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Principais indicadores físicos, químicos da qualidade da água e métodos de avaliação
Saneamento na Área Rural
Dra Tania Leme de Almeida
Profa Assistente do Curso Superior em
Meo Ambiente e Recursos Hídricos
Faculdade de Tecnologia de Jahú
Fatec - CEETESP
* 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)
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
DISPOSIÇÃO INADEQUADA DE EFLUENTES E RESÍDUOS SÓLIDOS
Descarte in natura
- Comprometimento do ecossistema - Doenças - “Estética” e mau cheiro
PROBLEMAS... Impacto indireto para o homem... ...direto para o ambiente
Eutrofização de rios
Contaminação de solo e lençóis
ALTERNATIVAS...
-Chorumeiras -Esterqueiras -Composteiras -Biodigestores e Fossas sépticas biodigestoras -Lagoas de estabilização
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
LEGISLAÇÃO AMBIENTAL
- 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
Qualidade da água
• Resolução CONAMA n° 357 de 2005
• Resolução CONAMA n° 430 de 2011
LEGISLAÇÃO AMBIENTAL
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.
Águas Doces
Classe Especial
- consumo humano, após tratamento simplificado; - proteção das comunidades aquáticas; - recreação de contato primário, - irrigação de hortaliças (cruas) e de frutas que se desenvolvam rentes ao solo - proteção das comunidades aquáticas em Terras Indígenas.
Classe 1 Classe 2 Classe 3 Classe 4
- consumo humano, após tratamento convencional; - proteção das comunidades aquáticas; -recreação de contato primário, - irrigação de hortaliças, plantas frutíferas e de parques, jardins, campos de esporte e lazer (público com contato direto); -aqüicultura e à atividade de pesca.
- consumo humano, após tratamento convencional ou avançado; - irrigação de culturas arbóreas, cerealíferas e forrageiras; - pesca amadora; - recreação de contato secundário; e - dessedentação de animais
- navegação; e -harmonia paisagística
- consumo humano, com desinfecção/filtração; - preservação do equilíbrio natural das comunidades aquáticas; e -ambientes aquáticos em unidades de conservação de proteção integral
Águas Salinas e Salobras (até Classe 3)
Definição de
PADRÕES
Critérios
de QUALIDADE para corpos de água com
ou não LANÇAMENTO de efluente
Níveis permitidos
(dos parâmetros ou das
concentrações)
estabelecem
Principais indicadores de qualidade
• Sólidos
• Indicadores de matéria orgânica
• Nutrientes
• Indicadores de contaminação fecal
CARACTERIZAÇÃO DA QUALIDADE DA ÁGUA
• Físicas
• Químicas
• Microbiológicas
Turbidez
Cor aparente e cor real
Odor e sabor
Temperatura
Série de sólidos
pH
Oxigênio dissolvido
Demanda bioquímica de oxigênio (DBO)
Demanda química de oxigênio (DQO)
Carbono Orgânico Total (COT)
Nitrogênio total
Fósforo total
Elementos tóxicos
Compostos orgânicos sintéticos e voláteis
Óleos e graxas
Contagem cianobactérias
Coliformes termotolerantes
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
Turbidímetro
Unidade Nefelométrica de turbidez
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.
Colorímetro
Unidades de cor
ODOR E SABOR
Legislação Conama 357/05: Não objetável/virtualmente ausente
• 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
TEMPERATURA
Manutenção da vida aquática
Controle de processos biológicos
Padrão de emissão de efluentes em corpos receptores
Temperatura inferior a 40 0C
SÉRIE DE SÓLIDOS
Lançamento:
Sólidos sedimentáveis até 1,0 mL/L
(teste de uma hora em cone “Imhoff”)
-“Acidez” ou “basicidade” de soluções -Concentração de íons H3O+
-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)
Potencial Hidrogeniônico (pH)
Lançamento: faixa de pH entre 5 e 9
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 O2/L
Corpos d’água Classe 4
OD ≥ 2,0 mg O2/L
* Quantidade de oxigênio requerida por microrganismos aeróbios para a oxidação de compostos orgânicos presentes na fase líquida (DBO5
20 )
Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO)
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
Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO520)
- Medição do consumo de oxigênio em
laboratório
- Procedimento com 5 dias de duração
- Teste efetuado à temperatura de 20°C –
DBO520
Esgotos domésticos 350 mg/L
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.
