Sistemas de Tratamento de Águas Residuárias
De forma individual ou coletiva, a geração de esgoto, conseqüência da utilização de água para abastecimento, exige coleta, transporte, tratamento e disposição final do efluente adequados, de forma a reduzir os impactos ambientais gerados e os riscos à saúde humana. Ao conjunto destas etapas chamamos Sistemas de Tratamento de Águas Residuárias.
De um modo geral, podemos classificar os sistemas de tratamento de águas residuárias em função do número de unidades geradoras que são atendidas. Assim, temos:
Sistemas individuais: também chamados de sistemas descentralizados, são adotados para atendimento unifamiliar ou de pequenas comunidades. Consistem no lançamento dos esgotos domésticos gerados na unidade, usualmente mantidos em tanque séptico (seguido ou não de dispositivo complementar de tratamento) e posterior lançamento no meio ambiente. Em geral, usa-se infiltração no solo em seu processo de disposição final.
Sistemas de tratamento coletivo: também chamados de sistemas centralizados. Caracterizam-se por reunir para tratamento, numa mesma unidade (Estação de Tratamento de Esgoto), as águas residuárias de uma comunidade, incluindo as águas geradas nas unidades domésticas e aquelas produzidas em prédios institucionais ou industriais, cuja característica do efluente seja semelhante às domésticas e compatíveis com os processos adotados para o tratamento nas ETE.
No Brasil, os dados do relatório sobre o Desenvolvimento Humano de 1996, indicam que cerca de 10% da população têm seus esgotos tratados em estações de tratamento.
O meio mais usado no país para tratamento dos esgotos domésticos é o individual que, até 1993, era tido como provisório, não sendo incorporado pelos agentes prestadores de serviço. (Philippi, 1997).
1.1 SISTEMAS INDIVIDUAIS DE TRATAMENTO
O sistema de tratamento individual é composto por:
a. Coleta e transporte: estrutura hidro-sanitária nas residências;
b. Unidades primárias de tratamento: caixas de gordura e tanque séptico;
c. Sistema complementar de tratamento do efluente gerado no tanque séptico;
d. Disposição final do esgoto tratado.
Sistema individual de tratamento de esgotos
Os tanques sépticos foram as primeiras unidades idealizadas para o tratamento dos esgotos. Eles detêm os despejos por um período que permite a decantação dos sólidos e a retenção do material graxo. Nesses tanques atuam tanto processos físicos (sedimentação e desagregação) como processos biológicos (digestão dos sólidos sedimentados).
O efluente do tanque séptico possui aspecto escuro, odor característico de gás sulfídrico e contém grande quantidade de bactérias.
O tratamento individual é regulamentado no Brasil por normas da ABNT. A NBR nº7229/93 trata do dimensionamento e do emprego do tanque séptico e descreve as possibilidades dos sistemas complementares. A NBR nº13969/97 define os dimensionamentos das unidades complementares.
1.2 SISTEMAS DE TRATAMENTO COLETIVO
A estrutura dos sistemas de tratamento coletivo se assemelha à dos sistemas individuais, possuindo, porém, características específicas. De um modo geral, são compostos por:
a. Coleta e transporte;
b. Unidade de tratamento;
c. Disposição final dos efluentes líquidos e dos resíduos gerados; e
d. Obras especiais.
1.3 COLETA E TRANSPORTE DAS ÁGUAS RESIDUÁRIAS
A forma de coleta e transporte das águas residuárias dos sistemas coletivos consiste em canalizações que recebem as águas residuárias de uma comunidade, transportando-as ao seu destino final.
Este tipo de sistema pode ter as seguintes variantes:
a. Sistema Unitário ou Combinado: as águas de chuva (pluviais) são conduzidas dentro da mesma canalização que conduz as águas residuárias;
b. Sistema Separador: as águas residuárias e as pluviais são conduzidas em canalizações separadas.
No Brasil, os sistemas unitários não têm sido muito utilizados devido aos inconvenientes que apresentam, tais como:
- a grande dimensão das canalizações;
- custos iniciais elevados;
- riscos de refluxo do esgoto para o interior das residências, por ocasião das cheias;
- estações que não comportam a vazão gerada nas cheias, sendo o excesso das águas vazado sem tratamento para o corpo receptor;
- mau cheiro proveniente das bocas de lobo; e
- capacidade ociosa das tubulações em período seco.
