para a abordagem descentralizada têm sido os filtros anaeróbios, reatores UASB, biofiltros aerados submersos, filtros de areia, valas de infiltração e os wetlands construídos - WC (TREIN et al., 2015). Dentre essas tecnologias, os WC têm sido reconhecidos como uma tecnologia promissora para o tratamento descentralizado de águas residuais domésticas devido à sua fácil gestão e manutenção (WU et al., 2015). Entretanto, diferentes configurações de sistemas envolvendo WC podem ser adotadas, envolvendo desde sistemas mais simples até sistemas melhorados, tais como, WC aerados artificialmente (WU et al., 2014), tornando, assim, a seleção de alternativas de tratamento de esgoto São Paulo Brazil May 24 th to 26 th

2 2 uma tarefa bastante complexa, diante da grande quantidade de tecnologias disponíveis e das variáveis envolvidas no processo de decisão. A análise dos potenciais impactos ambientais relacionados aos sistemas de tratamento de esgoto pode auxiliar os tomadores de decisões na escolha da melhor alternativa de tratamento ou na realização de modificações nos sistemas já existentes que permitam reduzir o impacto ambiental decorrente de suas atividades (GALLEGO et al., 2008). A ferramenta de Avaliação do Ciclo de Vida (ACV), concebida inicialmente para a análise produtos, pode ser bastante eficiente para avaliar o potencial impacto ambiental da infraestrutura sanitária, notadamente das estações de tratamento de esgoto (ETE) (COROMINAS et al., 2013). Entretanto, as pesquisas que objetivam a realização da ACV de sistemas de tratamento de esgoto no Brasil, ainda são escassas e os estudos existentes, ainda se resumem a análise de um número limitado de sistemas, havendo uma carência de dados de inventário nacionais. Tal limitação interfere na qualidade das ACV nacionais, visto que, esta é diretamente dependente do uso de inventários de ciclo de vida regionalizados. A ausência de dados regionais culmina na utilização de inventários disponíveis em banco de dados mundiais (que não representam a realidade do local em que a ACV está sendo realizada) ou à desconsideração destes na ACV (GUTIERREZ, 2014). Diante do exposto, esse estudo tem como objetivo avaliar o desempenho ambiental da fase de construção de duas configurações de sistemas descentralizados de tratamento de esgoto envolvendo wetlands construídos de modo a identificar quais escolhas permitem reduzir potenciais impactos ambientais associados a estes. O software OpenLCA (versão 1.5.0) foi utilizado para a modelagem dos sistemas e avaliação dos potenciais impactos ambientais associados ao ciclo de vida dos sistemas estudados. Entre as categorias de impacto avaliadas estão a acidificação terrestre, mudança climática, eutrofização de água doce, formação de oxidantes fotoquímicos, formação de material particulado e depleção de água doce, as quais foram avaliadas pelo método ReCiPe. 2. Metodologia Os experimentos estudados foram instalados no Centro Tecnológico de Hidráulica - CTH, localizado na Cidade Universitária da Universidade de São Paulo. O esgoto bruto utilizado nos experimentos é proveniente do alojamento de alunos (Conjunto Residencial da USP - CRUSP) e do Restaurante Central, ambos localizados na cidade Universitária. Nos experimentos analisados nessa pesquisa, antes de serem conduzidos para os WC, os efluentes passam por um tanque séptico pré-moldado com volume útil igual a litros (tratamento primário). Um dos sistemas estudados (Sistema 1), além do tanque séptico é composto por um WC com fluxo subsuperficial vertical seguido por um WC com fluxo superficial horizontal (Fig. 1). Os wetlands desse sistema foram construídos em alvenaria com tijolos.

3 3 6th International Workshop Advances in Cleaner Production Academic Work Fig. 1. Representação esquemática do Sistema 1. O outro sistema (Sistema 2) é constituído por um tanque séptico, seguido por um WC de fluxo livre com aeração forçada, um decantador secundário e um WC de fluxo subsuperficial vertical (Fig. 2). Os wetlands desse sistema foram fabricados em fibra de vidro. Fig. 2. Representação esquemática do Sistema 2. A metodologia utilizada para a ACV dos sistemas de tratamento de esgoto teve como base as normas NBR ISO e ISO (ISO, 2009 a, b). Diversos estudos de ACV de sistemas de tratamento de esgoto utilizaram como unidade funcional um determinado volume de águas residuais tratadas (MAHGOUB et al., 2010; PASQUALINO et al., 2011; HOSPIDO et al., 2012; DIMURO et al., 2014). Considerou-se que tal adoção também seria adequada para esse trabalho, visto que os sistemas analisados têm como objetivo o tratamento de uma vazão de esgoto proveniente de uma mesma fonte. Assim, a unidade funcional adotada para a comparação dos sistemas nesse estudo foi metro cúbico de esgoto a ser tratado durante 20 anos. As informações relativas à construção dos Sistemas 1 e 2 foram obtidas por meio de entrevistas informais, trabalhos realizados por pessoas que participaram da construção dos experimentos, medições em campo para obter as dimensões das estruturas, consultas aos fabricantes para obtenção do tipo e quantidade de material utilizados na confecção dos materiais e equipamentos, revisão bibliográfica e cálculos para estimativa da quantidade de material utilizada. Os dados referentes à produção de materiais e insumos foram provenientes de bases de dados, tais como, Ecoinvent, sendo que, sempre que possível, esses dados foram adaptados à realidade brasileira. Um resumo do objetivo e escopo da ACV é apresentado na Tab. 1. São Paulo Brazil May 24th to 26th 2017