-Aporte de nutrientes: •Problemas estéticos e recreacionais •Condições anaeróbias no fundo do corpo d’água •Mortandade de peixes •Captação comprometida •Toxicidade de algas
Nitrogênio e Fósforo
EUTROFIZAÇÃO
Sistemas de tratamento de efluentes
Saneamento na Área Rural
Dra Tania Leme de Almeida
Profa Assistente do Curso Superior em
Meo Ambiente e Recursos Hídricos
Faculdade de Tecnologia de Jahú
Fatec - CEETESP
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
Por que tratar os efluentes?
Efluentes
no Brasil
*Contribuição per capita de carga orgânica
= 54 – 100g / habitante dia de DBO5 e DQO
*Contribuição per capita de vazão efluentes
= 160 L / habitante dia
*Consumo per capita de água
= 200 L / habitante dia
* Coeficiente de retorno Água/Esgoto = 0,8
Águas residuárias
Crescimento da população
Atividade agropecuária
Atividade industrial
Danos
ambientais
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
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 2005. *CONAMA 430 ( 2011)
Parâmetros físico-químicos
pH
OD
Turbidez
Sólidos
Parâmetros orgânicos Parâmetros inorgânicos
Chumbo
Cromo
Ferro
Fósforo
Benzeno
Fenóis totais
Tolueno
Xileno
Nitrogênio amoniacal
Decreto Estadual nº 8.468/1976 (Atualizado com redação dada pelo Decreto
54.487, 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
Por que tratar os efluentes?
Tratamento de
efluentes
* Remoção de matéria orgânica e
inorgânica
* Remoção de sólidos em suspensão
* Remoção de nutrientes
* Remoção de organismos patogênicos
Sistemas de tratamento de águas residuárias
N Í V E L D E T R A T A M E N T O
Primário Secundário Terciário
Remoção de
sólidos
sedimentáveis
e M.O.
Degradação
de
compostos
carbonáceos
Remoção de
lodo
biológico
Recirculação
Adensamento,
digestão,
condicionamento,
desidratação,
secagem
Disposição
adequada
Remoção de
nutrientes, de
materiais não
biodegradáveis e
do lodo
Lodo
Desin
fecção
A
F
L
U
E
N
T
E
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).
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%.
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.
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
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
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.
Temperatura
pH e alcalinidade
Nutrientes
Substâncias tóxicas
Sobrecarga hidráulica
Tempo de retenção celular
Fatores que influenciam o
desempenho da digestão anaeróbia
Matéria orgânica complexa
(carboidratos, lipídios, proteínas)
H I D R Ó L I S E
Matéria orgânica simples
(açúcares, aa’s e peptídeos)
Bactérias
fermentativas
Bactérias
fermentativas
Ácidos orgânicos
(propionato, butirato)
Bactérias
acetogênicas
A C E T O G Ê N E S E
A C I D O G Ê N E S E
H2 + CO2 Acetato
Metanogênicas
hidrogenotróficas
CH4 + CO2
Metanogênicas
acetoclásticas (CHERNICHARO, 2007)
R E A T O R E S A N A E R Ó B I O S
• Efluentes com ELEVADA carga orgânica
* Desenvolvimento de reatores de A L T A T A X A
Tecnologia anaeróbia
efluente
Grânulos
Bolhas do biogás
ABR
UASB
Afluente
Anaerobic baffled reactor
– reator anaeróbio
compartimentado ou de
chicanas
Upflow anaerobic
sludge blanket reactor
– reator anaeróbio de
fluxo ascendente com
manta de lodo.
R E A T O R E S A N A E R Ó B I O S Lagoa Fossa
séptica
Filtro
anaeróbio
Reator
UASB Reator de
leito
fluidificado
(RALPH)
Sistemas de tratamento anaeróbio
Efluente Afluente Legislação Ambiental
(Padrão de Lançamento)
Matéria Orgânica
40~160 mg DBO/L 40 a 85%
Nutrientes
30 mg NH3/L
60 mg DBO/L ou
Eficiência > 60%
20 mg NH3/L
Microrganismos
104 ~ 107
NMP /100mL
4 x 103
x
x
Matéria Orgânica
350 mg DBO/L
Nutrientes
30 mg NH3/L
Microrganismos
105 ~ 108
NMP /100mL
Baixa ou Nula
Baixa ( 1 log)
Sistemas de tratamento aeróbio
Nos sistemas aeróbios cerca de 40 a 50% de degradação biológica, com a
conseqüente conversão em CO2.