Já os sistemas separadores não apresentam as desvantagens do sistema unitário, permitindo a melhoria das condições de tratamento dos esgotos sanitários com redução de custos de operação.
Na prática, porém, ocorrem grande quantidades de ligações clandestinas, tanto de esgotos domésticos em redes pluviais quanto de águas de chuva na rede de águas residuárias. Estas ligações trazem sérios problemas à operação de sistemas de esgotamento e de águas pluviais.
Por este motivo, algumas experiências de sistemas mistos têm sido implantadas no Rio Grande do Sul, pela Companhia Riograndense de Saneamento, no projeto de despoluição do Rio Guaíba.
O sistema separador possui duas modalidades principais:
a. Sistema Convencional
b. Sistema Condominial
O Sistema Condominial de esgotamento sanitário é o mais usual e apresenta os seguintes componentes:
- canalizações (coletores, interceptores, emissários);
- estações elevatórias;
- órgãos complementares e acessórios (Poços de visita);
- estações de tratamento;
- disposição final; e
- obras especiais.
A coleta e transporte de águas residuárias normalmente se dá por gravidade. Nos sistemas coletivos de coleta e transporte, as águas residuárias são conduzidas pelas redes coletoras aos coletores-tronco e interceptores.
As coletoras recebem, ao longo de seu traçado, os ramais prediais (domésticos, comerciais, industriais etc). Cada ramal predial recebe e transporte suas águas residuárias à medida que os aparelhos sanitários são usados, sendo que o fluxo nestes condutos é bastante irregular. Á medida que essas águas atingem outros condutos do sistema, o fluxo tende a ser contínuo e mais regular. Para que não haja obstrução na canalização, deve-se adotar uma declividade mínima e dimensionar as canalizações para que o nível no interior não seja maior que o diâmetro interno da tubulação.
O coletor- trono transporte as contribuições vindas dos coletores até os interceptores. Os interceptores margeiam os cursos d´água e evitam que os esgotos sejam neles lançados.
Os emissários não recebem contribuições ao longo do percurso, tendo como função transportar os esgotos até a estação de tratamento.
Com a finalidade de inspeção e limpeza, são construídos os poços de visita, que são adotados no início da rede; nas mudanças de direção, declividade, diâmetro ou material; nas junções e nos trechos muito longos.
Para transpor uma elevação ou quando a profundidade é muito elevada, devido à baixa declividade do terreno, deve-se construir unidades de bombeamento chamadas de elevatórias. Estas permitem elevar o nível dos esgotos para voltem a fluir por gravidade. As tubulações que transportam o esgoto bombeado chamam-se linhas de recalque.
Após o tratamento, as águas residuárias na estação de tratamento são transportadas ao seu destino final por tubulações também denominadas de emissários.
A figura abaixo ilustra estes elementos:
Sistema Convencional
O Sistema Condominial representa uma alternativa aos projetos de coleta e transporte das águas residuárias. Fundamenta-se na busca de soluções técnicas para equacionar a melhor forma de atender uma determinada comunidade. Baseia-se em:
- diretrizes de participação comunitária, reforçando o papel do cidadão- que no sistema convencional assume o papel de simples consumidor;
- mudança dos padrões técnicos- sofisticados e caros;
- adequação à realidade local;
- acesso integrado e imediato dos serviços de abastecimento de água e esgotamento sanitário.
A forma de agir do sistema condominial está assentada no pacto comunitário que irá regular o acordo entre as partes, as responsabilidades e os agentes do processo. Materializa-se pela criação de condomínios, que passam a ser tratados como a menor unidade de planejamento do sistema. O resultado é um sistema mais barato que o convencional e com menor aporte de recursos públicos.
A figura a seguir ilustra o modelo físico do Sistema Condominial.
Modelo físico do sistema condominial
As partes integrantes do Sistema Condominial são:
- Ramal intramuros: será executado dentro das quadras e sua execução, operação e manutenção será de responsabilidade dos moradores usuários;
- Rede básica: aquela que reúne os diversos condomínios. É de responsabilidade do poder público;
- Tratamento e disposição final: são elementos indispensáveis ao sistema condominial. A condução da solução deve ser de responsabilidade agente promotor.