4 4 Tab. 1. Resumo do objetivo e escopo da ACV. Objetivo Métodos de AICV Categorias de impacto Unidade Funcional Avaliar o desempenho ambiental dos Sistemas 1 e 2. ReCiPe Acidificação terrestre, mudança climática, eutrofização de água doce, formação de oxidantes fotoquímicos, formação de material particulado e depleção de água doce. m 3 de esgoto a ser tratado durante 20 anos. 3. Interpretação dos Resultados O resultado da Avaliação de Impacto do Ciclo de Vida (AICV) da fase de construção do Sistema 1 para as categorias de impacto selecionadas está apresentado na Fig. 3, por meio de um gráfico contendo a contribuição em percentual de cada um dos materiais de construção utilizados. Fig. 3. Resultados da AICV do Sistema 1 Por meio da análise do gráfico da Fig. 3, é possível perceber, que para todas as categorias de impacto analisadas, o tijolo foi o material que apresentou o maior potencial de causar impactos ambientais, seguido pela brita e o PVC. O aço apresentou valores percentualmente ínfimos, comparativamente aos demais materiais, de modo que o resultado do seu desempenho não aparece no gráfico. Tal fato pode ser explicado pelo fato do aço ter sido usado apenas no arame e nos pregos utilizados para a sustentação das tubulações, representando assim uma quantidade muito pequena do material (0,325 kg no total).

5 5 Fig. 4. Resultados da AICV do Sistema 2. Já no caso do Sistema 2, a brita foi o material que apresentou percentualmente o maior potencial de causar impactos, seguida pelo PVC. A fibra de vidro utilizada na confecção dos sistemas apresentou potencial de causar impactos ambientais percentualmente muito pequeno, comparativamente a esses dois materiais. Apresentando assim, um resultado distinto ao verificado no Sistema 1, em que a brita e o PVC apresentaram um menor potencial de causar impactos ambientais do que o material utilizado na construção dos tanques do sistema (tijolo). 4. Conclusões A ACV é uma ferramenta que pode auxiliar na seleção de alternativas de sistemas de tratamento de esgoto e na proposição de melhorias para os sistemas já existentes. Os resultados de ACV obtidos mostram como a escolha de diferentes materiais de construção afeta o desempenho ambiental dos sistemas. Contribuindo, assim para a ampliação do conhecimento acerca dos aspectos e potenciais impactos ambientais relativos aos sistemas de tratamento de esgoto. E, possibilitando que esses fatores sejam levados cada vez mais em consideração nos estudos de concepção de sistemas de tratamento de esgoto ou na proposição de melhorias para os sistemas já existentes, contribuindo para a sustentabilidade dos mesmos. Referências COROMINAS, L.; FOLEY, J.;GUEST, J.S.; HOSPIDO, A.; LARSEN, H.F.; MORERA, S.; SHAW, A., Life cycle assessment applied to wastewater treatment: State of the art. Water Research, 4 7,

6 6 DIMURO, J.L.; GUERTIN, F.M.; HELLING, R.K.; PERKINS, J.L.; ROMER, S.A., Financial and Environmental Analysis of Constructed Wetlands for Industrial Wastewater Treatment. Journal of Industrial Ecology, 18, GALLEGO, A.; HOSPIDO, A.; MOREIRA, M. T.; FEIJOO, G., Environmental performance of wastewater treatment plants for small populations. Resources, Conservation and Recycling, 52, GUTIERREZ, K.G., Análise e gerenciamento de impactos ambientais no tratamento de esgoto doméstico mediante Avaliação de Ciclo de Vida. 129 f. Tese (Doutorado) - Programa de Pós-graduação em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, HOSPIDO, A.; SANCHEZ, I RODRIGUEZ-GARCIA, G.; IGLESIAS, A.; BUNTNER, D.; REIF, R.; MOREIRA, M.T.; FEIJOO, G., Are all membrane reactors equal from an environmental point of view? Desalination, 285, INTERNATIONAL STANDARD ORGANIZATION (ISO)., 2009a. Environmental management - Life cycle assessment: Principles and framework. ISO INTERNATIONAL STANDARD ORGANIZATION (ISO)., 2009b. Environmental Management - Life Cycle Assessment: Goal and Scope Definition and Inventory Analysis. ISO MAHGOUB, M.E.M; VAN DER STEEN, N.P.; ABU-ZEID, K.; VAIRAVAMOORTHY, K., Towards sustainability in urban water: a life cycle analysis of the urban water system of Alexandria City, Egypt. Journal of Cleaner Production, 18, MASSOUD, M.A.; TARHINI, A.; NASR, J.A., Decentralized approaches to wastewater treatment and management: Applicability in developing countries. Journal of Environmental Management, 90, PASQUALINO, J.C.; MENESES, M.; CASTELLS, F., Life Cycle Assessment of Urban Wastewater Reclamation and Reuse Alternatives. Journal of Industrial Ecology, 15, TREIN,C.M.; PELISSARI,C.; HOFFMANN, H.; PLATZER, C.J.; SEZERINO, P.H., Tratamento descentralizado de esgotos de empreendimentos comercial e residencial empregando a ecotecnologia dos wetlands construídos. Ambiente Construído, 15, WU, H.; FANC, J.; ZHANG, J.; NGO, H.H.; GUO,W.; HU, Z.; LIANG, S., Decentralized domestic wastewater treatment using intermittently aerated vertical flow constructed wetlands: Impact of influent strengths. Bioresource Technology, 176, , 2015.

7 7 WU, S.; KUSCHK, P.; BRIX, H.; VYMAZAL, J.; DONG, R., Development of constructed wetlands in performance intensifications for wastewater treatment: A nitrogen and organic matter targeted review. WaterR esearch, 57, YE, L.; QI, C.; HONG, J.; MABRITA, X., Life cycle assessment of polyvinyl chloride production and its recyclability in China. Journal of Cleaner Production. 142,