Verifica-se uma alta incorporação de matéria orgânica na forma de
biomassa microbiana
O material orgânico não convertido em gás carbônico, ou em biomassa, deixa
o reator como material não degradado (5 a 10%).
LODO EXCEDENTE
DO SISTEMA
50 a 60%
EFLUENTE
5 a 10%
Fungos
Protozoários
Bactérias
Metazoários
Sistemas de tratamento aeróbio
• 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
Lodos
ativados
Sistemas de tratamento aeróbio
• 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
Lodos
ativados
Sistemas de tratamento aeróbio
Lagoa de
estabilização Facultativa
Aerada facultativa
Aerada de mistura completa
Sistemas de tratamento aeróbio
• 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: O2 para as bactérias ->requer elevada área de exposição
• Retirada do lodo de fundo > 20 anos
• Simplicidade operacional
• Funcionamento – lagoa
facultativa
• Fornecimento de O2 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
Aerada de mistura completa Facultativa Aerada facultativa
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
Filtros
biológicos
Sistemas Anaeróbios X Sistemas Aeróbios
Reator
Anaeróbio Matéria
Orgânica (100% DQO) Reator
Aeróbio
Lodo (5 a 15%)
Lodo (50 a 60%)
CO2
(40 a 50%)
Biogás
(70 a 90%)
Efluente
(10 a 30%)
Efluente (5 a 10%)
Aproveitamento Energético do Biogás?
Baixa Produção de Lodo! Reciclagem dos Biossólidos?
Atendimento à Legislação Ambiental?
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
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).
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
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
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.
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
Oxidação do N-NH3
•N-NO2- Nitrosomonas
•N-NO3- Nitrobacter
• COV OD suficiente CaCO3
• baixa velocidade de crescimento
competição com heterotróficas
Redução do N-NO3-
• Bactérias heterotróficas Pseudomonas
• Bactérias autotróficas Thiobacillus
• Assimilação biológica do N-NO3-
• ANAMMOX®
Sistemas de tratamento anóxico
Condições anóxicas: redução de
nitratos (desnitrificação)
2NO3- + 2H+ N2 + 2,5 O2 + H2O
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
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:
Tipos de Tratamentos DBO5
(mg/L) SS
(mg/L) N amon (mg/L)
Custo de Implantação (R$/habitante)
População (mil)
Consumo de Energia
(kwh/hab.ano)
Lodos Ativados
AT < 30 < 30 > 15 100,00 – 130,00 200 e 600 12
C < 20 < 20 < 5 120,00 – 160,00 200 e 600 20
C (AP) < 20 < 40 < 5 60,00 – 80,00 50 - 150 35
Filtros Biológicos
AT < 30
< 30 > 15
100,00 – 130,00
Até 500 15
UASB + Lodos Ativados
AT < 20
< 30
> 20 50,00 – 80,00 50 - 500 6
C < 20
< 30 < 5 70,00 – 100,00
50 - 500
15
UASB + Filtro Biológico
AT < 30
< 30
> 20
50,00 – 80,00
20 - 200 6
UASB + Filtro Biológico AS
< 20 < 30 > 20 80,00 – 100,00 20 - 200 6
Lagoas Aeradas Aeróbias + Lagoas de decantação
< 30 < 40 > 25 50,00 – 70,00 30 - 200 22
AT = Alta Taxa
C= Convencional
C( AP) = Convencional ( Aeração Prolongada)
Tecnologias de Tratamento de Águas residuárias FÍSICO
Tipo de Reator
QUÍMICO
BIOLÓGICO
Biomassa Aderida Em suspensão na
Massa líquida -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.
- Não há suporte inerte para
aderência dos
microorganismos
- Microorganismos crescem
floculados em suspensão na
massa
AERÓBIO ANAERÓBIO
Tecnologias de Tratamento de Águas residuárias BIOLÓGICO
Biomassa = Microorganismos responsáveis pela degradação da matéria orgânica dos efluentes
Com retenção de Biomassa Sem retenção da Biomassa
Biomassa Aderida ( fixo ou móvel) TDH = Tempo de residência celular ( idade do lodo)
Compactos Microorganismos ficam no sistema o tempo necessário para a estabilização da M. O.
Permitem Maior concentração de microorganismos ativos Lodos ativados( reatores de
crescimento em suspensão na biomassa líquida) Maior Capacidade de recebimento de
cargas orgânicas