No Brasil, os Sistemas Condominiais são implantados como alternativas de esgotamento sanitário em comunidades urbanas. No Rio Grande do Norte, a Companhia de Águas e Esgotos do Estado financiou e implantou sistemas nos municípios de Currais Novos, Eduardo Gomes e Goianinha.
Em se tratando do quadro brasileiro de investimentos em saneamento básico, essa alternativa se mostra interessante, pois reduz os custos de investimentos públicos em infra-estrutura coletora, ao mesmo tempo em que favorece uma maior articulação entre os cidadãos e o Estado, contribuindo, ainda, para aumentar a consciência ambiental da população.
1.4 CARACTERIZAÇÃO DAS ÁGUAS RESIDUÁRIAS
As etapas de depuração a serem efetuadas dependem das características da água a ser tratada e do grau de depuração que se quer conseguir, dependendo do destino da água tratada. Para que se possa determinar qual é o processo mais adequado e efetivo, deve-se caracterizar as águas residuárias.
Os parâmetros de caracterização comumente determinados são:
a. Vazão (relação volume/tempo): constitui um parâmetro fundamental para dimensionar a estação depuradora e selecionar o maquinário adequado;
b. Parâmetros organolépticos (sabor, odor, turbidez e cor): podem dar uma indicação sobre a origem das águas e, em alguns casos, podem evitar muitas análises intermediárias.
c. Sólidos totais: analiticamente, define-se o conteúdo em sólidos totais como a matéria que se obtém como resíduo após submeter um volume conhecido de água a um processo de evaporação a 103ºC-105ºC.
d. Conteúdo de matéria orgânica (mistura heterogênea de diversos compostos orgânicos): medidos, na maioria das ocasiões, em função da DBO (demanda bioquímica de oxigênio) e da DQO (demanda química de oxigênio).
- DBO: É definida como a quantidade oxigênio diluído (expresso em mg/l ou ppm), em uma amostra de água, usado pelos microorganismos para realizar a oxidação bioquímica da matéria orgânica biodegradável contida nesta água.
- DQO: Este método baseia-se na realização da oxidação da matéria orgânica (biodegradável e não-biodegradável) por intermédio de um reativo químico oxidante (atualmente emprega-se dicromato de potássio) em meio ácido, em elevada temperatura e na presença de um catalisado, para facilitar a oxidação de certa classe de compostos orgânicos.
As vantagens apresentadas pelo método da DQO frente ao da DBO são:
- Ser mais rápido que o da DBO (dura umas 3 horas);
- Ser aplicável quando as águas poluídas contêm agentes tóxicos para os microorganismos, já que, neste caso, o método da DBO forneceria valores de matéria orgânica muito mais baixos do que realmente haveriam.
e. Temperatura: a temperatura das águas residuárias costuma ser sempre ligeiramente maior que a d água de abastecimento, devido, principalmente, à incorporação de água quente das casas e dos diferentes usos industriais.
f. Nitrogênio: posto que o nitrogênio é absolutamente básico para a síntese de proteínas, será preciso conhecer dados sobre seu conteúdo nas águas residuárias para valorar a possibilidade de seu tratamento mediante processos biológicos. Quando seu conteúdo for insuficiente, será preciso acrescenta-lo para tornar a água residuária tratável.
g. Fósforo total: existe na forma orgânica e inorgânica. É um nutriente indispensável no tratamento biológico. O orgânico está combinado à matéria orgânica e o inorgânico está presente nos ortofosfatos e polifosfatos.
h. Alcalinidade: indicador da capacidade tampão do meio (resistência às variações de pH). Normalmente, as águas residuárias são alcalinas (isto é, possuem um pH superior a 7) devido à presença, nelas, de hidróxidos, carbonatos e bicarbonatos acrescentados nos usos domésticos. O grau de alcalinidade de uma água residuária é importante para o desenvolvimento de tratamentos químicos e influi também na eliminação biológica de nutrientes.
i. Gorduras: a presença de gorduras e óleos nas águas residuárias pode provocar problemas tanto na rede de esgotos quanto nas estações de tratamento. Este problema é solucionado com a introdução de sistemas de desengorduração nas estações de tratamento de águas. Se as gorduras e óleos não forem eliminados antes de seu despejo, podem interferir na vida biológica de águas superficiais e criar películas e acúmulos de matéria flutuante degradável.
j. Metais pesados: são freqüentemente acrescentados às águas residuárias no curso de certas atividades comerciais e industriais. Devido à sua toxicidade, a presença de quaisquer deles em quantidades excessivas interferirá em grande número de usos da água, pelo que deverão ser separados, se pretende reutilizá-la.
k. Microrganismos presentes nas águas residuárias: os principais microrganismos são as bactérias, os fungos, protozoários e vírus.
A detecção de agentes patogênicos, principalmente bactérias, vírus e protozoários em uma amostra de água, é extremamente difícil em função da baixa concentração desses organismos. Por isso, utilizam-se indicadores de contaminação fecal para caracterizar as águas. As bactérias do grupo dos coliformes são usadas para este fim. Tais organismos não são patogênicos, mas dão uma boa indicação de quanto uma água está contaminada por fezes humanas ou de animais.
1.5 OPERAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS
As operações de tratamento de águas residuárias admitem duas classificações distintas. A primeira realiza-se com base no tipo de elemento utilizado no processo e distingue-se em:
- Tratamentos Biológicos: quando há atuação de elementos vivos (microrganismos);
- Tratamentos Físico-Químicos: quando o que intervêm são reativos químicos e/ou fatores físicos.
A segunda classificação está baseada no grau de remoção dos poluentes pelo tratamento, que por sua vez está associado aos níveis e à eficiência do tratamento.
Usualmente, consideram-se os seguintes níveis:
- Tratamento preliminar: objetiva a remoção dos sólidos grosseiros;
- Tratamento primário: visa a remoção dos sólidos sedimentáveis e de parte da matéria orgânica. Predominam os mecanismos físicos e químicos de remoção de poluentes;
- Tratamento secundário: objetiva, principalmente, a remoção da matéria orgânica em suspensão fina (remanescente do tratamento primário) e da matéria orgânica na forma de sólidos dissolvidos (não removida no tratamento primário). Eventualmente, remove nutrientes como o nitrogênio e o fósforo;
- Tratamento terciário: destinado a eliminar os poluentes específicos (usualmente tóxicos ou compostos orgânicos não biodegradáveis), metais pesados, sólidos inorgânicos dissolvidos ou, ainda, a remoção complementar dos poluentes não suficientemente removidos no tratamento secundário.
- Desinfeção: é o passo final nos processos de tratamento de águas residuárias; sua função é matar bactérias e vírus que não foram eliminadas anteriormente.
A qualidade das águas residuárias tratadas, e que serão lançadas ao meio aquático, deve satisfazer à legislação ambiental, conforme dito anteriormente. Para tanto, é necessário conhecer a classificação dos corpos d´água, o padrão de lançamento e o padrão do corpo receptor.
- A classificação dos corpos d´água, no Brasil, é definida pela Resolução CONAMA nº20, de 18/06/86, que dividiu as águas do território nacional em águas doces (salinidade de 0,05%), salobras (salinidade entre 0,05 e 0,3%) e salinas (salinidade de 0,3% ou mais).
Classificação das águas doces em função do uso
Uso/Classe
|
Especial
|
1
|
2
|
3
|
4
|
Abastecimento doméstico
|
X
|
X (a)
|
X (b)
|
X (b)
| |
Preservação do equilíbrio natural das comunidades aquáticas
|
X
| ||||
Recreação de contato primário
|
X
| ||||
Proteção das comunidades aquáticas
|
X
| ||||
Irrigação
|
X (c)
|
X (d)
|
X (e)
| ||
Aqüicultura
|
X
|
X
| |||
Dessedentação de animais
|
X
|
X
| |||
Navegação
|
X
| ||||
Harmonia paisagística
|
X
| ||||
Usos menos exigentes
|
X
|
(a) Após tratamento simples
(b) Após tratamento convencional
(c) Hortaliças e frutas rentes ao solo
(d) Hortaliças e plantas frutíferas
(e) Culturas arbóreas, cerealíferas e forrageiras
- Padrão de lançamento e padrão do corpo receptor: à cada uma das classes apresentadas no quadro anterior corresponde uma qualidade a ser mantida no corpo d´água, expressa através de padrões. Os padrões são determinados pela resolução CONAMA nº20 e por legislação estadual específica.
Fluxograma de uma estação de tratamento convencional de esgotos
